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”橋設計理念的一種體現(xiàn)?！八鬏o梁”橋的設計理念決定了這種新興的橋梁結構體系具有構造設計方面的靈活性和技術經(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(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構形式。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），不僅整體結構在外型上新穎美觀，其PC主梁更具有鮮明的技術特色。
　　 目前PC主梁部分斜拉橋的建設中，仍然有諸多技術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、體內外預應力索的協(xié)調，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計階段中的力學估

3、算問題研究，深入地進行了影響部分斜拉橋整體結構性能的主要立面結構設計參數(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構的1∶3縮尺主梁節(jié)段模型試驗研究。
　　 主要研究內容如下:
　　 1.部分斜拉橋概念設計階段的估算公式
　　 在現(xiàn)有部分斜拉橋界定方法研究成果的基礎上，結合部分斜拉橋“索輔梁”橋的本質特點，就橋梁概念設計中幾個總體設計參數(shù)的確定原則，以及主梁的關

4、鍵設計參數(shù)進行了系統(tǒng)的闡述;推導了梁、索的恒活載內力近似計算公式。
　　 2.重要結構設計參數(shù)的研究
　　 根據(jù)概念設計階段的研究成果，進行了部分斜拉橋各種結構參數(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構受力性能的影響進行了對比計算分析。建議部分斜拉橋結構參數(shù)的優(yōu)化可以根據(jù)計算結果，按照不同的優(yōu)化目標（例如:拉索活載應力變幅較小、預應力鋼束效率提高等）來區(qū)別對待。研究成果對于明

5、確部分斜拉橋的重要結構參數(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寬箱主梁的空間應力分布影響
　　 結合重慶嘉悅大橋的結構技術特點，進行了外傾索面PC箱形主梁部分斜拉橋整體空間結構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力分布狀態(tài)以及變化規(guī)律;并對特殊的索梁錨固結構建立更為精細的空間有限元模型，掌握了混凝土索梁錨固結構的應力傳遞情況和其在最不利施工階段的力學行

6、為。根據(jù)研究成果提出:長懸臂的PC寬箱薄壁結構設計中，構件的主應力成為控制設計的主要因素;在縱向、橫向預應力都無法企及的區(qū)域，應采用優(yōu)化、加強普通鋼筋布置的辦法來保證結構的安全性。
　　 4.部分斜拉橋長懸臂PC寬箱主梁頂板的剪力滯效應
　　 對比了各種剪力滯效應研究方法的適用性;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、預應力、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。得到結論:受到拉索錨固結構、塔梁聯(lián)結邊界條件、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十分突出，且正負剪力滯效應都存在;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.索梁錨固結構主梁節(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、段試驗模型。根據(jù)空間計算結果，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力與變形，研究混凝土錨固塊的應力分布情況，通過實測數(shù)據(jù)與空間有限元計算結果的對比分析，對拉索錨固區(qū)的優(yōu)化設計提出合理建議。
　　 6.考慮預應力影響的部分斜拉橋PC主梁的索力優(yōu)化
　　 簡述索力優(yōu)化的內容和方法，綜合比較了以主梁截面的應力狀態(tài)為條件，進行索力和預應力設計耦合優(yōu)化的幾種方法的特點。提出前進分析法是比較