混凝土独塔斜拉桥结构参数对比分析

第４３卷第１期　湖　南　交　通　科　技　Ｖｏ１．４３　Ｎｏ．１　２０１７年３月　ＨＵＮＡＮ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　Ｉ’ＥＣＨＮ０ＬＯＣＹ　Ｍａｆ．２０１７　文章编号：１００８—８４４Ｘ（２０１７）０１—００９６—０３　混凝土独塔斜拉桥结构参数对比分析　祁朝相。张春明。刘少天　（长安大学公路学院，陕西西安７１００６４）　摘要：斜拉桥的结构参数设计以及混凝土收缩徐变均对斜拉桥的力学特性产生一定影　响。以某已建独塔斜拉桥为研究背景，采用有限元程序Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ建立有限元对比分析计　算模型，对独塔斜拉桥结构参数、收缩徐变进行单因素敏感性分析，分析得出独塔斜拉桥设　计中的合理理论，为正确分析独塔斜拉桥的正常运营状态下力学特性提供参考。　关键词：混凝土斜拉桥；独塔；结构参数；收缩徐变；力学特性　中图分类号：Ｕ　４４８．２７　文献标识码：Ａ　０　引言　桥梁结构的设计参数如主梁混凝土重度、收缩　徐变、斜拉索刚度等参数的变化对混凝土斜拉桥的　结构响应。桥梁在实际施工过程中，由于各种原　因，使得混凝土浇筑密度与设计有所差别，从而对　斜拉桥主塔偏位、主桥挠度，以及其他力学性能产　生影响；运营期的混凝土斜拉桥受到收缩徐变效应　图１桥梁概况（单位：ｍ）　的影响，桥梁结构的位移、力学特性处于不断的变　有２０８个单元，分ｌｌ６个施工阶段。主梁、主塔采　化中，结构的强度和刚度会随时间增加而有所下　用粱单元进行模拟，斜拉索通过恩斯特公式对拉索　降，对桥梁结构的适用性、安全性均有较大的影　非线性进行模量修正，采用桁架单元模拟。　响；斜拉索的刚度会涉及到主梁、桥塔的刚度分配　问题，从而影响斜拉桥的力学性能　】卫Ｊ。　２　结构参数敏感性分析　针对上述三种问题，笔者通过对独塔混凝土斜　２．１主梁混凝土自重分析　拉桥进行分析，为正确分析独塔斜拉桥在运营状态　由于在实际施工过程中，混凝土的浇筑密度不　下的力学性能提供参考。　易控制，从而引起梁段的自重产生一定的偏差　］，　主梁的设计密度为２．６　ｇ／ｃｍ。。对主梁的实际密度　１　结构模型　分别增减５％、１０％时，对主梁施工最大悬臂状态　１．１桥梁概况　下的竖向位移值、索塔无索区水平位移值、斜拉索　某在建斜拉桥为塔梁固结的两跨独塔混凝土斜　索力、主梁悬臂端最大弯矩应力的变化量进行对比　拉桥，跨径分配为ｌ１３　ｍ＋５３　ｍ，主梁采用箱型截　分析，其结果如图２～图５所示。　面形式，桥塔采用宝石型，全桥共设ｌ８对空间索。　由图２～图５可知，当混凝土实际浇筑密度在　－．桥梁总体布置如图ｌ所示。　Ｉ－５％、±１０％范围内变化时，主梁的挠度最大增　１．２结构模型　大了８５　ｍｍ；对于主塔的偏位影响较小；对于斜拉　对于该桥结构模型，本文采用有限元分析软件　索索力的变化相对较大，主要集中在跨中部分。因　Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ按照实际施工过程模拟，其中全桥共建　此，在实际施工控制中，应该将混凝土密度作为重　收稿｝ｊ期：２０１６－０８—０２　作行简介：祁朝栩（１９９２一），　，研究方向：桥梁工程。　