三塔斜拉桥体系刚度改进措施分析 叶 芳 （安徽省高速公路试验检测科研中心，安徽合肥２３０６０１） 摘要：三塔斜拉桥结构体系的柔性相对于独塔和两塔斜拉桥的要大，在一侧活载作用下主梁和主塔中将产生很大的位移和弯 矩，对整体结构不利。为了改善三塔斜拉桥结构体系的刚度，常有以下措施：增大主要构件的刚度；设置塔间加劲索；设置边跨辅 助墩；边跨、中跨配重等。该文结合某三塔斜拉桥方案，分析了辅助墩和边跨配重对主梁、索塔的静力行为影响。 关键词：三塔斜拉桥；辅助墩；边跨配重；静力行为 中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５７８１（２０１２）０４—０４９０—０３ 由于斜拉桥［１ 是自锚体系，对于跨越湖泊、河 ７．５ ｍ，塔上标准间距为２．０ ｍ，斜拉索采用平行钢丝 流、海湾等地形情况，跨越能力较大的多塔斜拉桥越 低应力防腐拉索，中塔斜拉索单侧２Ｏ对，边塔单侧 来越具有竞争力。因此，多塔斜拉桥结构性能的研究 １５对，全桥共１００对。 对于我国大型桥梁的发展具有十分重要的意义。 多塔斜拉桥Ⅲ３ ］和普通两塔斜拉桥在外形上有差 异，在力学行为ｌ６。］上也存在一定的差异。在荷载作 用下，两塔斜拉桥的桥塔由于有边锚索固定，其纵向 水平位移得以有效控制；但是三塔斜拉桥中问塔顶由 图ｌ三婿斜拉桥桥型布置图 于没有端锚索来其水平变位，在荷载作用下会在 主梁和索塔中产生很大的弯矩和位移，使已经是柔性 ２有限元模型的建立 的斜拉桥柔性更大，所以采用何种措施来改进三塔斜 本文采用有限元计算软件桥梁博士３．２进行结 拉桥的整体体系刚度成为工程技术人员更为关心的 构整体分析，建立平面杆系有限元模型。主梁划分为 问题。总结前人的研究资料，能提高多塔斜拉桥结构 ４０２个单元，主塔划分为１２５个单元，斜拉索划分为 刚度的方法主要有以下几种［８］：增大主要构件的刚 １００个单元，全桥共计６２７个单元。建模时，考虑主 度；设置塔间加劲索；设置边跨辅助墩Ｃ ；边跨、中 梁纵向坡度的影响，为简化计算，基础采用一般支承 跨配重等。本文结合某三塔斜拉桥设计方案，分析了 模式，主梁与塔之间采用主从约束。主塔横系梁采用 辅助墩和边跨配重对主梁、索塔的静力行为影响。 集中荷载方式加载在主塔对应的节段上，主塔受力钢 １ 工程背景 筋考虑其沿主塔高度方向上的变化。在平面杆系模 型中，将同一排两根拉索合并为一根处理，斜拉索的 某ＰＣ三塔斜拉桥设计方案主跨为２８０ １ＴＩ，边跨 上、下锚固点取其设计锚固位置，与主梁、主塔单元节 为１２０ ｍ（其中边跨长为８０ ｍ，次边跨长为４０ ｍ），全 点按刚臂连接。主梁横隔梁作为集中荷载加载在主 长８００ ｍ，为三塔六跨的双索面斜拉桥（图１），主梁采 梁上，桥面铺装等重量作为二期均布恒载加载在主 用预应力混凝土双边箱梁，每７．５ ｍ设置一道横梁， 梁上。 边跨４５ ｍ范围为压重段，在两边箱内部按照顺桥向 为了进行对比分析，在原设计方案建立的结构模 ４０ｔ／ｍ的重量填筑铁砂混凝土。主塔采用边、中塔不 型的基础之上去掉辅助墩处的约束生成新的无辅助 等高的混凝土桥塔，桥塔在主梁下方设置横向系梁。 墩结构模型和在原设计方案建立的结构模型的基础 斜拉索采用双索面扇形布置，拉索在梁上标准间距为 之上去掉边跨配重生成新的无边跨配重结构模型，三 收稿日期：２ｏ１２—０４—１１；修改日期：２ｏ１２—０５—１６ 作者简介：叶芳（１９８２一），女，安徽东至人，安徽省高速公路试验检测科研中心助理工程师 ４９０《工程与建设》２ｏ１２年第２６卷第４期 个模型在其他的参数上均相同，结构模型图见图２～ 图４所示。 整，但是在使用阶段的活载作用下的内力和变形却不 可调整。因此，本文通过对比原设计方案与去掉辅助 墩方案和去掉边跨配重方案在使用阶段活载作用下 结构内力和变形进行分析，以主塔塔顶位移、塔底弯 矩，主梁边跨、中跨最大挠度和最大弯矩作为研究对 图２设计桥型结构计算模型 象来讨论两种刚度改进措施对斜拉桥的静力行为 影响。 ３辅助墩对斜拉桥的静力行为影响 图３去掉辅助墩桥型结构计算模型 ３．１辅助墩对结构变形的影响 表１所列为原设计方案与不设辅助墩方案在使 图４去掉边跨配重桥型结构计算模型 用阶段活载作用下，结构变形对比。从表２中的数据 可以看出，相对不设辅助墩的方案，三塔斜拉桥在设 置辅助墩后边塔塔顶位移和边跨主梁位移减小幅度 很大，同时中塔塔顶位移和中跨主梁挠度也有所减 小，减小的幅度大概为不设辅助墩是的７５％左右。 