AA斜拉桥钢箱梁_混凝土索塔结合段的试验研究_樊健生

基金项目：国家高新技术研究发展专项“８６３计划”（２００６ＡＡ１１Ｚ１２０）、

长江学者和创新团队发展计划资助（ＩＲＴ００７３６）

作者简介：樊健生，博士，副教授收稿日期：２００７－０８－０３

土木工程学报ＣＨＩＮＡＣＩＶＩＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬ

第４１卷第７期２００８年７月Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．７Ｊｕｌ．

２００８

引言

厦门园博园１１号桥为独塔双索面混合梁斜拉桥，

桥跨布置为１１２＋４８＝１６０ｍ。主跨采用扁平钢箱梁，边跨主梁为预应力混凝土π形梁，混凝土索塔呈倾斜倒Ｙ型，塔梁固结，如图１所示。该桥造型独特，结构新颖，采用轻盈的流线型钢箱梁跨越水面，通过塔梁固结来传递不对称拉索产生的水平力。

我国已建成多座钢箱梁与混凝土主梁相连的混合

梁斜拉桥［１］。对于此类混合梁桥，预应力混凝土梁与钢梁的连接是最关键的构造之一。混合梁斜拉桥的结合部有多种构造形式，通常采用部分填充混凝土的结合方案，即在钢梁端部的底板及腹板内填充混凝土，使钢梁承受的纵向力能够较均匀地扩散到预应力混凝土梁内［２，３］。园博园１１号桥受构造限制，钢箱梁与混凝土索塔的结合部在主梁梁端。结合部因材料和构造的不同使得内力传递不连续，内力传递机理复杂，设计时需确保有效地传递荷载产生的轴力、剪力、弯矩和扭矩，而且在外形上也应使过渡区流畅一致。为此，该桥采用了刚度很大的承压板将钢梁的压力传递到混凝土索塔，从受力上类似于钢桥塔与混凝土

斜拉桥钢箱梁－混凝土索塔结合段的试验研究

樊健生１

聂建国１

吕坚锋１

张革军２

杨晓滨２

（１．清华大学，北京１０００８４；２．中交公路规划设计院，北京１０００１０）

摘要：厦门园博园１１号桥为独塔双索面混合梁斜拉桥。为研究该桥梁－塔结合段的内力传递机理和构造措施，完成了钢箱梁－混凝土索塔结合段的施工模拟和局部足尺模型试验。试验前，基于全桥的设计计算结果和结合段整体结构的有限元分析，确定了模型试验的荷载工况和约束条件。模型试验测试的主要内容包括钢梁、混凝土、钢筋和钢绞线的应力以及结构的变形情况。模型试验以及与有限元计算结果的对比分析表明，该桥承压板式结合段传力可靠、构造合理，并具有较强的抗裂性能和较大的承载力储备，是一种合理的斜拉桥梁塔锚固构造形式。关键词：斜拉桥；钢－混凝土结合段；模型试验；有限元分析中图分类号：Ｕ４４８．２７

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－１３１Ｘ（２００８）０７－００６１－０６

Ｔｅｓｔｏｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｊｏｉｎｔｓｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｔｏｗｅｒｏｆａｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ

ＦａｎＪｉａｎｓｈｅｎｇ１ＮｉｅＪｉａｎｇｕｏ１ＬüＪｉａｎｆｅｎｇ１ＺｈａｎｇＧｅｊｕｎ２ＹａｎｇＸｉａｏｂｉｎ２

（１．ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ；

２．ＣｈｉｎａＨｉｇｈｗａｙＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ，Ｉｎｃ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＸｉａｍｅｎＹｕａｎｂｏｙｕａｎＮｏ．１１Ｂｒｉｄｇｅｉｓａｈｙｂｒｉｄｇｉｒｄｅｒｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈａｓｉｎｇｌｅｔｏｗｅｒａｎｄｄｏｕｂｌｅｃａｂｌｅｐｌａｎｅｓ．Ｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔ，ａｆｕｌｌｓｃａｌｅｔｅｓｔｏｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｊｏｉｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｔｏｗｅｒｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｃａｓｅｓａｎｄｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｆｕｌｌ－ｗｉｄｔｈｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｊｏｉｎｔ．Ｔｈｅｔｅｓｔｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐａｔｈｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｓｔｅｅｌ，ｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｌｏａｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｊｏｉｎｔｉｓｒｅｌｉａｂｌｅｗｉｔｈｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｎｃｒａｃｋｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｌｏａｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｔａｉｌｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｊｏｉｎｔａｒｅｒａｔｉｏｎａｌ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｅｅｌ－ｃｏｎｃｒｅｔｅｊｏｉｎｔ；ｍｏｄｅｌｔｅｓｔ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓＥ－ｍａｉｌ：ｆａｎｊｓｈ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ

?

?土木工程学报２００８年

承台之间的连接。弯矩在结合段可能产生的拉应力则通过纵向预应力来补偿，竖向剪力通过承压板与混凝土索塔间的摩擦力以及钢箱梁埋入段的锚固力来承担。

目前，国内外有关此类梁塔结合段的力学分析和试验研究还未见报道，为确保该桥的安全性和经济性，对钢－混凝土结合段的构造开展了专题研究。研究包括计算分析和结合段模型试验两部分：

（１）在进行模型试验前，采用有限元软件对梁塔结合部的受力性能进行分析，并根据计算结果来确定模型试验的加载条件。

（２）设计制作结合段的试验模型并按照设计要求进行加载试验。通过模型试验，模拟施工过程，观测梁塔结合段模型在设计荷载作用下的应变和变形，并观测结合段在设计荷载作用下混凝土表面是否发生开裂。