Ｉ期　祁朝相，等：混凝土独塔斜拉桥结构参数对比分析　一　　一一　　一一　一　一　９７　如　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　如　加：２　ｍ　ｍ　加　加　ｍ　０　ｍ　如　∞　关键截面节点号　关键截面节点号　图２主梁相对挠曲线　图５主梁悬臂端主应力　由图６、图７知，混凝土收缩徐变对于施工最　大悬臂状态下的主梁挠度最大增加４０　ｍｍ、索力变　Ｅ　吕　化最大６０　ｋＮ，即混凝土收缩徐变对于施工最大悬　、　ｊ型　臂状态下的主梁挠度增加４５％、索力增加４．３％。　堡　凶　一　一　一　一　偎　∞加０加∞∞舳∞　∞∞舳　释　甚　按　巨　、　嚣　关键截面节点号　＋Ｈ　图３索塔无索区偏位差值　０　１０　２０　３０　４Ｏ　５０　Ｚ　关键截面节点号　－　趔　图６最大悬臂状态主梁挠度　儡　偎　鑫　Ｚ　‘　、　趔　关键截面节点号　｛髅　图４斜拉索索力变化值　要的控制参数。　２．２主梁混凝土收缩徐变分析　关键截面节点号　收缩徐变的持续作用使混凝土斜拉桥的主梁影　图７最大悬臂状态斜拉索索力差值　响不断加大，笔者按照斜拉桥实际施工过程建模计　算，均采用设计荷载计算了某大桥施工过程中最大　由图８、图９可知，混凝土收缩徐变对于成桥　悬臂状态和成桥１０　ａ后的状态下，考虑收缩徐变　运营１０　ａ的主梁挠度最大增加６０　ｍｍ、索力最大　和不考虑收缩徐变的效应，通过对比２种不同状态　变化为３６０　ｋＮ，即混凝土收缩徐变对成桥运营１０　下的斜拉桥的最大挠度及斜拉索索力，分析收缩徐　ａ的主梁挠度增加５１．２％、索力增加为１７．３％。　变对斜拉桥施工过程、成桥运营阶段的影响。　２．３主梁斜拉索刚度分析　斜拉索刚度的主要参数为结构材料弹性模量。　９８　湖南交通科技　４３卷　＼　嚣　州　∞∞∞加ｏ　枷枷枷　０　ｌ０　２０　３Ｏ　４０　５０　关键截面节点号　图８成桥１０　ａ主梁挠度　ｇ、　迥喾　艇　释辫　Ｏ　０　Ｏ　０　０　０　Ｏ　０　０　０　０　０　０　０　∞　加：２　ｍ：ｇ∞：兮ｍ：２∞　如　关键截面节点号　图９成桥１０　ａ斜拉索索力差值　将中跨斜拉索钢绞线的弹性模量增减５％、１０％，　通过计算分析得出主粱施工最大悬臂阶段时的主梁　最大竖向挠度、索塔水平位移值、斜拉索索力值、　主梁应力值，对比分析计算结果如下：　由图１Ｏ一图ｌ３可知，斜拉索刚度对于桥梁施　工最大悬臂状态下的主梁挠度最大增加３　ｍｍ；塔　端无索区偏位几乎无影响；索力最大增大２Ｏ　ｋＮ，　相对变化值不到２％；因此，斜拉索刚度在施工过　程中作为非敏感性参数控制。　３　２　旨　ｌ　趔　蓑。　一・　一　一３　—４　５　１０　ｌ５　２０　２５　３０　３５　４０　４５　５０　关键截面节点号　图１Ｏ主梁相对挠曲线　图ｌ１索塔无索区偏位相对值　图ｌ２斜拉索索力变化值　图１３主梁悬臂端最大弯矩应力　３　结语　通过混凝土斜拉桥结构参数对比分析，可得　出：　１）在最大悬臂施工阶段，主梁混凝土浇筑密　度为施工过程中的敏感性参数，因此，在监控过程　中应当特别关注该类参数，以获得更好的效果；斜　拉索刚度作为非敏感性参数，对主梁结构影响较　小。　（下转第１６０页）　１６０　湖南交通科技　４３卷　如　卯　∞　卯　征之一。对比２次不同单段最大起爆药量，发现第　２次上导单独微差爆破药量较大时，炮轰气体膨胀　做功能量较大，使爆源激发的地震波频率较低，危　害较大，应该严格控制单段最大起爆药量。　３）地表振速具有区域性，通过最小二乘法对　掌子面前后区域分别进行线性回归得到掌子面前方　振速衰减参数Ｋ＝３８４．５，　＝１．１６；而掌子面后方　已成型隧道正上方地表Ｋ＝２　５７０．４，　＝２．３７，不　符合萨道夫斯基公式。掘进前方的震动效应可用萨　ａ）前方　ｂ）后方　道夫斯基公式预测。