波形钢腹板-PC组合箱梁矮塔斜拉桥参数分析.pdf

公路交通技术2011年12月第6期
'echnology of Highway and Transport Dec 2011 No 6
波形钢腹板-PC组合箱梁矮塔斜拉桥参数分析
安永日',曾嵩2,王芳3,吕成林2
(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆4007;2.重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;
3.淄博成远规划设计有限公司,山东淄博256400
摘要:以波形钢腹板-PC組合箱梁矮塔斜拉桥为例,运用 Midas建模进行参数分析,得到桥墩刚度与主梁内力的关
系,桥塔高跨比与主梁内力以及斜拉索索力的关系,可为今后该桥型的设计提供参考。
关键词:波形钢腹板;矮塔钭拉桥;独塔;参数分析
文章编号:100-6477(2011)06-0054-04中图分类号:U48.27文献标识码:A
Analysis for Parameters of Waveform Steel Web-pc Combined
Box Girder Short Tower Cable-stayed Bridges
AN Yongri", ZENG Song", WANG Fang, LV Chenglin'
Abstract: Based on waveform steel web-pc combined box girder short tower cable-stayed bridges as
examples, this paper utilizes Midas to establish a model for analysis of parameters to obtain the relation
between rigidity of piers and internal force of girder and that between bridge tower height-span ratio and
internal force of girder and force of stayed cables, which can provide reference for design of such bridge
n the future
Key words waveform steel web; short tower cable-stayed bridge; single tower; analysis of parameters
矮塔斜拉桥的桥塔相对于常规斜拉桥较矮,塔(与相同跨径的PC梁相比,波形钢腹板一混凝土板
高一般为主跨的1/12~1/8,相当于常规斜拉桥塔组合梁其自重可减轻25%~30%)。在抗震方面
高的1/3~1/2。从受力原理看,连续梁是以梁的因上部结构的质量得到减少,从而可降低地震响应。
受弯和受剪来承受竖向荷载,常规斜拉桥是以梁的
近年来,波形钢腹板一PC组合箱梁矮塔斜拉桥
受压和索的受拉来承受竖向荷载,而矮塔斜拉桥是已在日本得到了很大发展。2003年日本建成了世
以梁的受弯、受压及索的受拉来承受竖向荷载。由界上第1座波形钢腹板-PC组合箱梁矮塔斜拉桥
于矮塔斜拉桥是介于连续梁与常规斜拉桥之间的一日见桥,随后于2005年又建成了世界上第2座同类
种新桥型,斜拉索只承担了部分荷载(矮塔斜拉桥型桥梁一栗东桥(现名近江大鸟桥)。目前,国内还
的斜拉索承担不到30%的竖向荷载2),我国桥梁没有一座波形钢腹板矮塔斜拉桥,但针对这种新桥
专家严国敏先生把它定义为“部分斜拉桥”3。
型的科学研究,国内已取得大量科研成果
为了减轻梁自重,20世纪80年代后期,法国学
本文以跨径130m独塔波形钢腹板-PC组合箱
者提出用钢板代替PC箱梁中的混凝土腹板的设梁结构为例,分析了桥墩刚度的变化对主梁内力的
想,并首次应用于法国Fert- saint- Aubin桥中。在该影响、塔高变化对主梁内力以及斜拉索索力的影响
桥的设计中发现,平面钢腹板对箱梁顶、底板纵向约与整体稳定性。
東较大,从而造成施加在顶底板的预应力的损失较
大。为此, Pierre Tthrivans提出将平面钢腹板改为波1工程概况
形钢腹板,波形钢腹板-PC组合箱梁桥从此而得
如图1~3所示,其桥跨布置为133m+133m,
名
墩高120m,桥塔为实腹型矩形截面(1.6mx6m),
将矮塔斜拉桥的主梁腹板用波形钢板代替预应高31.4m。墩顶处箱梁采用PC梁,其它部分采用
力混凝土,有利于降低主梁的自重,增大主跨跨径波形钢腹板-PC组合箱梁。斜拉索采用扇形单索面
收稿日期:2011-06-1
作者简介:安永日(1973-),男,吉林省图们市人,博土,副研究员
2011年第6期
安永日,等:波形钢腹板-PC组合箱梁矮塔斜拉桥参数分析
表2材料参数
项目
材料弹性模量/MPa线膨胀系数
桥墩及承台C40混凝土3.25×1
1.0×103
桥塔及主梁C50混凝土3.45×10°
1.0×10
波形钢腹板Q345C钢板2.00x10°1.2x10
单位:cm
斜拉索
钢绞线
1.2x10
图1桥型布置
计算中考虑空心墩与双薄壁墩方案。由于塔高
158050
10
的变化影响结构内力分布,在本文以双薄壁墩结构
为例,改变主塔高度,使高跨比分别为1/5、1/6、
7、1/8、1/9、1/10,共建立7个计算模型。具体见
表3,有限元模型如图4和图5所示。斜拉桥的高
跨比一般指塔高/主跨,但本文中的计算模型只有边
1413?43?
跨,因此边跨按主跨的0.6倍计算,其换算主跨约为
9502
220m。文中的高跨比采用塔高/换算主跨。
单位:cm
表3计算模型
图2梁及波形钢腹板断面
模型桥墩类型换算主跨/m桥塔高度/m高跨比
空心墩
31.4
双薄壁墩
220
44.0
1/5
1/6
120
双薄壁墩
双薄壁墩
220
5双薄壁墩
27.5
1/8
6双薄壁墩
900-1210
2006001200
7双薄壁墩
220
22.0
单位
图3空心墩及双薄壁墩截面
形式,梁上索距8m,塔上索距1.5m。梁高在墩顶
处6.5m,跨中4.5m,中间按2次抛物线变化。波
形钢腹板厚度为12-~24m。
2计算模型
计算软件采用 Midas,桥墩、桥塔及主梁均采用
梁单元,斜拉索采用桁架单元模拟。材料参数及边
图4有限元模型(空心墩
界条件分别见表1、表2。斜拉索直径为100mm,初
始索力为400t。桥面铺装及防撞护栏按梁单元荷
载加载,荷载集度为50kN/m。汽车荷载采用车道
荷载形式,3车道加载。
表1边界条件
位置DxDy
Rx Ry Rz
墩底
梁端
0
图5双薄壁墩模型(双薄壁墩
注:Dx、Dy、D2分别表示顺桥向、横桥向、竖向平动自由
度;R=、By、e分别表示顺桥向、横桥向、竖向转动自3计算结果与分析
由度;0表示自由;1表示约束。
考虑自重、汽车荷载、温度变化、温度梯度、预应