１

数值分析

１．１

计算模型及条件

有限元分析采用ＡＮＳＹＳ软件进行。计算模型钢

箱梁部分长度为７．６ｍ，钢混结合区承压钢板后的索塔混凝土厚度为４．０ｍ；沿高度方向，索塔底面至钢混结合段底面的距离为５ｍ。为确定试验段３．６ｍ宽度范围内的应力分布与全宽结构这一区域内应力分布的差别，并确定模型的加载方式，分别建立了结合区全宽度范围以及试验段３．６ｍ宽度范围内的数值模型。其中，全宽模型总宽度为２２．５ｍ，钢箱梁内包括两道纵隔板（图２ａ）。试验段有限元模型的几何尺寸与试验模型相同：在横桥向取钢箱梁纵隔板左右各

１．８ｍ，共３．６ｍ宽；顺桥向混凝土索塔厚度取为３ｍ；

高度方向索塔底面至钢混结合段底面的距离为０．５３ｍ（图２ｂ）。分析时在保证计算精度的前提下，忽略了混凝土索塔内钢筋的作用以及承压钢板与混凝土之间的滑移效应。

模型中钢板采用ＳＨＥＬＬ６３弹性壳单元模拟，索塔锚固区内的混凝土采用ＳＯＬＩＤ４５弹性实体单元模拟，预应力筋采用ＬＩＮＫ８三维杆单元模拟［４］。钢材弹性模量取２．０６×１０５ＭＰａ，泊松比取０．３。混凝土弹性模量３４５００ＭＰａ，泊松比取０．２，抗拉强度按标准值取为２．６５ＭＰａ。

１．２计算结果

为分析试验段模型与实际结构间受力状态的差

别，对全宽模型中纵隔板两侧各１．８ｍ范围内的截面

进行内力提取，提取方式为沿路径进行内力积分，积分点为钢混结合面纵隔板上边缘。各工况下根据全宽模型积分得到的结合面内力如表１所示。表１中①为根据全宽模型积分得到的内力值，②为结合面设计内力除以桥梁有效宽度２０．３ｍ再乘以试验段宽度３．６ｍ得到的结果。

工况１和工况４是结合面的控制工况。根据表１所示的计算结果，轴向应力沿桥横向分布基本均匀。图３为结合面附近钢箱梁顶板纵向应力沿宽度方向的分布图。由于加劲肋的影响，轴向应力沿宽度方向存在一定波动。其中，钢箱梁顶板加劲肋所处位置的轴向应力较小，纵隔板对应位置应力值较大，但钢箱梁总体上的剪力滞后效应并不明显。由表１还可以看出，由全宽有限元模型积分得到的竖向剪力比按宽度

６２

?

?第４１卷第７期工况①有限元提取内力

轴力（ｋＮ）

竖剪（ｋＮ）

轴力（ｋＮ）

竖剪（ｋＮ）

轴力

竖剪

竖弯

工况１工况２工况３工况４

－１９６４．６－２３６５．３－２９４８．０－３０３０．１

１５０．４６．６７３．３－５８４．０

－２００６．２－２３８５．４－２９２３．８－３０３３．０

７８．０－２８．０９．８－４７５．４

０．９８０．９９１．０１１．００

１．９３－０．２４７．５１１．２３

１．１７０．８０－２．７８１．０３

竖弯（ｋＮ?ｍ）

２１５５．３－６１９．８１５４．７－９４２４．０

①／②②按宽度均分内力

竖弯（ｋＮ?ｍ）

１８４９．５－７７５．１－５５．６－９１２５．５

表１

试验段结合面内力

Ｔａｂｌｅ１

Ｆｏｒｃｅｓｏｎｊｏｉｎｔｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｓｔｍｏｄｅｌ

均分得到的剪力值大，而竖向弯矩的差别较小，说明纵隔板对钢梁截面竖向剪应力的分布有重要影响，而对竖向弯矩分布的影响较小。

图４为工况４作用下局部模型中承压钢板的ｖｏｎ－

Ｍｉｓｅｓ应力分布图，承压钢板的最大应力为４２．２４ＭＰａ。

应力较高的区域为上下端与钢箱梁顶底板连接的部位。这部分较高的应力一部分是由预应力束锚具引起的，另一部分则发生在承压钢板与Ｕ形加劲肋连接处。除此区域以外的大部分承压钢板，应力水平均低于

１０ＭＰａ。因此，将中部１／２高度范围内的承压钢板取

消或改用较小的厚度，对节点区的受力没有明显影响。

２

试验研究

２．１

试验方案

模型试验在清华大学工程结构实验室进行。利用

实验室现有的试验条件并结合设计要求，模型试验装置如图５所示。

模型包括钢主梁和钢筋混凝土索塔两部分。综合考虑结构模拟的真实性以及实验室的试验能力，钢主梁节段模型沿桥竖向的比例取为１∶１，采用工字形截面，即高度和构造与实桥完全相同，而在横桥向则取钢箱梁纵隔板左右各１．８ｍ共３．６ｍ宽。钢主梁悬臂段长度为８．０ｍ，竖向加载点位置距梁端２００ｍｍ。钢主梁在端部承压板之后有１．２ｍ长的锚固段埋入混凝土索塔内。除承压板和锚固段外，还通过上下各５束高强钢绞线在钢主梁与索塔间施加了预压力，以防

止结合面在弯矩作用下开裂。混凝土索塔顺桥向的厚度为３．０ｍ，总宽度３．６ｍ，由台座至索塔顶部的距离为３．６ｍ，其中钢箱梁锚固段底板以下的高度为１．３３ｍ。索塔内竖向钢筋直径２８ｍｍ，分前后３排布置，配筋量由构造要求控制。索塔底部前后两侧还各伸出１ｍ长、０．８ｍ高的混凝土地梁，通过锚栓将模型与实验室台座进行固定。为模拟实际结构中边跨预应力混凝土梁对钢主梁的约束作用，用锚固于索塔背面的钢拉梁将索塔与反力墙连成整体。设计钢拉梁和地梁时，使其约束刚度与实际结构中边跨预应力混凝土梁产生的效果一致。