ＣＩＴＩ 对于斜拉桥而言，当结构体系、尺寸、材料确定 后，它在恒载作用下的内力和变形可以通过索力来调 表１辅助墩对结构变形的影响 注：位移值比为原设计方案与无辅助墩方案比值。 ３．２辅助墩对结构内力的影响 主梁弯矩减小幅度很大，基本为不设辅助墩方案的 ５０％以下。 表２所列为原设计方案与不设辅助墩方案在使 用阶段活载作用下，结构内力对比。 从表２中的数据可以看出，相对不设辅助墩的方 同时中塔塔底弯矩和中跨主梁弯矩也有所减小， 前者减小的幅度大概为不设辅助墩时的６０％左右， 后者减小幅度为不设辅助墩时的９０％。 ｋＮ・ｍ 案，三塔斜拉桥在设置辅助墩后边塔塔底弯矩和边跨 表２辅助墩对结构内力的影响 注：弯矩值比为原设计方案与无辅助墩方案比值。 通过分析可知，三塔斜拉桥通过设置辅助墩来提 高结构的整体刚度效果很明显，特别是对边塔及边跨 主梁的刚度提高尤其显著。 ４边跨配重对斜拉桥的静力行为影响 ４．１边跨配重对结构变形的影响 在显著提高边塔及边跨主梁刚度的同时，还可以 有效的减小主塔塔底和主梁上下缘的弯矩，这对结构 表３所列为原设计方案与不设边跨配重方案在 使用阶段活载作用下结构变形对比。从表３中的数 据可以看出，两种方案的结构变形情况基本一致。 《工程与建设》２ｏ１２年第２６卷第４期４９１ 整体受力起到积极作用。 表３边跨配重对结构变形的影响 ｃｍ 注：位移值比为原设计方案与无边跨配重方案比值。 ４．２边跨配重对结构变形的影响 表４所列为原设计方案与不设辅助墩方案在使 用阶段活载作用下，结构内力对比。 从表４中的数据可以看出，除了边塔塔顶位移增 大了２０％左右以外，两种方案结构的变形情况基本 一致。 表４边跨配重对结构内力的影响 ｋＮ・ｍ 注：弯矩值比为原设计方案与无边跨配重方粟比。 通过分析可知，原设计方案通过加上配重对整体 结构变形和内力基本没有起到改善效果，主要原因可 体系刚度的作用，以及怎么才能更好的起到其改善的 效果有待进一步的研究和分析。 能是由于配重主要加载在次边跨区域且配重加载的 值不是很大，这一区域由于有辅助墩的存在，其刚度 较大，较小的次边跨加载不足对整体结构的刚度形成 影响。 （参考文献］ ［１］林元培．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９４． ［２］周孟波．斜拉桥手册［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． ［３］陶能迁，王福敏．提高ＰＣ三塔斜拉桥整体刚度研究［Ｊ］＿重庆交 通学院学报，２００７，２６（４）：１４—２Ｏ． ５结束语 （１）设置辅助墩对改善三塔斜拉桥整体体系的 刚度效果比较显著。在活载作用下，设置辅助墩后， ［４］周小伍．三塔斜拉桥的非线性地震反应分析ＥＪ］．工程与建设， ２ＯｌＯ，２４（３）：３４１—３４２，３６３． ［５］喻梅，李乔，廖海黎．辅助墩对多塔斜拉桥力学行为的影响 边塔的内力和位移以及边跨主梁的内力和位移显著 降低。同时中塔的内力和位移以及中跨主梁的内力 和位移也有一定程度的降低，中塔的内力降低达到 ４０％左右，中跨主梁的位移降低达到２５％左右，对改 善结构的变形和内力起到了很好的效果。 （２）原设计方案中在边跨加载的措施对整体体 系的刚度改善基本没有效果，其主要原因可能是由于 配重主要加载在次边跨区域且配重加载的值不是很 大造成的，边跨配重是否能起到改善三塔斜拉桥整体 口］．世界桥梁，２０１０（３）：３６—３９． ［６］裴炳志，叶见曙，李学文，等．辅助墩对大跨度高低塔ＰＣ斜拉桥 的受力影响分析ＥＪ３．桥梁建设，２００５（６）：２３—２６． ［７］喻梅．浅谈多塔斜拉桥［Ｊ］．四川建筑，２００３，２３（３）：５４—５５． ［８１苏剑南．三塔ＰＣ斜拉桥总体构思及力学行为分析［Ｄ］．武汉：华 中科技大学桥梁与隧道工程系，２００６． Ｅ９３胡建华，廖建宏，向建军．多塔斜拉桥设计构思［Ｊ］．国外公路， １９９９（５）：３４—３９． Ｅ］ｏ３张宝胜．三塔斜拉桥静力性能研究［Ｄ］．西安：长安大学桥梁与 隧道工程系，２００１． ３３８个城市开始监测空气质量 ２０１２年５月起，国家空气质量监测网络将由原来的１１３个重点城市扩大至３３８个地级以上的城市，全国 共设１ ４３６个空气质量监测站点，监测６种主要污染物，其中包括ＰＭ２．５。 ４９２《工程与建ｉｆｔ））２０１２年第２６卷第４期
