单索面半漂浮式预应力混凝土斜拉桥塔梁相交段主梁局部应力精细化分析.pdf

1 2 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i n g 文章编 号 ： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 1 2 0 4 单索面 半漂浮式预应 力混凝土斜拉桥塔 梁相 交段 主梁局部应力精细化分析 曾 勇 ， 肖光烈 ， 谭红梅 ( 1 重庆交通大学 山区桥梁与隧道工程省 部共 建国家重点实验室培育基地 ， 重庆4 0 0 0 7 4 2 重庆交通大学 山区桥梁结构 与材料教育部工程研究 中心 ， 重庆4 0 0 0 7 4 ) 摘要 ： 运用实体单元有限元法对单索面半漂浮式预应 力混凝土斜拉桥的塔 梁相 交段 单箱五 室超宽主 梁 进行 了局部应力分析 ， 重点分析在主梁根部最大轴力作 用下 ， 塔梁相 交处的主 梁、 斜拉 索第一个锚块 的 局部应力分布特征 。计算结果表明 ， 由于塔 梁相交处的主梁截面有突变， 且靠近根部 ， 受力复杂， 较大的 压应力主要 出现在 支座处和截面变化处 ， 且有相 当大区域 。桥塔 附近支座处横 隔板及横 隔板的人孔 附 近 边腹 板侧 有拉 应 力集 中现 象 ， 其均 为 配筋和 分析 的 关键部 位 。对 于 离塔 根 处较远 的 主梁 断面 ， 除去人 孔 和预 应 力筋 穿过 区域 ， 纵 向应 力分布相 对 比较 均 匀 ， 基本 满足 平截 面假 定 。 关键词 ： 单索面 斜拉桥超宽主梁 局部应力 塔梁相 交处 中 图分类 号 ： U 4 4 8 2 7 文献 标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 - 1 9 9 5 2 0 1 4 0 7 0 4 半漂浮体系混凝土斜拉桥 的主梁在塔墩支承处往 往出现负弯矩峰值 ， 温度及混凝土收缩徐变 内力也较 大。同时考虑到混凝土材料 的弹塑性 、 孔洞削弱、 预应 力施工工艺误差及预应力钢束锚下集 中力作用等各种 因素 ， 塔墩支承处主梁受力十分复杂， 应力集 中现象明 显 。 。传统的桥梁结构有 限元 计算分析 中， 通常采 用“ 鱼骨” 梁模型来模拟主梁 ， 采用传统 的杆梁模 型和 设计规范的简化计算方法难 以准确地分析结构受力 ， 无法真实反映主梁的横隔板 、 梗腋 、 人孔 、 衬托等细部 构造 ， 更不能准确分析锚 固区处的局部应力集中效应 。 文献 3 明确规定锚 固区应力计算宜采用空间有 限元 方法计算 ， 单纯用平面有 限元分析难 以全 面反映桥塔 梁 相交 段主 梁 的真实应 力 。 目前 ， 国内外的单索面混凝土斜拉桥有重庆双碑 嘉陵江大桥 、 石门大桥与美 国的 S u n s h i n e桥等， 由于单 索面为主梁提供 的抗弯抗扭刚度低 ， 主梁一般采用箱 形截面。单索面斜拉桥一般采用墩梁 固结体系 ， 较少 采用半漂浮体系。与传统斜拉桥相 比， 单索面预应力 混凝土半漂浮体系斜拉桥具有外型美观、 刚度大、 动力 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - O 1 - 1 8 ； 修回 日期 ： 2 0 1 4 0 4 1 1 基金项 目： 国家 9 7 3计划前期研究专项课题 ( 2 0 1 2 C B 7 2 3 3 0 5 ) ； 浙江省 公 路管理 局 科 研 项 目 ( 2 0 1 1 H 4 1 )； 重 庆 市 教 委 科 技 项 目 ( K J 1 1 0 4 1 2和 K J 1 1 0 4 1 6 ) ； 交通 运 输 部 应 用基 础 研 究 项 目 ( 2 0 1 3 3 1 9 8 1 4 1 8 0 ) 作者简介 ： 曾勇( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 重 庆璧 山人 ， 副教授 ， 博士 。 性能好等优势 。