节段模型采用与实际结构相同的材料，钢箱梁采用Ｑ３４５Ｃ级钢材，主梁端部承压板采用满足厚度方向性能要求的Ｑ３４５－Ｚ１５钢板，索塔采用Ｃ５０混凝土。索塔混凝土内部配筋及预应力束的配置也和实际结构相同，钢筋规格均为ＨＲＢ３３５，预应力钢绞线规格为１×７－１５．２－１８６０。

２．２试验工况

节段模型试验的加载工况仅考虑轴力、竖向剪力

及竖向弯矩，加载位置位于钢梁自由端。钢梁内的轴力通过张拉４束预应力筋施加，加载点在顶板以下

１．３６４ｍ处；竖向剪力通过梁端的千斤顶施加；竖向

弯矩由千斤顶和偏心预应力作用产生，如图６所示。每个试验工况均为首先通过千斤顶张拉调整轴力，然后施加梁端竖向荷载。

樊健生等?斜拉桥钢箱梁－混凝土索塔结合段的试验研究

６３

?

?土木工程学报２００８年

节段模型试验的荷载工况根据全桥在施工及成桥阶段的计算结果和有限元计算结果确定。共选取了４种最不利工况，其中作用于节段模型结合面上的内力如表２所示。

加载端的轴力Ｎ和竖向荷载Ｐ按如下方式确定：

Ｐ＝（

Ｍｚ－Ｎ×Ｈ

）ｘ０

Ｎ＝Ｆ

ｘ

!（１）

式中：ｘ０＝８．０ｍ，Ｈ＝１．３６４ｍ。

按此方法等效后可保证轴力和竖向弯矩与设计内力一致，而竖向荷载则比设计内力偏大。正式加载之前先进行预加载以检查加载设备、位移传感器及应变片的工作状态，并消除各构件间的初始间隙。竖向荷载采用分别位于梁端上下位置的４台６００ｋＮ千斤顶进行分级加载。各级荷载下持荷１５ｍｉｎ并观测混凝土表面是否发生开裂。

２．３测点布置

根据节段模型的受力情况及试验工况，并考虑结

构的对称性，确定节段模型试验的测点布置如图７所示［５］。模型共布置５类测点，即钢梁应变测点、混凝土表面应变测点、钢筋应变测点、位移测点和荷载测点。以上测点布置方案中，沿横向布置了三道测点，主要用于测量节段模型沿横向的应力分布和剪力滞效应；纵隔板沿高度方向布置了３个应变花，加劲肋上布置了４个应变花，用于量测结合段的钢板应力状态；沿钢主梁长度方向在若干截面布置测点，用于测量钢梁到混凝土的传力情况。

３

试验结果及分析

主要试验结果及与有限元计算结果的对比见表３

所示。表中各实测数据的测点位置见图７所示。

工况

有限元模型提取的结合面内力

试验加载端荷载轴力Ｆｘ（ｋＮ）

剪力Ｆｙ（ｋＮ）

轴力Ｎ（ｋＮ）

荷载Ｐ（ｋＮ）

弯矩Ｍｚ（ｋＮ?ｍ）

工况１工况２工况３工况４

－１９６４．６－２３６５．３－２９４８．０－３０３０．１

１５０．４６．６７３．３－５８４．０

－２０００－２４００－３０００－３０００

６００３２０５２０－６６０

１９５２－７７８－３６－９２４０

弯矩Ｍｚ（ｋＮ?ｍ）

２１５５．３－６１９．８１５４．７－９４２４．０

表２

荷载等效结果

Ｔａｂｌｅ２

Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｌｏａｄｉｎｇｓ

注：表中竖向荷载向上为正，轴力受拉为正。

６４

?

?第４１卷第７期３．１结构变形

试验加载顺序为先张拉钢绞线施加轴力，再用千

斤顶施加竖向荷载。图８为工况１施加竖向荷载时的荷载－挠度曲线。图中挠度值和梁端竖向荷载均以向下为正。在各试验工况作用下，钢梁变形随荷载的增加基本呈线性变化，结构处于弹性状态。结构在完成加载－卸载循环后残余变形很小，可以忽略不计。钢梁－索塔结合面侧面从下到上布置有３个位移测点以测量承压钢板与混凝土顺桥向的相对位移（图７）。实测数据显示，承压钢板与混凝土间相对位移很小，且一直处于受压状态，没有互相脱离的趋势。对比节段模型试验及有限元计算结果，试验值与计算值基本一致，且略偏于安全。

３．２索塔混凝土应力

如图７所示，在索塔顶部布置了９个混凝土应变测点，在侧面靠近结合面处沿高度方向布置了５个应变测点。数值计算结果表明，混凝土最大拉应力发生在承压钢板与混凝土结合面底部且靠近钢梁腹板的位置，且各工况下受拉区的分布范围较小（高约２００ｍｍ，深入混凝土内约４００ｍｍ）。该区域无法布置应变测点，但试验过程中未观察到混凝土发生开裂。索塔顶部的混凝土在各种试验工况下均为压应力（图９），表明偏压轴力及竖向荷载在混凝土索塔顶面引起的纵向拉应力可以完全被预应力抵消，能够有效防止混凝土开裂。由于索塔顶面同时也是行车路面，控制这部分混凝土的最大拉应力有助于提高结构的耐久性。

３．３钢筋应力

索塔内共布置了２７个钢筋应变测点。各工况下

的试验结果表明，混凝土索塔上部水平方向钢筋在加载过程中均处于受压状态，最大压应力约为１０ＭＰａ。同一根钢筋的应力随距结合面距离的增大而减小，即离结合面越近压应力越大。沿宽度方向，各根钢筋的应力差别较小。

