【摘要】：鋼桁架拱橋以其優(yōu)美的結(jié)構(gòu)形式、較強的跨越能力成為城市中跨越大江大河應(yīng)用最廣的橋型之一,其施工中的穩(wěn)定性問題也是橋梁設(shè)計者們關(guān)注的焦點之一。根據(jù)二階靜風(fēng)穩(wěn)定分析的基本理論,闡述了基于通用有限軟件ANSYS的二階靜風(fēng)穩(wěn)定性的分析方法。并以一座主跨400 m的鋼桁架拱橋為例,研究了該橋在施工過程中的二階靜風(fēng)穩(wěn)定性問題。分析結(jié)果表明:在拱肋合攏前、剛性系桿合攏前和成橋狀態(tài)3種控制工況下100 a重現(xiàn)期的靜風(fēng)荷載作用時,該橋具有良好的抗風(fēng)穩(wěn)定性。通過參數(shù)分析得到:在合理范圍內(nèi),施工荷載和扣索索力變化對結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性的影響有限,而吊桿非保向力對其影響顯著。
【圖文】：

榷ㄎ侍猓嗤⒍允┕?荷載、吊索索力和吊桿非保向力加以參數(shù)分析比較，分析方法及研究結(jié)果在為此類橋型的設(shè)計、施工提供參考依據(jù)。1工程背景本文以一座為跨徑布置為(100+400+100)m的鋼桁架拱橋為例，對其施工過程中的二階靜風(fēng)穩(wěn)定性問題進行研究。該橋主桁橫向中心間距36m。拱肋下弦矢高90m，拱頂處拱肋上下弦的桁高7m，邊墩處桁高11m，節(jié)間長度12、14、16m。主拱肋拱軸線下弦為m=1.6133次懸鏈線，邊拱下弦為Ｒ=285m圓曲線，上弦拱頂段采用Ｒ=300m圓曲線，并以Ｒ=1200m反圓弧與橋面相接于E1節(jié)點。其總體布置圖，見圖1。圖1主橋總體布置圖(單位:m)Figure1Theoveralllayoutofthemainbridge(unit:m)目前，大跨度鋼桁拱肋的架設(shè)主要采用纜索吊裝法、懸臂拼裝法、轉(zhuǎn)體施工法和支架施工法，本橋采用懸臂拼裝法，這種施工方法施工周期長，橫向約束少，橫向剛度小的特點使得不利于抵抗側(cè)向風(fēng)荷載。該橋處于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，受海洋氣候影響，一年四季均能產(chǎn)生海陸風(fēng)，常年盛行東南風(fēng)和東北風(fēng)，平均風(fēng)速在3.1m/s，定時最大風(fēng)速有超過40m/s的記錄，施工過程中抗風(fēng)穩(wěn)定性問題因而表現(xiàn)的尤為重要。2第二類穩(wěn)定性分析方法2.1第二類穩(wěn)定基本理論結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)分為分支點失穩(wěn)和極值點失穩(wěn)兩類［12］。分支點失穩(wěn)也即第一類穩(wěn)定問題，當荷載達到臨界荷載時，原來的穩(wěn)定平衡狀態(tài)可能發(fā)生改變而分支，出現(xiàn)了新的平衡形式，與原有平衡有著質(zhì)的區(qū)別。第一類穩(wěn)定問題分析方法簡單，理論前提是材料始終處于彈性階段，結(jié)構(gòu)變形處于小撓度范圍內(nèi)，僅適用于理想結(jié)構(gòu)，ANSYS分析中對應(yīng)特征值屈曲分析。實際工程中，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)一般表現(xiàn)為第二類穩(wěn)定，即極值點失穩(wěn)。第二類穩(wěn)定分析等同于同時考慮幾何非線性和材料非線性的極限承載力分析。

節(jié)點自由度的方式來模擬扣塔與桁架單元間的鉸接，計算模型如圖2所示，單元數(shù)總計12744，節(jié)點數(shù)總計19310。主橋鋼結(jié)構(gòu)除部分弦桿和腹桿采用Q420qD鋼材外其余鋼材均采用Q345qD;橋面板采用C60的混凝土;吊桿為強度等級為1670MPa的φ7成品高強鋼絲;柔性系桿采用強度等級為1860MPa的φ15.24鋼絞線。扣塔除鋼管立柱采用Q345qD的鋼材外，其余剪力撐均采用Q235B;扣索采用φ15.24低松弛鋼絞線，邊跨拉索單桁均由4組37φ15.24鋼絞線組成，中跨拉索單桁由4組37φ15.24(2#扣索)和3組37φ15.24(1#扣索)鋼絞線組成。圖2ANSYS有限元模型Figure2TheANSYSfiniteelementmodel3靜風(fēng)荷載及分析工況3.1計算靜風(fēng)荷載根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(JTG－TD60－01－2004)［13］提供的橫向靜陣風(fēng)荷載計算方法，本橋施工階段計算時風(fēng)速重現(xiàn)期系數(shù)取為1.0，采用百年一遇基本風(fēng)速38.4m/s進行計算，可得作用拱肋上的橫向靜陣風(fēng)荷載為10.31kN/m，作用橋面系上的橫向靜陣風(fēng)荷載為3.78kN/m。3.2穩(wěn)定分析工況結(jié)合該橋的自身特點，施工方法采用拱上吊機懸臂拼裝法施工，施工過程為:邊、主墩的施工→前10節(jié)間主拱及橋面系安裝→安裝塔吊，主拱安裝至16#節(jié)間，同步安裝扣塔系統(tǒng)→拆除塔吊，掛設(shè)1#扣索，完成初張拉，解除上層風(fēng)纜→安裝中跨桁拱至20#節(jié)間，掛設(shè)2#扣索，完成初張拉，邊跨壓重→繼續(xù)安裝主拱，北主跨至23#節(jié)間，南主跨至22#節(jié)間，兩岸架梁吊機錨固于21#節(jié)間，準備中跨合攏→安裝橋面系，準備剛性系桿合攏→拆除壓重及扣塔系統(tǒng)。根據(jù)施工方案，施工過程中考慮結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變前，迎風(fēng)面較大，抵抗側(cè)向風(fēng)荷載最不利及成橋狀態(tài)三個控制工況，工況1:拱肋中跨合攏;工況2:剛性系桿合攏;工況3:成橋
【作者單位】： 武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院;
【分類號】：U448.224

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本文編號：2539643