通过控制单段最大装药量，合　理的装药结构，上部增设减震孔等可以有效地控制　爆破震动效应。为该地区相似工程提供参考。　参考文献：　［１］李玉民，倪芝芳．地下工程开挖爆破的地面振动特征［Ｊ］．　岩石力学与工程学报，１９９７，１６（３）：２７４—２７８．　图１０掌子面前、后方爆破振速参数线性回归图　线性回归得到：Ｂ＝３．４１，Ａ＝２．３７，进一步得到　＝２　５７０．４，Ｏｔ＝２．３７。显然，掘进后方的爆破地震　波不符合萨道夫斯基公式给出的衰减规律，这正是　由于“空洞效应”¨８　影响所致。而在掘进前方的震　动效应可用萨道夫斯基公式预测，并以此作为控制　单段最大装药量的基础。　［２］高文学，颜鹏程，李志星，等．浅埋隧道爆破开挖及其振动效　应研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１１（ｓ２）：４１５３—４１５７．　［３］ＫｌｅｉｎｂｅｒｇＲ　Ｌ，Ｃｈｏｗ　Ｅ　Ｙ，ＰｌｏｎａＴＪ，ｅｔ　ａ１．Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉ—　ｔｙ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｂｏｒｅｈｏｌｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８４，３６（４）：６５７—６６３．　４　结论　本文通过对大顶山隧道下穿沈丹高速合同段地　表沉降监测，分析比较监测数据，并且对爆破振动　数据进行线性回归得到以下结论：　１）无论是采用上导单独爆破还是上导与中导　共同微差爆破，两者的掏槽孔、辅助孔和周边孔爆　［４］曹孝君，张继春，吕和林，等．浅埋隧道掘进爆破地表震动效　应数值模拟［Ｊ］．西南交通大学学报．２００６，４１（６）：６８０—　６８３．　［５］周春锋．城市浅埋隧道开挖减震控制爆破技术［Ｊ］．工程爆　破，２００１，７（１）：５７—６１．　破形成的地震波基本没有产生叠加，其中掏槽孔爆　破产生的地震效应最强烈，所以能判断出各段装药　爆破所对应的地表振动速度幅值。对比３个方向的　振动效应，垂向振速要明显大于其他方向的振速。　２）频谱分析爆破震动频率主要集中在２０～８０　［６］郗庆桃．隧道爆破震动控制技术［Ｊ］．爆破，１９９８，１５（４）：　８３—８７．　［７］郭陕云．隧道掘进钻爆法施工技术的进步和发展［Ｊ］．铁道　工程学报，２００７（９）：６７—７４．　［８］张继春，曹孝君，郑爽英，等．浅埋隧道掘进爆破的地表震动　效应试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，２４（２２）：　４】５８—４２６３．　Ｈｚ之间，不同区域、不同方向频谱差别也较大，　这正是浅埋隧道爆破引起的地面爆破振动不同的特　（上接第９８页）　参考文献：　［１］严国敏．现代斜拉桥［Ｍ］．成都：西南交通大学出版社，１９９６．　２）混凝土收缩徐变不论是在桥梁的施工阶段　还是在成桥运营阶段都会引起主梁的持续下挠。随　［２］陈德伟，范立础，张权．独塔斜拉桥的总体布置和参数研究　［Ｊ］．土木工程学报，１９９９（３）：３４—４Ｏ．　着桥梁建筑时间的增加，在持续性荷载作用下，主　梁混凝土的弹性模量折减，从而引起主梁有效刚度　折减，这额外增大了主梁的下挠。　［３］刘旭政，黄平明，许汉铮．独塔斜拉桥参数敏感性分析［Ｊ］．　长安大学学报（自然科学版），２００７，２７（６）：６３—６６．