混凝土索塔竖向钢筋测点布置如图７所示，测点按纵向位置、竖向位置、横向位置进行编号。索塔内共布置有３排竖向钢筋，自梁端至塔背分别编号为

１、２、３；沿竖向每根钢筋设３个测点，自下向上编

号为ｂ、ｍ、ｔ；沿横向中线位置测点编号为ｉ，最外

表３

主要试验结果及与计算值的对比

Ｔａｂｌｅ３Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

测量项目

试验工况１

试验工况２

试验工况３

试验工况４

梁端挠度（２－７）

实测值（ｍｍ）计算值（ｍｍ）实测／计算－４．５－４．２１．０７－２．２－２．６０．８５－３．７－３．８０．９７３．４３．２１．０６钢梁顶板应力

（４－７）实测值（ＭＰａ）计算值（ＭＰａ）实测／计算－３４．２－４８．１０．７１－２８．０－４６．７０．６０－３６．５－５３．２０．６９－５８．９－８２．７０．７１混凝土最大拉应力实测值（ＭＰａ）计算值（ＭＰａ）实测／计算—

４．４—

—

４．２—

—

４．４—

—

４．６—

塔顶混凝土最大压应力（６－９）

实测值（ＭＰａ）计算值（ＭＰａ）实测／计算

－４．３－７．００．６１

－３．９－６．９０．５７

－５．０－７．１０．７０

－４．７－７．００．６７

注：表中挠度以向下为正，向上为负；应力以受拉为正，受压为负。

樊健生等?斜拉桥钢箱梁－混凝土索塔结合段的试验研究

６５

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?土木工程学报２００８年

侧测点编号为ｏ。各试验工况中竖向钢筋基本处于受压状态，其中工况４下第１排和第２排钢筋的应力曲线如图１０和图１１所示。在竖向荷载作用下，第１排和第３排钢筋下部的应力增量较大，钢筋上部应力增量很小；第２排钢筋的应力则明显小于第１排和第３排钢筋的应力；钢筋应力均小于屈服强度。根据试验结果，索塔内按构造要求配筋能够满足强度及控制裂缝的要求，但在施工时应充分保证钢筋根部的锚固。

３．４钢梁应力

根据钢梁表面的应变测量结果，钢梁纵隔板与顶

板、底板的应力分布基本符合平截面假定。在试验工况下，钢梁最大应力约为６０ＭＰａ。锚固段钢板应力在结合面后迅速减小，轴压力全部通过承压板传递给

混凝土；弯矩作用引起的拉应力则被预应力所抵消，承压板后锚固段钢板的拉应力实测值很小。对比节段模型试验及有限元局部模型计算得到的钢梁应力，其分布规律及数值基本一致。

４结论

本文对厦门园博园１１号桥钢梁－混凝土索塔结合段的构造进行了有限元分析和节段模型试验。计算和试验表明，通过钢梁端部的承压钢板及锚固于索塔内的预应力束来传递梁－塔间的轴向力及弯矩，受力明确，构造合理，能够防止混凝土索塔的开裂，并具有较大的承载可靠性。

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王娴明．建筑结构试验［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０００（ＷａｎｇＸｉａｎｍｉｎｇ．Ｔｅｓｔｓｆｏｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：

ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２０００（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

樊健生（１９７５－），男，博士，副教授。主要从事组合结构的研究。聂建国（１９５８－），男，博士，教授。主要从事组合结构的研究。吕坚锋（１９８２－），男，博士研究生。主要从事组合结构的研究。张革军（１９７２－），男，学士，高级工程师。主要从事桥梁设计及研究。杨晓滨（１９６８－），男，学士，

高级工程师。主要从事桥梁设计及研究。

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钢箱梁桥的有限元分析

钢箱梁桥的有限元分析 1．钢箱梁桥的概述 在大跨度桥梁的设计中，恒载所占的比重远大于活载，随着跨度的增大，这种比例关系也越来越大，极大地影响了跨越能力。因此，从设计的经济角度来说，考虑减轻桥梁结构的自重是很重要的。钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度均很高的匀质材料，并且材料的可焊性好，通过结构的空间立体化，钢桥能够具有很大的跨越能力。 随着高强度材料和焊接技术的发展，以及桥梁设计、计算理论的发展和计算机技术发展，从50年代以来，钢梁桥地建设取得了长足的发展，欧洲相继建造了多座大跨钢桥。从前被认为不可能计算的复杂结构，现在能够通过计算机完成，并且计算结果与实测结果吻合较好。同过去相比，在相同的跨度与宽度的条件下，用钢量可减少15一20 %，工期与工程的造价也都减少很多，因此钢桥在大跨桥梁领域内具有相当强的优势和竞争力。 在构成钢桥的主要构件中，其翼缘和腹板均使用薄板，其厚度与构件的高度和宽度比都比较小，是典型的薄壁构件。它与以平面结构组合为主的桥梁结构分析有一定的区别，它涉及到很多平面结构中不常考虑的扭转问题，所以必须依据薄壁结构理论才能明了其应力和应变状态，其应力及变形应按照薄壁结构的理论进行计算。 由于钢箱梁桥是空间结构，结构在恒载或活载的作用下会发生弯一扭藕合。如果采用传统的计算手段和方法，计算模型要进行必要地简化，为了简化计算，一般的设计规范都要通过构造布置，使实际结构满足简化后的计算理论。实践表明在满足构造要求后，计算的精度能够满足实际地需要。但是这样的计算无法得到结构的一些特定部位的精确解，例如变截面和空间构件交汇的部位等。随着计算机技术和有限元理论的发展和进步，计算机的有限元法己成为现代桥梁的重要计算手段，不但有很高的效率而且可以根据实际的需要进行仿真分析，计算结果经验证与结构的实际结果吻合较好。当前结构的计算机仿真分析已成为一种广为应用的计算手段。 同一座桥梁可以采用不同的施工方法，但是成桥后的最终应力状态会有差异，结构的最终应力状态与安装过程密不可分。例如连续梁可采用满堂支架法和悬臂拼装法，两者成桥后的应力状态却有较大的区别。因此必须针对特定的施工方法，对施工过程中每一个施工阶段的结构应力进行计算，确保各个阶段的应力满足相关规范。 由于在制造和安装等原因，结构的最终状态会与设计状态有一定的差异，各国都通过制订有相关的规范来指导施工和竣工验收的标准。这些标准规是通过长期的实践与试验以及计算分析的基础上得出的，满足这些相关规范的要求一般就可以保证结构的安全性。但是由于实际结构是受力复杂的空间结构，特别是结构的一些局部范围可能在某一工况下处于较高的应力状态，而其他部为却处于相对较低的应力状态，这样不利于充分发挥材料的力学性能。现在可以通过大型通用有限元软件对大桥在使用过程中可能存在的各个工况的受力状态进行仿真分析，确定出结构不利的部位以及富余较大的部位，便于调整设计。 1.1本论文的研究目的 常用的计算机方法是将主梁转换成具有等效截面的梁单元计算，这种方法能够较好的从整体上考虑结构的空间特点，虽然也反映了空间结构的特点，但是它也存在以下明显的不足： 1. 不能准确模拟边界条件。例如支点的约束，梁单元通常只能简化为一点的约束，但是不管什么样的约束实际结构总是以面接触来实现的;

