外傾索面PC箱梁部分斜拉橋受力性能研究.pdf

1、部分斜拉橋是“索輔梁”橋設(shè)計理念的一種體現(xiàn)?！八鬏o梁”橋的設(shè)計理念決定了這種新興的橋梁結(jié)構(gòu)體系具有構(gòu)造設(shè)計方面的靈活性和技術(shù)經(jīng)濟方面的優(yōu)越性。在梁式橋和斜拉橋之間的跨度范圍內(nèi)(100m～300m)，部分斜拉橋無論在城市、還是山區(qū)、平原，都具有很強的適應(yīng)性，并且對于剛度要求較高的軌道橋梁同樣具有很強的競爭力。
　　 我國繼蕪湖長江大橋、福建漳州戰(zhàn)備大橋之后，已經(jīng)修建了幾十座中等跨徑的PC主梁部分斜拉橋，其中大寬度的PC箱梁已成為部

2、分斜拉橋主梁的主要結(jié)構(gòu)形式。而在重慶等地相繼修建的幾座外傾索面部分斜拉橋（例如主跨250m的重慶嘉悅大橋等），不僅整體結(jié)構(gòu)在外型上新穎美觀，其PC主梁更具有鮮明的技術(shù)特色。
　　 目前PC主梁部分斜拉橋的建設(shè)中，仍然有諸多技術(shù)問題需要進一步深入研究。例如:合理拉索傾角、無索區(qū)長度、主梁剛度、體內(nèi)外預(yù)應(yīng)力索的協(xié)調(diào)，以及PC寬箱主梁的空間受力性能等。本文以一座外傾索面的部分斜拉橋為工程背景，系統(tǒng)開展了部分斜拉橋概念設(shè)計階段中的力學(xué)估

3、算問題研究，深入地進行了影響部分斜拉橋整體結(jié)構(gòu)性能的主要立面結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)研究，以及長懸臂PC寬箱主梁的空間受力性能研究;并在理論研究的同時，開展了部分斜拉橋索梁錨固結(jié)構(gòu)的1∶3縮尺主梁節(jié)段模型試驗研究。
　　 主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.部分斜拉橋概念設(shè)計階段的估算公式
　　 在現(xiàn)有部分斜拉橋界定方法研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合部分斜拉橋“索輔梁”橋的本質(zhì)特點，就橋梁概念設(shè)計中幾個總體設(shè)計參數(shù)的確定原則，以及主梁的關(guān)

4、鍵設(shè)計參數(shù)進行了系統(tǒng)的闡述;推導(dǎo)了梁、索的恒活載內(nèi)力近似計算公式。
　　 2.重要結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的研究
　　 根據(jù)概念設(shè)計階段的研究成果，進行了部分斜拉橋各種結(jié)構(gòu)參數(shù)的重要性分析:對主梁剛度、無索區(qū)段長度、拉索初張力等幾個重要參數(shù)對部分斜拉橋整體結(jié)構(gòu)受力性能的影響進行了對比計算分析。建議部分斜拉橋結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化可以根據(jù)計算結(jié)果，按照不同的優(yōu)化目標(biāo)（例如:拉索活載應(yīng)力變幅較小、預(yù)應(yīng)力鋼束效率提高等）來區(qū)別對待。研究成果對于明

5、確部分斜拉橋的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，進一步發(fā)揮部分斜拉橋的優(yōu)勢具有參考意義。
　　 3.外傾式雙索面及拉索傾角對PC寬箱主梁的空間應(yīng)力分布影響
　　 結(jié)合重慶嘉悅大橋的結(jié)構(gòu)技術(shù)特點，進行了外傾索面PC箱形主梁部分斜拉橋整體空間結(jié)構(gòu)的懸臂施工全過程仿真分析，得到其長懸臂PC寬箱主梁的空間主應(yīng)力分布狀態(tài)以及變化規(guī)律;并對特殊的索梁錨固結(jié)構(gòu)建立更為精細(xì)的空間有限元模型，掌握了混凝土索梁錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力傳遞情況和其在最不利施工階段的力學(xué)行

6、為。根據(jù)研究成果提出:長懸臂的PC寬箱薄壁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，構(gòu)件的主應(yīng)力成為控制設(shè)計的主要因素;在縱向、橫向預(yù)應(yīng)力都無法企及的區(qū)域，應(yīng)采用優(yōu)化、加強普通鋼筋布置的辦法來保證結(jié)構(gòu)的安全性。
　　 4.部分斜拉橋長懸臂PC寬箱主梁頂板的剪力滯效應(yīng)
　　 對比了各種剪力滯效應(yīng)研究方法的適用性;利用空間有限元方法，研究了外傾索面部分斜拉橋的長懸臂PC寬箱主梁在全荷載作用（自重、預(yù)應(yīng)力、拉索力、掛籃、砼時效、溫度等）下，在懸臂施工全過程

7、中，不同部位箱梁頂板的剪力滯效應(yīng)。得到結(jié)論:受到拉索錨固結(jié)構(gòu)、塔梁聯(lián)結(jié)邊界條件、掛籃力等的影響，在懸臂施工過程中長懸臂PC寬箱主梁的剪力滯效應(yīng)十分突出，且正負(fù)剪力滯效應(yīng)都存在;成橋后各區(qū)段主梁頂板的剪力滯系數(shù)均值大于1.0;同時還研究了拉索水平傾角變化時，索力軸向分力在縱向的傳遞規(guī)律的變化情況。
　　 5.索梁錨固結(jié)構(gòu)主梁節(jié)段模型試驗研究
　　 為驗證拉索的混凝土錨固區(qū)在千噸級索力下的安全性，開展了主梁一節(jié)段1∶3縮尺節(jié)

8、段試驗?zāi)Ｐ?。根?jù)空間計算結(jié)果，進行測點的定位;測試在不同拉索索力下，PC箱梁懸臂翼緣板以及錨固塊處各測點的應(yīng)力與變形，研究混凝土錨固塊的應(yīng)力分布情況，通過實測數(shù)據(jù)與空間有限元計算結(jié)果的對比分析，對拉索錨固區(qū)的優(yōu)化設(shè)計提出合理建議。
　　 6.考慮預(yù)應(yīng)力影響的部分斜拉橋PC主梁的索力優(yōu)化
　　 簡述索力優(yōu)化的內(nèi)容和方法，綜合比較了以主梁截面的應(yīng)力狀態(tài)為條件，進行索力和預(yù)應(yīng)力設(shè)計耦合優(yōu)化的幾種方法的特點。提出前進分析法是比較