作 为在 国 内桥梁 中采用较 少的桥 型 ， 单索面预应力混凝土斜拉桥 的设计和施工技术在 规范中还缺少相关规定 ， 需要进行理论分析和数值分 析 ， 为此类 型 桥 的设 计 与施 工 提 供 相 关 的技 术 支 持 。 目前 国内尚无跨径超过 3 0 0 m 的单索面 、 半漂浮式斜 拉桥的设计及施工先例。国内已对多座实际斜拉桥节 段进行了空间应力分析 ， 并与足尺模 型试验结果吻合 得 比较好 。但是这些大都局 限在双索面斜拉 桥， 而 对单 索面斜 拉桥 的主梁 节段受 力研 究较 少 。本文 以 一 座在建半漂浮式单索面预应力混凝 土斜拉桥为例 ， 采用 A N S Y S有限元分析软件对其塔梁段主梁建立 了 精细的空间实体模型， 解决了常规设计 中难以分析 的 纵、 横隔板应力分布 ， 锚固区传力机理及联结系受力等 问题 ， 明确塔梁段主梁的实际受力情况 ， 并反馈到设计 施工 中， 从而达到指导实际工作的 目的。 1 工程概 况 广东西江大桥 的主桥为 ( 5 0+1 2 0+3 2 0+1 2 0+ 5 0 ) m 的双 塔 单 索 面 预 应 力 混 凝 土斜 拉 桥 ， 全 长 6 6 0 m， 采用半漂浮体 系。主梁采用 大悬 臂单箱五 室 预应力混凝土结构形式 ， 布置双 向( 纵 向及横向) 预应 力。横隔梁的间距 6 I n ， 在有索 区与斜拉索对应布置 。 箱梁的顶板宽为 4 0 8 m， 底板宽为 2 1 6 m。箱梁中心 线处梁高为 4 0 m。箱 梁 中腹板厚 3 5 c m， 边腹 板厚 2 5 c m。箱梁 中间室的顶板厚为 5 0 c m， 其余 4个室 的 铁道建筑 和作业区域相符的其他水域 海图、 航行 和航海通告等 有关 航 海资 料 ， 并 及 时更新 确保 有效 。 5 ) 必须根据施工船舶 核准的安全定额载货 或载 客 ， 并做到装载均衡 ， 货物的系固绑扎要可靠 。 2 4 2 严格 落实船舶 安 全检 查制度 监理的船舶安全检查制度是 日常船舶安全管理的 有效补充 ， 也是做好船舶水上交通安全的重要保障， 在 船舶 准人 合 格 后 ， 重 点 检 查 船 舶 航 行 、 消 防 、 救 生 、 通 信 、 机械设备和人员配备情况 ， 通过对船舶执行安全检 查 ， 纠正船一机一人一环境方面的不安全 因素和缺陷， 从而解除通航安全隐患。 3 结 语 港珠澳大桥是连接粤港澳三地的超大型交通基础 设施 ， 随着 岛隧工程 、 桥梁工程 的先后开建 ， 大量 的工 程船 、 砂石船 、 运输船等进入伶仃洋水域 ， 使珠江 口水 上交通安全问题突显 ， 同时也给通航安全保 障和监管 工作带来巨大挑战。有效解决桥 区水域通航安全这一 难题 ， 仅靠海事部 门加强现场监管远远不够 ， 建立建设 单位 、 海事单位 、 施工单位和监理单位四位一体的水上 交通安全保障体系 ， 各责任方各 司其责 ， 通力合作 ， 形 成监管合力 ， 才能实现共建 “ 平安水域” 的宏伟 目标。 当然 ， 我们也要清晰认识到， 各责任方因其监管责任不 同， 监管内容、 监管方式 和监管效率亦不同 ， 要达到各 方 协作 的合 作无 间 ， 不仅 需要 全社 会共 同关 注 ， 也 需要 各方 积极 落实 水上 交 通 安全 监 管 职 责 ， 共 同解 决 通航 安全监管难题 。 参 考 文 献 1 戚政伟 ， 胡 昌炳 港珠澳大桥 岛隧工程施 工安 全风险与控制 措施 J 铁道建筑 ， 2 0 1 4 ( 6 ) ： 3 1 3 4 2 李清烈 提高监管效能 保 障通航 安全 C 港珠 澳大桥 建 设 与航行安 全论 文集 大连 ： 大连海事大学 出版社 ， 2 0 1 1 3 黄 友超 浅析 海事 服务 于水上 水下 施工 安全建 设 C 港 珠澳 大桥建设与航行安全论文集 大连 ： 大连海事大学 出版 社 ， 2 0 1 1 4 李浩 ， 陈伟庚 广珠铁路江 门隧道下 穿泄洪道施工风险分析 与控制 J 铁道建筑 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 