钢箱梁桥介绍

钢桁梁 由于钢材具有强度高、材质均匀、塑性及韧性良好和可焊性好等诸多优点；因此，用钢材建造的桥梁一一钢桥具有如下特点： （1）跨越能力大。由于钢材的强度高，在相同的承载能力条件下；与钢筋混凝土桥梁相比，钢桥构件的截面较小，所以钢桥的自重较轻, 最适合于建造大跨度的桥梁。 （2）最适合于工业化制造。钢桥构件一般都是在专业化的工厂由专用设备加工制作，不受季节的限制，加工制造速度快、精度高，质量容易得到控制，因而工业化制造程度高。 （3）便于运输。由于钢桥构件的自重较轻，特别是在交通不便的山区便于汽车运输。 （4）安装速度快。钢桥构件便于用悬臂施工法拼装，有成套的设备可用，拼装工艺成熟。 （5）钢桥构件易于修复和更换。 （6）钢材易锈蚀，故钢桥的养护费用高。另外，钢桥须防火，在列车通过时噪音大，故不宜在闹市区建造铁路钢桥。 钢桥可以根据不同的条件要求建成多种形式，其种类比其他材料制造的桥梁更多，主要可分为梁式体系、拱式体系及组合体系。

1. 梁式体系 按力学图式分梁式体系又可分为简支梁、连续梁、悬臂梁；按主梁的构造 形式分有板梁桥、桁梁桥、箱梁桥、结合梁桥。 2. 拱式体系 按力学图式分拱式体系可分为有推力拱和无推力拱；按拱肋的构造形 式分有版式、桁式、箱式。 3. 组合体系 这类桥型包括吊桥和斜拉桥，都是利用高强钢索来承重，吊桥(又称悬索桥)的承重构件是高强度钢索，恒载轻，跨越能力大。斜拉桥的承重构件是斜拉索和梁，其钢梁可以是板式、桁式或箱式，恒载较轻，风动力性能较吊桥好，故发展很快。 钢桥主体结构所用的钢材主要是碳素钢和低合金钢。20世纪50年代我国钢桥主要采用普通碳素钢一A3钢，该钢材由于含碳量较高 (0.14?0.22% )，可焊性差，只能进行铆接连接，如武汉长江大桥的主桥采用A3钢，该桥为连续铆接钢桁梁。用 A3钢建造大跨度桥梁时，构件截面尺寸大，从而增加用钢量并使钢桥的自重加大，因此， 20世纪50年代后期，我国开始研究在钢桥上采用能够焊接的国产高强度低合金钢一16q钢和16Mnq钢，如南京长江大桥采用16Mnq , 屈服点为 340MPa ,它比用A3钢节约钢材约15%。20世纪70年代，我国又成功研制出强度更高的15MnVNq钢，屈服点是420MPa ,又比用16Mnq钢节约钢材10%以上。21世纪，我国研制出另一种新型的桥梁用钢一14MnNbq

矮塔斜拉桥的设计与施工

文章编号:1671-2579(2004)01-0014-03 矮塔斜拉桥的设计与施工 ———日本新东明高速公路上的京川桥 金增洪　编译 (中交公路规划设计院,北京市　100010) 摘　要:日本新东明高速公路上的京川桥,位于观光和娱乐区,而且处在地震高发区。因此,桥梁既要考虑高抗震特性又要考虑美学特性。该矮塔斜拉桥的悬臂跨度达到96.5m ,已属日本国内此类桥梁中最大者。此悬臂跨径几乎等效于现有PC 斜拉桥的跨径。桥墩由高耸的钢管混凝土结构形成的组合桥墩,高56.5m 。 关键词:预应力混凝土;矮塔斜拉桥;斜拉索;预制;组合桥墩 Ξ 1　引言 矮塔斜拉桥是由法国马秀佛特(Mathivat )教授于1988年建议的,称谓超配量体外索PC 桥(Extradosed prestressing concrete bridge )。这种桥梁是从体外预应力桥发展而来,从应用跨径长度观点来看,矮塔斜拉桥的性态处于PC 箱梁桥和PC 斜拉桥之间。 京川桥跨越日本二级河流,该河为流经日本滨松市和滨北市行政管辖区之间的一条界河。建桥地点是观光和娱乐区域,还是地震高发区。因此,既要考虑桥梁的高抗震特性,也要考虑美学设计。至于矮塔斜拉桥悬臂跨径长度,是日本国内同类桥梁中的最大跨径。这种悬臂跨径相当于现有PC 斜拉桥的跨径(译者注:指日本国内现有斜拉桥的跨径)。京川桥的总体布置见图1所示 。 图1　京川桥总体布置图(单位:cm ) 2　一般概念 京川桥是由三肢桥墩支承的双幅箱梁组成的,而 桥面的长度为268m 。两主跨各长133m ,由44根间距为6m 的斜拉索支承(每一幅桥面在塔的每一侧各 有2×11根=22根斜拉索)。塔的高度为20m ,在顶 上安装索鞍。桥墩总高度为56.5m 。各墩截面:在基底部位尺寸为9.0m ×7.0m ;在与上部结构联结部位的尺寸为5.0m ×7.0m 。桥墩和桥塔都选用钢管混凝土新结构。钢管混凝土组合结构,不仅展示其特有的高延展性和高抗震性能效应,采用螺旋高强钢索箍 14 中 　外　公　路 第24卷　第1期 2004年2月 Ξ 收稿日期:2003-03-11

