[發(fā)明專利]一種設(shè)有雙排支座體系的多塔斜拉橋

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310688164.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN103696356A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張喜剛;王仁貴;林道錦;李鵬;孟凡超;吳偉勝;王梓夫;袁洪;林昱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類號(hào): E01D11/04
• 分類號(hào): E01D11/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑;詹永斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋梁技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用雙排支座體系的多塔斜拉橋。

背景技術(shù)

多塔斜拉橋隨著索塔數(shù)量的增加其力學(xué)行為將發(fā)生一定的變化，為深入研究多塔斜拉橋的主要受力特點(diǎn)，以嘉紹大橋基本結(jié)構(gòu)模型，分析當(dāng)索塔數(shù)量從2個(gè)（普通雙塔斜拉橋）逐漸增加到6個(gè)時(shí)，結(jié)構(gòu)在汽車荷載、溫度等荷載下的塔頂位移內(nèi)力、主梁位移等荷載響應(yīng)的變化規(guī)律。各個(gè)塔數(shù)的多塔斜拉橋有限元模型中，索塔、拉索及主梁構(gòu)造取嘉紹大橋結(jié)構(gòu)方案，塔梁結(jié)構(gòu)體系均采用半漂浮體系。

⑴汽車活載響應(yīng)規(guī)律：

汽車活載取《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》里規(guī)定的公路一級(jí)汽車荷載，按雙向八車道布置，橫向折減系數(shù)取0.5，縱向折減系數(shù)取0.96，并考慮1.15的偏載系數(shù)。不同索塔數(shù)量的多塔斜拉橋在汽車活荷載作用下的主梁跨中撓度值、塔頂水平位移和塔底彎矩值與雙塔斜拉橋的數(shù)值比例進(jìn)行比較結(jié)果見圖1，圖中塔頂水平位移和塔底彎矩指中間塔，跨中撓度指最中跨主梁。

由圖1計(jì)算結(jié)果可以看出：多塔斜拉橋隨著塔數(shù)的增加，在汽車荷載作用下塔底活載彎矩逐漸遞增，同時(shí)索塔剛度在逐漸下降，塔頂水平位移在不斷的遞增、橋梁主跨撓度值都有顯著的增加，即結(jié)構(gòu)的整體剛度隨著塔數(shù)的增加在逐漸的降低，索塔活載受力也在不斷增大。在本橋算例中，當(dāng)塔數(shù)超過3時(shí)，主梁豎向撓度均超過規(guī)范允許的L/400（L為主跨跨徑）。如表1所示。

表1汽車荷載作用下跨中撓度值比較????單位：m

⑵溫度荷載響應(yīng)規(guī)律

溫度荷載取值：鋼結(jié)構(gòu)部分：體系升溫按25℃考慮，體系降溫-37.4℃考慮；混凝土結(jié)構(gòu)部分：體系升溫按13.7℃考慮，體系降溫-21.2℃考慮。各種索塔數(shù)量的多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)在整體升溫、整體降溫兩種工況下的梁端溫度變形，以及索塔溫度內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見圖2、圖3。由計(jì)算結(jié)果可見，在溫度荷載作用下，主梁梁端變形以及外塔柱塔身內(nèi)力以及塔底內(nèi)力都隨著塔數(shù)增加和主梁的延長(zhǎng)而顯著的提高。當(dāng)索塔數(shù)量達(dá)到6個(gè)，主梁連續(xù)長(zhǎng)度為2680m，在整體降溫37度時(shí)，梁端溫度變形可達(dá)0.5m，過大的主梁溫度變形將直接影響邊塔的索塔塔身及基礎(chǔ)的受力安全。

長(zhǎng)主梁溫度變形對(duì)多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)的不利影響具體體現(xiàn)在：a)外側(cè)塔塔身應(yīng)力過大，混凝土配筋難度較大；b)塔底內(nèi)力較大，使得基礎(chǔ)規(guī)模增大。由于溫度變形量是固有的，即使局部增大索塔構(gòu)造尺寸，索塔剛度的有限增加同樣伴隨著索塔溫度內(nèi)力的增加，使得整個(gè)問題解決呈惡性循環(huán)趨勢(shì)。以嘉紹大橋六塔斜拉橋設(shè)計(jì)方案為例，索塔采用獨(dú)柱式，主梁為連續(xù)結(jié)構(gòu)（跨中不設(shè)伸縮縫），通過最不利荷載組合下（含溫度工況）塔身混凝土構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)結(jié)果論證溫度荷載對(duì)六塔斜拉橋的影響。計(jì)算過程中同時(shí)嘗試了兩種解決措施：一是局部增大索塔截面尺寸，提高慣性矩以降低名義應(yīng)力水平；二是局部減小塔柱壁厚來減小結(jié)構(gòu)剛度，而減少塔的內(nèi)力水平，以減少截面總配筋數(shù)量降低索塔塔柱剛度，使得索塔在索梁塔三者之中內(nèi)力分配相對(duì)減小，進(jìn)而減小中塔柱內(nèi)力值。計(jì)算分析了以下幾種模型：模型A：按照推薦方案索塔構(gòu)造圖紙建模，主梁連續(xù)跨中不設(shè)置伸縮縫；模型B：截面外輪廓均不變，上塔柱壁厚不變，中塔柱壁厚由2m改為2.5m；分析最不利荷載組合下索塔控制截面的名義拉壓應(yīng)力，為了研究增大截面尺寸是否能降低塔截面名義拉應(yīng)力，對(duì)模型A和模型B的索塔計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，模型B相當(dāng)于在模型A的基礎(chǔ)上增加索塔尺寸和剛度。比較結(jié)果見表2。

表2最不利組合作用下索塔控制截面內(nèi)力對(duì)比表

從上表中可以看出塔身在最不荷載組合下的名義拉應(yīng)力達(dá)8.34MPa，增大截面尺寸名義應(yīng)力水平反而增大。根據(jù)應(yīng)力公式雖然截面慣性矩增加的幅度11％大于彎矩增長(zhǎng)的幅度9.7％，使得彎矩引起的應(yīng)力下降，但是面積增加的幅度12.7％大于軸力增加的幅度2.5％，這樣截面的壓應(yīng)力儲(chǔ)備下降，疊加起來名義拉應(yīng)力反而增加，而名義壓應(yīng)力有所下降。在表2-5計(jì)算得到的高達(dá)8-9MPa的名義拉應(yīng)力最不利荷載組合效應(yīng)影響下，索塔的截面配筋設(shè)計(jì)均無法達(dá)到規(guī)范要求。

通過前面對(duì)多塔斜拉橋力學(xué)行為特點(diǎn)的分析可以總結(jié)得到多塔斜拉橋設(shè)計(jì)需解決的兩大結(jié)構(gòu)問題：