钢混索塔结构斜拉桥抗压分析

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翻新时间：2022-10-30

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钢混索塔结构斜拉桥抗压分析

【摘要】：通过对钢混索塔结构斜拉桥整体进行有限元建模计算，分析钢混索塔结构斜拉桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的抗压应力，从中分析比较得出钢混索塔结构斜拉桥的主要抗压部位，对类似的钢混索塔结构斜拉桥的设计具有指导意义。

【关键词】：钢混索塔结构、斜拉桥、抗压

一、引言

随着我国经济的发展和交通量的加大，桥梁工程在我国的发展与日俱进，斜拉桥这种适用于大跨径的桥型也越来越多。斜拉桥由斜拉索、塔柱和主梁组成，用若干高强的拉索将主梁斜拉在塔柱上，斜拉索使主梁受到一个压力和一个向上的弹性支承的反力，这就使得斜拉桥作为一种拉索体系，跨越能力远比梁桥要大，是大跨度桥梁的首要之选。其中不乏有索塔为钢筋混凝土的斜拉桥。由于斜拉桥的索塔左右布置了相对称的拉索，主梁在重力作用下通过拉索对索塔也产生相对称的力，所以在水平方向的力相互抵消，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样力又传给索塔下面的桥墩了。所以，在理想状态下，索塔只承受压应力，于是对于斜拉桥的索塔设计必须满足压应力的验算，特别是对于钢混索塔结构的斜拉桥。下面以实际的工程实例进行验证分析。

二、工程概况

三、主要结构特性

索塔均采用钢管混凝土格构式结构。塔柱平面布置如图1。

图 1塔柱平面图

索塔设计为框架型，每个塔柱由四根钢管混凝土立柱和平行腹杆组成空间格构。立柱钢管内灌注补偿收缩自密实C80混凝土。立柱间平联管全部采用平行布置。

高塔设置一道上横梁、两道中横梁和一道下横梁，下横梁处设A字撑。低塔设置一道上横梁、一道中横梁和一道下横梁，下横梁处设A字撑，横梁和A字撑全部采用空间管桁结构。塔柱外包段设置型钢骨架外包混凝土的钢筋混凝土结构V字撑。

四、计算模型

本次计算的内力组合如下：

（1）承载能力极限状态内力组合

组合I：基本组合：

（2）正常使用极限状态内力组合

组合I：长期效应组合：

组合II：短期效应组合：

计算中对全桥进行有限元建模，主要针对两侧索塔进行精细化的模型建立，考虑成桥状态下的索塔的受力状态。采用有限元软件Midas/Civil进行建模分析，全桥采用梁单元进行模拟，具体分析模型参见图2。

图2 全桥整体模型图

五、分析结果

在成桥状态下，全桥应力包络云图如图3所示，由图中可以看出去斜拉桥的最大压应力在索塔部位，其最大压应力在上索塔平纵联，达到403MPa，大于设计抗压强度。具体各部位的结果见表1。

图 3 全桥拉压应力包络云图

表1 斜拉桥各个部位压应力

项目位置压应力（MPa）是否满足规范要求

承载能力极限状态索塔 159 否

平、纵联 403 否

横梁 78.5 否

桥面系 62.6 是

正常使用极限状态长期效应组合索塔 126 否

平、纵联 336 否

横梁 64.7 否

桥面系 52.1 是

短期效应组合索塔 126 否

平、纵联 336 否

横梁 64.7 否

桥面系 52.1 是

从表1中可知，对于整个斜拉桥而言，压应力最大的地方在斜拉桥索塔的平、纵联处，达到403MPa，并且整个斜拉桥的索塔部分整体抗压能力不足，远不能满足规范要求。

六、结论

依托广安市清溪口渠江特大斜拉桥的初步设计方案的建模计算，由建模结果可知，对于斜拉桥而言，索塔是整个桥梁的受压区域，如果在进行桥梁设计时不注重索塔的抗压设计，则索塔的抗压能力很有可能不能满足规范的要求，使得后续设计必须进行修改。本文对于此设计给出的解决方案是对于模型中索塔的局部强度略显不足的杆件进行局部加强。

由于桥梁结构复杂，模型只对索塔部分进行了精细化的模拟，和实际情况有一定的差距，但是针对整个桥梁，此计算结果对于斜拉桥的设计有一定的指导作用。