浅谈大跨径桥梁的混凝土索塔施工

浅谈大跨径桥梁的混凝土索塔施工 摘要：索塔施工是大跨度桥梁施工的关键技术之一，有必要对混凝土索塔施工技术进行研究。本文主要介绍了混凝土塔柱的施工顺序、施工方法(支架法、滑模法、爬模法和翻模法)等内容。 关键字：索塔施工，内容，方法 一．引言 索塔可采用钢塔或钢筋混凝土塔，但无论是斜拉桥还是悬索桥，其施工方法基本相同。仅有的区别是斜拉桥的索塔要考虑斜缆索的锚固问题，而悬索桥则要考虑塔顶主鞍座问题。与悬索桥索塔相比，斜拉索塔柱横向内倾或外倾的斜率较大。塔柱倾斜时，应考虑每隔一定的高度设置受压支架(塔柱内倾)或受拉拉条(塔柱外倾)来保证斜塔柱的受力、变形和稳定性。特大跨径桥梁索塔较高，而且有些索塔位置由于受现场地理环境的制约，特别是斜拉桥大都处于水中施工，设备进场及现场布置都比较困难。 塔柱多为空心变截面，且高空作业，给模板工程带来一定困难。在高空中进行大跨度、大断面现浇高标号预应力混凝土横梁，混凝土浇筑次数及预应力钢束张拉顺序应合理安排；支撑系统应稳定可靠，并考虑支撑系统连接间隙变形、弹性变形、不均匀沉降以及环境温差对横梁施工的影响。 索塔施工倾斜度施工允许偏差小于1/3000，且不大于30mm(或设计规定的最大值)。保证索塔位置准确，可减小塔柱偏位引起的承台和基础的附加应力，施工精度对加劲梁的架设影响也很大。悬吊结构特有的大跨度、弱阻尼特性造成在大自然界地震、风和车辆交通等外界激励下的结构响应值越来越大，未完体系(架设时)施工阶段的风致振动往往影响到施工的安全和质量，也影响到桥梁的工期。因此应根据施工结构的振动特性及其风洞试验，采取有效的振动控制措施。 实心塔柱部分(常为塔柱根部和塔冠部分)，往往体积较大，应采取大体积混凝土的技术措施，防止温度裂缝。 二．索塔施工的主要机械设备选型及平面布置 特大桥索塔由于垂跨比要求一般都比较高，而且有些索塔位置由于受现场地理环境的制约，特别是斜拉桥大都处于水中施工，设备进场及现场布置都比较困难。因此设备的正确选型及合理位置往往会影响整个索塔施工，甚至会影响上部结构工程的顺利转换。 一般来讲，悬索桥索塔高度在100m以上，桥面宽度30m左右，宜设置2台塔吊，2台电梯。桥面宽度20m左右可设置1台塔吊，1台电梯。斜拉桥一般安装1台塔吊，1台电梯即能满足施工需要，也可安装1台塔吊，2台电梯。塔吊既可安装在两塔柱中间，也可附着在上、下游任何一侧。塔柱如安装在两柱中间，桥面施工时必须进行二次拆除或直接浇埋在桥面1号块中。斜拉桥施工电梯必须安装专门设计的斜爬附璧电梯。 且由于索塔较高，一般常规塔吊难以满足施工要求，而配置特大塔吊费用高，增加了施工成本，进场、安装、拆卸都相对比较困难。忠县大桥南塔现场条件限制安装常规塔吊，设计开发了一种自重轻(10t)、起重量大(最大起重量达6t)的附璧自爬塔吊，随着爬架同步爬升，具有很好的实用效果。 三．索塔施工测量方法 索塔测量施工要根据大桥施工规范和设计的精度要求，以及现场的地形、地质条件建立平面控制网。对施工中常用的点位采取加固及防晒、防风措施。 1索塔施工放样测量内容

斜拉桥索塔施工工法及其工程实例(优秀工作范文)

