獵德大橋索塔傳力機理研究

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1、獵德大橋索塔傳力機理研究摘要：獵德大橋索塔為雙柱曲桿-拱形橫梁門架式結(jié)構(gòu)，由于索塔結(jié)構(gòu)新穎、獨特，存在著與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的復(fù)雜之處，特別是索塔頂部橫梁，直接承受主鞍傳遞的集中荷載，其受力性質(zhì)超岀了常規(guī)橫梁提供橫向剛度的作用，成為結(jié)構(gòu)的傳力構(gòu)件。本文以獵德大橋為工程背景，對獵德大橋索塔傳力機理進行研究。關(guān)鍵詞：獵德大橋；索塔；傳力機理中圖分類號：S773.4文獻標識碼：A1、獵德大橋工程概況貓德大橋位于廣州大橋與華南大橋之間，北岸與獵德路相接，南岸與新港東路立交相接，主橋(K1+224.064?K1+704.064)采用獨塔兩跨自錨式懸索橋，主孔根據(jù)主河槽寬度220m和珠江通航孔跨180

2、m的要求采用167m+219m的跨徑組合；加勁梁為47in+167i]i+219m+47m四跨連續(xù)梁，全長480m,雙向六車道。主跨采用單箱鋼箱梁，擬采用頂推法施工。主纜為空間索面，全橋共有2根，英結(jié)構(gòu)為預(yù)制平行絲股(PWS),每根纜索由33股127絲巾5.3mm的鍍鋅高強鋼絲組成；主鞍座在塔頂間距4m；全橋共冇56根鋼絲繩吊索，吊索鋼絲繩公稱直徑為4)60mm和4)48価兩種，吊索間距為12米。本橋主塔結(jié)構(gòu)外形新穎獨特，在世界各國橋梁橋塔中具有獨創(chuàng)意義，也是該橋梁方案最具創(chuàng)新意義，最能夠吸引公眾注意力的獨特建筑。索塔塔高128m,主休結(jié)構(gòu)高103米，頂部裝飾高25叫塔身外觀為兩個貝

3、殼狀弧形殼體相扌II,外形新穎獨特，施工難度大。其內(nèi)外輪廓分別為橢圓組合而成，頂部開孔。索塔結(jié)構(gòu)見圖2.1所示。2、獵徳人橋索塔理論計算公式推導(dǎo)2.1獵德大橋索塔分析模式獵德大橋索塔為雙柱曲桿-拱形橫梁門架式結(jié)構(gòu)，其橫梁直接承受主鞍傳遞的荷載，其受力性質(zhì)超出了常規(guī)橫梁提供橫向剛度的作用，成為結(jié)構(gòu)的傳力構(gòu)件，橫梁的構(gòu)造見圖2.2。橫梁的縱橋方向長度相對其他兩個方向較小，主耍承受由主梁傳遞的豎向荷載，其兒何、受力特征都符合彈性力學(xué)的平面問題，因此將其簡化為平面問題模型進行分析，分析模型見圖2.30圖2.1索塔結(jié)構(gòu)簡圖圖2.2獵德大橋索塔橫梁構(gòu)造圖（單位：mm）圖2.3獵德大橋索塔橫梁分析

4、模型（單位：mm）2.2索塔橫梁理論計算公式推導(dǎo)對于圖2.3所示的分析模型，邊界條件為：(2-1)其中，、為已知函數(shù)。為了選擇滿足雙調(diào)和方程的艾里應(yīng)力函數(shù)，可取函數(shù)：(2-2)則有：(2-3)由可得：代入(2-2),不妨設(shè)，則冇：(2-4)山可得(2-5)利用上下兩邊的邊界限條件，可得，，和所滿足的代數(shù)方程組：根據(jù)已知的、便可求得，，和，因此可得到該問題的應(yīng)力函數(shù)。再將式(2-5)代入物理方程式便可求得應(yīng)變函數(shù)為：將式(2-7)的第一式和第二式代入兒何方程式，可得(2-8)其中，均為任意函數(shù)。式(2-8)的第一式對求導(dǎo)，第二式對求導(dǎo)，再利用位移的邊界條件：和可求，。至此，可以求得該問

5、題的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。3、獵德大橋索塔有限元分析3.1獵德大橋索塔有限元計算模型采用ANSYS軟件中的S0LTD65單元，模擬混凝土建立實橋索塔模型?？紤]到該索塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以在劃分網(wǎng)格時盡量把網(wǎng)格劃分得細點，尤其是橫梁位置。模型中共劃分單元338311個，節(jié)點73895個。坐標系的設(shè)置：以橫橋向為模型的X方向，以順橋向為模型的Z方向,以豎向為模型的Y方向。具體見以下模型示意圖2.4。3?2計算參數(shù)：實橋索塔橫梁及塔柱混凝土：C50混凝土，彈性模量，泊松比。實橋索塔承臺混凝「1匕C30混凝土，彈性模量，泊松比。圖2.4實橋索塔結(jié)構(gòu)單元劃分圖4計算結(jié)果與分析實橋索塔不考慮口重，只在受到

6、相同的荷載所產(chǎn)生的效應(yīng)。計算結(jié)果見圖2.5?圖2.6和表2.1~表2.30從圖2.5?圖2.6可以看出，采用本文公式計算得出的應(yīng)力、撓度分布基本與采用ANSYS模型計算的應(yīng)力、撓度分布規(guī)律一致；從表2?「表2.2可以看出兩種不同的方法計算的結(jié)果基木一致；從表2.3可以看出，兩種方法計算的應(yīng)力與撓度結(jié)果誤差均小于10%,這說明本文計算公式的計算結(jié)果與ANSYS模型的計算結(jié)果吻合性良好，采用本文的處理方法是可行的,而且可以保持一定的精度，在精度要求不是很高的情況用，用本文方法分析將可以節(jié)約大量的時間和資本。圖2.5橫梁跨屮應(yīng)力-沿高度變化曲線圖圖2.6橫梁底撓度變化曲線圖表2.1橫梁跨中

7、應(yīng)力計算結(jié)果表注：應(yīng)力負號表示受壓，止號表示受拉。表2.2橫梁底撓度計算結(jié)果表注：計算結(jié)果是相對于點1的撓度，撓度負號表示變形沿著y軸的負方向。表2.3計算結(jié)果對照表4結(jié)論本章基于彈性力學(xué)的基本理論，推導(dǎo)了用平面應(yīng)力法分析獵德大橋索塔橫梁的計算公式，通過本文計算公式的計算結(jié)果與通用軟件ANSYS的計算結(jié)果比對可以得知本文的計算公式的計算結(jié)果與ANSYS模型的計算結(jié)果吻合性良好，釆用木文的分析方法是可行的，而且可以保持一定的精度。采用本文的分析方法分析獵德大