多跨斜拉橋雙鋼管-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔靜力與抗震研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com多跨斜拉橋雙鋼管一混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔靜力與抗震研究宋曉輝，徐飛萍，陳仁山，楊則英43多跨斜拉橋雙鋼管一混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔靜力與抗震研究編譯宋曉輝。徐飛萍，陳仁山，楊則英(1．山東高速股份有限公司濟(jì)南黃河大橋管理處，山東濟(jì)南250000；2．山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東濟(jì)南250061)摘要：為研究雙鋼管一混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔在多跨斜拉橋中的應(yīng)用，以一座7塔8跨斜拉橋模型為背景，對(duì)雙鋼管～混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔的靜力及抗震性能進(jìn)行分析。采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法檢驗(yàn)橋塔的安全性，在中等強(qiáng)度地震波和超強(qiáng)地震波作用下，通過(guò)比較橋塔橫梁處主梁在縱向可移動(dòng)連接、線彈性連接及

2、雙線彈性連接3種支承條件下的地震響應(yīng)評(píng)估橋塔的抗震性能。分析結(jié)果表明：隔跨布置活載引起的主梁及橋塔彎矩大于滿跨布置荷載引起的主梁及橋塔彎矩；橋塔越高產(chǎn)生的位移和彎矩越?。凰旐憫?yīng)和塔底彎矩在可移動(dòng)支承條件下最大，在雙線彈性連接條件下最小。雙鋼管～混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔適用于多跨斜拉橋，主梁與橋塔橫梁處采用雙線彈性連接方式，橋塔的抗震性能最好。關(guān)鍵詞：多跨斜拉橋；鋼管一混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔；抗震分析；雙線彈性連接；耗能特性中圖分類號(hào)：U448．27；U441．5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671—7767(2013)01—0043—001引言因?yàn)殛P(guān)于多跨斜拉橋的研究并不多，多跨斜拉橋鋼管一混凝土

3、構(gòu)件在新結(jié)構(gòu)中已經(jīng)得到了廣泛的靜力行為與活荷載的強(qiáng)度及分布有關(guān)，因此研究荷應(yīng)用，鋼管對(duì)其內(nèi)部混凝土的約束作用提高了混凝載分布對(duì)彎矩和位移的影響是很有必要的。此外還土的抗壓強(qiáng)度，鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防研究了3種不同高度的橋塔的塔高對(duì)其變形和彎矩止鋼管發(fā)生局部屈曲。基于此提出了一種新型的組的影響；橋塔的安全性則通過(guò)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法檢驗(yàn)。合結(jié)構(gòu)橋塔，其塔柱為雙鋼管矩形截面，內(nèi)、外2層此外，還研究了適用于多跨斜拉橋的組合結(jié)構(gòu)鋼管之間灌注混凝土。這種鋼管一混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔的地震響應(yīng)。橋塔的動(dòng)力響應(yīng)是根據(jù)日本公路橋塔具有較高的極限抗彎和抗壓強(qiáng)度，同時(shí)也具有橋梁抗震規(guī)范規(guī)定的中等和超強(qiáng)設(shè)計(jì)地

4、震波發(fā)生時(shí)良好的延性。獲得的。在動(dòng)態(tài)響應(yīng)評(píng)估中比較了橋塔橫梁處主梁鋼管一混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔可以應(yīng)用在多跨斜的3種支承條件，分別是縱向可移動(dòng)連接、線彈性連拉橋中，法國(guó)米約大橋(7塔8跨斜拉橋)是一個(gè)很接和雙線彈性連接。地震作用下結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力也得好的例子。盡管類似結(jié)構(gòu)已經(jīng)在傳統(tǒng)橋梁的低橋墩到了核實(shí)。中得到了應(yīng)用，但是文中提到的鋼管一混凝土組合結(jié)構(gòu)橋塔從未提出或應(yīng)用于高塔斜拉橋。同時(shí)，由2靜力分析于多跨斜拉橋是一種新型結(jié)構(gòu)，其靜力行為及抗震2．1結(jié)構(gòu)模型性能還有待進(jìn)一步了解，因此有必要對(duì)鋼管一混凝圖1是用于研究的一座7塔8跨斜拉橋模型的土組合結(jié)構(gòu)橋塔多跨斜拉橋的靜力行為和抗震性能總體布置，其

5、跨徑組成為(100+6×200+100)進(jìn)行研究。m。主梁采用寬18．8m、高2．2m的正交異性板鋼1400100200．200．200．200P2P3P4P5P6P7A2單位：m圖1多跨斜拉橋模型總體布置收稿日期：2011—07—13編譯者簡(jiǎn)介：宋曉輝(1973一)，男，高級(jí)工程師，1994年畢業(yè)于山東交通大學(xué)路橋?qū)I(yè)，工學(xué)學(xué)士(E—mail：yangbridge20(]3@yahoo．corn．cn)。學(xué)兔兔www.xuetutu.com44世界橋梁2013，4l(1)箱梁。橋塔為H形雙索面橋塔，塔柱為矩形雙鋼L3為隔跨布置活載(見(jiàn)圖3)。管一混凝土組合結(jié)構(gòu)，每根塔柱均由內(nèi)、外2層

6、鋼管圖4所示為橋塔P1～P4塔頂?shù)目v向位移，橋及其之間澆筑的混凝土組成(見(jiàn)圖2)。主梁與橋塔塔P2～P4的最大位移是由恒載和活載組合D十I3橫梁在橫向和豎向固結(jié)，縱向可以移動(dòng)。引起的；橋塔P1的最大位移是由荷載組合D+I22．2結(jié)構(gòu)分析引起的。圖5所示為橋塔P1～P4底端的彎矩，橋?qū)蛄耗Ｐ瓦M(jìn)行了恒載(D)和設(shè)計(jì)活載(L)作塔P2～P4的最大彎矩是由荷載組合D+L3引起用下的有限元靜力分析，得到了截面等效應(yīng)力和變的；橋塔P1的最大彎矩是由荷載組合D+I2引起形。所有構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M，主梁和橋塔被分的。從圖中可看出隔跨布置的活載效應(yīng)大于滿跨布割成長(zhǎng)約5．0m的單元。設(shè)計(jì)活載取自日本公

7、路置的活載效應(yīng)。橋梁規(guī)范，包括3．5kN／m的均布荷載q和相當(dāng)另外，還對(duì)橋塔P1～P4取3種不同高度(62，97，于縱向長(zhǎng)10m、大小為10．0kN／m的集中荷載147m)進(jìn)行計(jì)算，圖6為在恒載和活載組合D+L3q。本文考慮了L1、L2和L3三種活載工況：Il為作用下的彎矩。通常情況下，塔越高則彎矩越小，這滿跨布置活載，L2為僅在P1～P2跨上布置活載，是因?yàn)殡S著塔高度的增加，截面的彎曲剛度減小。(a)立面(b)側(cè)面(c)塔柱橫截面單位：mm圖