斜拉桥索塔施工工法及其工程实例 一、前言 随着高速公路的迅猛发展,公路等级不断提高,斜拉桥、悬索桥等具有高墩、大跨径特点的桥梁被广泛应用到工程实际,同时也发挥了越来越重要的作用.索塔作为斜拉桥、悬索桥一个十分重要的组成部分,造价高昂、施工周期长,如何科学组织施工,优质高效地完成施工任务,具有十分重要的意义.本工法依托江苏省连盐高速公路灌河特大桥索塔施工工程实例,全面系统地阐述了索塔施工技术和工艺特点.已建成的索塔成品倾斜度、空间尺寸以及外观质量均满足规范要求,处于良好的受控状态,施工进度科学合理.该工法被证明是一项行之有效的施工工法,代表了目前索塔施工的先进水平. 二、工法特点 1、本工法工艺简练,操作性强,施工易于实现.在合理设计模板、支架和爬架系统的基础上,可以实现高度较大的索塔施工. 2、本工法施工结构设计合理,力学模型明确,设计计算量不大,易于被工程技术人员掌握. 3、质量易于控制,通过采用相对基准极坐标法进行测量控制,以及模板支撑体系的优化,结构物实体质量和外观质量优良. 4、本工法投入的大型机械设备相对较少,施工成本较低,循环施工周期较短,具备较高的投入产出比. 三、适用范围 本工法具有施工快捷,结构合理,经济实惠等特点,可以被广泛应用到斜拉桥、悬索桥的索塔施工中,尤其适合于索塔截面比较规则,塔柱高为100～200米的中小型钢筋砼索塔.通过对模板系统以及爬架提升装置的改进和优化,也可以应用到变截面及高度较大的索塔施工中. 四、工法原理 本工法是索塔施工的一种非常有效的工艺方法.工法原理：在塔柱内预先安装劲性骨架作为钢筋模板安装定位的依托,纵向主钢筋采用机械连接,下塔柱采用钢管支架模板体系、中上塔柱采用内翻外爬附爬架的分节段爬模施工模式,砼采用拖泵泵管输送,在中塔柱上设置横向临时撑架,防止塔柱根部产生拉应力,斜拉索与索塔的锚固形式采用钢锚梁锚固体系,直接传递给索塔,横梁采用钢管落地支架支撑体系,通过合理布设塔吊、电梯、泵管、水电等设施以及进行预埋件的埋设,并运用塔吊以及吊车进行施工材料的垂直运输的一种高效的索塔施工工艺. 根据索塔形式、高度以及所采用的施工工艺、方法、设备性能和具备的施工能力,索塔分节长度不尽相同,一般分节长度为4.0～5.0米. 五、施工工艺流程及操作特点 （一）索塔施工工艺流程

三跨连续钢箱梁桥板单元分析

三跨连续钢箱梁桥板单元分析 摘要：应用有限单元程序midas/civil分析各种荷载工况下的连续钢箱梁，薄壁钢箱梁用考虑横向剪切变形的板进行模拟，比较精确分析出钢箱梁的应力大小及分布，主应力及剪应力均符合要求。关键词：连续钢箱梁桥板单元有限元 对于跨度不大的连续钢箱梁桥，用板单元进行分析能得出应力云图来反映应力大小及分布。从而分析出薄壁箱梁在荷载作用下的最大主应力及剪应力的所在区域及数值。本文采用板单元建立模型，对三跨连续钢箱梁桥进行受力分析。 1.板壳基本理论 （1）薄板理论 薄板理论除采用弹性力学中材料均匀、连续、各向同性和线弹性假设外，通常称为kirchhoff的基本假定。 （2）中厚板理论 考虑横向剪切变形的板理论，一般称为中厚板理论或reissner理论。厚板理论是平板弯曲的精确理论。 （3）考虑横向剪切变形的壳理论 可考虑横向剪切变形的影响的理论，一般称为mindlin-reissner 理论，是将reissner关于中厚板理论的假定推广到壳中。 2.实桥建模与分析 2.1 实桥概况 实桥为40+65+50m连续钢箱梁桥，单箱三室斜腹板，顶、底板设u

型加劲肋板。钢箱梁采用钢材为q345d，顶板厚16mm，底板厚24mm，腹板厚16mm。 2.2有限元模型的建立 利用midas/civil建立有限单元模型，单元采用4节点平面应力单元，板厚为考虑加劲肋板，共建立了6506个单元。如图1所示。 2.3 计算结果分析 计算各种荷载工况为自重（st1），二期恒载(st2)2.7 kn/，支座不均匀沉降(sm)按10cm考虑，温度荷载(st3)按整体升温20℃考虑，汽车活载(mv)按双向四车道加载。进行荷载组合如下： 荷载组合ⅰ：1.2×st1+1.2×st2+0.5×sm 荷载组合ⅱ：1.2×st1+1.2×st2+0.5×sm+1.4×mv 荷载组合ⅲ：1.2×st1+1.2×st2+0.5×sm+1.4×st3 荷载组合ⅳ：1.2×st1+1.2×st2+0.5×sm+1.4×mv+1.12×st3 各种荷载组合下主梁的最大最小主应力及最大剪应力见表1 根据《钢结构设计规范》（gb 50017-2003），厚度为16～35mm的q345钢板的抗拉、抗压和抗弯强度设计值为295mpa，抗剪强度设计值为170mpa。由分析结果可以看出应力均满足要求。 3.结语 （1）对于跨度不大的连续钢箱梁桥及特殊受力部位的薄壁钢箱梁结构，采用板单元进行建模分析，能够精确的得出应力云图来反映应力大小及分布，从而分析局部的主应力及剪应力，验算钢板是否会发生局部屈曲或剪切破坏。

矮塔斜拉桥挂索施工总结

矮塔斜拉桥挂索施工总结 1 工程概况 2.1、塔梁结构：该矮塔斜拉桥为（75+2×125+75）米三塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥。采用塔梁固结、中间主塔墩梁固结、另两个主塔墩梁分离的体系，主塔结构高24.5m，主塔采用钢筋混凝土独柱实心矩形截面，顺桥长 3.0m，横桥向宽2m，布置在中央隔离带上，并与主梁固接。此处桥梁内侧波形梁护栏改为0.5米宽的防撞护墙，以便放置索塔。塔身上部设有鞍座，以便拉索通过。每根斜拉索对应一个鞍座，斜拉索横桥面呈两排布置，鞍座亦设两排，鞍座采用分丝管结构形式，预埋于混凝土塔内，斜拉索逐根穿过分丝管。 2.2、斜拉索布置： 斜拉索为单索面，布置在中央隔离带上。每个塔上设有9对18根斜拉索，全桥共108根（两联）。塔上竖向索距为100cm，梁上纵向标准索距为4.0m。拉索采用双排索，拉索在塔上通过鞍座，两侧对称锚于箱梁体的横梁上。斜拉索采用OVM250-31、34、37可换索式斜拉索体系，锚具内为灌注环氧砂浆的拉索群锚，索体为带PE护套的低松驰环氧钢绞线，强度等级为1860Mpa，每根拉索由31、34或37根Фj15.24mm单根环氧钢绞线组成。索体采用三层防护措施，由内向外依次为环氧树脂和油脂层；钢绞线外热挤PE层和索外面套的HDPE整圆式套管。采用先单根挂索张拉，再整体张拉的施工工艺。