6 7 6 9 5 黄建陵 ， 彭巍 ， 华 文鑫 地下工程 安全 风险管 理与控制 研究 J 铁道建筑 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 7 7 7 9 6 中华人 民共 和国住 房和 城乡 建设部 G B 5 0 6 5 2 -2 0 1 1 城 市轨道交通地下 工程建设风险管 理规范 S 北京 ： 中国建 筑 工业 出版社 ， 2 0 1 1 ( 责任 审编 赵其文) ( 上接 第 l 4页) 根 部 ， 受力 复 杂 。横 隔 板 的人 孑 L 靠 近 边纵 腹 板 侧 有 拉 应力 集 中现象 ， 根 部 的横 隔板 由于 支 座 处 的应 力 集 中 现象 和根 部 的截 面突 变 ， 塔 梁相 交处 应力 较 大 ， 且 应力 分 布复 杂 ， 是 配筋 和分 析 的关键 部位 。 2 ) 对于第一个锚块 ， 由于锚块处 的拉索锚固的影 响 ， 锚下 应 力 较 大 ， 同 时 引 起 周 围 的 拉 、 压 应 力 较 大 。 对于桥塔附近中纵隔板的受力情况 ， 中纵隔板 方 向 应力在容许的范围内， 除去人孔竖 向边 附加 的应力集 中外 ， 中纵 隔板 y方 向应 力都 在 容 许 的 范 围 内。人 孔 的拉 应力 集 中区域从 左 到右 逐渐 增 多 。中纵 隔板还 有 大部 分 的 z方 向应 力 超 过 规 定 值 。此 处 应 力 区 域 应 加强 配筋 。 3 ) 对于桥塔附近边纵隔板 的受力情况 ， 边纵隔板 和 y方向应力都在容许 的范围内。除了人孔两侧的 局部拉应力集 中外 ， 边纵 隔板 的其他 区域 的应力未超 过规定值。由于横隔板 的作用 ， 边纵 隔板与横隔板相 交 区域 的 刚度有 所加 强 ， 应力 有所 缓 和 。 4 ) 对于主梁 的一个标准断面 ， 除去人孔 和预应力 筋穿过区域 ， 纵 向应力分布相对 比较均匀 ， 基本满足平 截面假定。通过计算发现 ， 预应力拉索锚块 、 支座 、 塔 梁相交处及纵 、 横隔板 的人孔等位置属于应力集中区 域。此应力区域应加强配筋或采取构造措施 ， 减少应 力集 中， 提高结构的安全性。 参 考 文 献 1 上官萍 ， 房贞政 ， 卓卫东 塔 梁墩 固结斜拉 桥结构 受力分 析 J 福州 大学 学报 ： 自然科学版 ， 1 9 9 9， 2 7 ( 8 ) ： 1 9 2 2 2 毕桂平 ， 魏红一 ， 范立 础 鄂 黄长 江公路 大桥斜拉 桥 主塔 应 力仿 真分析 J 结构工程师 ， 2 0 0 1 ， 1 7 ( 4 ) ： 8 - 1 2 3 中华 人民共和 国交通部 J T G T D 6 5 - 0 l 2 0 0 7 公路斜拉桥 设计 细则 S 北京 ： 人 民交通 出版 社 ， 2 0 0 7 4 王晓明 ， 郝宪武 ， 段 瑞芳 斜拉 桥塔梁 固接处 的空 间应力 分 析 J 湖南交通科技 ， 2 0 0 7 ， 3 3 ( 1 ) ： 8 4 8 8 5 项贻强 ， 易绍平 ， 杜 晓庆 ， 等 南 京长江二桥南汉桥斜拉索 塔 节段 足尺模 型的研 究 J 土木 工程 学报 ， 2 0 0 0， 3 3 ( 1 ) ： 1 5 2 2 6 中华 人民共和 国交通部 J T G D 6 2 -2 0 0 4 公路钢筋 混凝土 及预 应力混凝 土 桥涵 设 计规 范 S 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 2 0 0 4 7 张 立 明 A l g o r 、 A n s y s在 桥 梁 工 程 中 的 应 用 方 法 与 实 例 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 3 8 曾勇 ， 黄康 潮连 西江 大桥 ( 推荐 方案 ) 主梁局 部应 力分 析 D 重庆 ： 重庆交通大学 ， 2 0 1 2 ( 责任 审编 赵其文)