2.3、斜拉索构造体系 斜拉索由锚固段+过渡段+自由段+抗滑锚固段+塔柱内索鞍段+抗滑锚固段+自由段+过渡段+锚固段构成。 2.3.1锚固段:主要由锚板、夹片、锚固螺母、锚筒、密封装置、防松装置及保护罩组成。在锚固段锚具中，夹片、锚板、锚筒、锚固螺母是加工上主要控制件，也是结构上的主要受力件;密封装置主要起防止漏浆、防水的密封作用。它由隔板、o型密封圈、内外密封板、密封圈构成; 防松装置主要由锁紧螺母和压板构成，在钢绞线单根张拉结束后安装，对夹片起防松、挡护作用;保护罩安装在锚具后端，并内注无粘结筋专用防护油脂，主要对外露钢绞线起防护作用。 2.3.2过渡段:主要由预埋管及垫板、减振器组成。预埋管及垫板在体系中起支承作用，同时垫板正下方最低处设有排水槽，以便施工过程中临时排水;减振器对索体的横向振动起减振作用，从而提高索的整体寿命。

矮塔斜拉桥施工控制要点

矮塔斜拉桥施工控制要点 矮塔斜拉桥施工控制要点 摘要：本文以津沪联络线特大桥矮塔斜拉桥为背景，介绍矮塔斜拉桥索塔和拉索施工控制要点。 关键词：斜拉桥施工控制 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 一、工程概况 津沪联络线特大桥-跨外环线斜拉桥段为4跨 (64.6m+115m+115m+64.6m) 一联360.6m单箱三室预应力混凝土矮塔斜拉桥，全桥位于直线及缓和曲线上。线路为双线，线间距４.２ｍ，轨道形式为有砟轨道。桥梁结构采用三塔双柱式双索面预应力矮塔斜拉桥。 二、矮塔斜拉桥施工索塔和拉索施工控制要点 斜拉桥属于组合体系桥，它的上部结构由主梁、拉索和索塔三种构件组成。支撑体系以拉索受拉和索塔受压为主。该桥中塔采用塔墩固结体系，边塔采用塔梁固结体系。 （一）索塔施工控制要点 主塔形式为双柱式，距名义梁顶面以上结构高为１５ｍ，采用实心截面，中塔与边塔采用相同尺寸，塔底横桥向宽为２ｍ，纵桥向宽为3.7ｍ，墩身斜率为40:1。由于索塔截面不规则，且高度仅为15米，索塔施工采用搭架分节立模浇注法。斜拉桥的平面位置、轴线控制、截面尺寸、预埋件制作、安装精度等要求较高。且索塔施工系高空作业范畴，为此施工应特别注意严格遵守有关高空作业安全技术规定。主塔中未布设预应力钢筋。索塔断面尺寸较小，而且轴向压力非常大，故在施工中对索塔的尺寸和轴线位置的准确性应有一定的要求。对于索塔轴向的允许偏差应考虑下面两个原则，其一，偏差值对结构物受力的影响甚微；其二，施工中达到的精度。沿塔高每米高度允许偏差值为0.5mm，即倾角正切值tgα=1/2000。按照H/2000的垂

直度偏差允许值计算。 1、施工控制要点： 1）支架和操作平台应有足够的强度、刚度和稳定性，并应设置安全护栏，支架还应具有足够的抗风稳定性。支架顶端应有防雷击装置。 2）索塔砼性能良好，具有较高的弹性模量和较小的砼收缩、徐变性能，应采用高集料、低水灰比，低水泥用量，适量掺加粉煤灰和泵送剂，以满足缓凝、早强、高强、阻锈、低水化热、小收缩、可泵性好等要求。 3）建立完善的测量系统，索塔施工应用绝对高程放样，消除累计误差。应对其平面位置、垂直度、倾斜度、锚箱位置、锚箱各孔道的角度以及各部分几何尺寸进行检查，以上各项检查的误差必须在允许范围之内。 4）节段模板的强度、刚度和稳定性应满足要求。模板轴线、标高、垂直度或斜度、模内尺寸、预埋件和预留孔位置、内表面平整度和拼缝高差等检测项目，应满足设计和规范要求。 5）、斜拉索锚索管的定位与固定。安设斜拉索管道时，应设置稳定的钢筋骨架固定管道，防止在浇注混凝土时移位，在管道测量定位时，应考虑斜拉索应重力垂直而导致其端部角位移时的方向、位置、标高的改变。 6）、塔身混凝土浇注时应掌握均匀分层，有塔中向两端的原则。每次浇注的混凝土均应在混凝土的初凝时间内完成，并注意加强养护。 （二）、斜拉索施工施工要点 在斜拉索中恒载引起的内力平衡主要依靠索、塔及主梁的轴力来实现，因此，索力的微小偏差均能在主梁引起较大弯矩，这一点是施工阶段计算的重点。本桥采用的斜拉索为矮塔斜拉桥专用的高强钢绞线，抗拉强度为1860MPa的高强低松弛环氧喷涂钢绞线。采用可调换式250AT-31群锚体系，斜拉索锚头外露部分及预埋钢管均采用80μm 锌加防腐涂料防护。斜拉索为双索面，立面为半扇形布置。每索塔设7对斜拉索，斜拉索规格为31-7φ5，单根钢绞线规格直径为15.2mm，

大跨径曲线连续钢箱梁桥设计

黑龙江交通科技 HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI 2019年第7期(总第305期) No. 7,2019(Sum No. 305) 大跨径曲线连续钢箱梁桥设计 向红，曾爱 (贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳550008) 摘要:针对下穿高速铁路,上跨河流和工厂的山岭重丘复杂地形条件，采用大跨径曲线钢箱梁桥进行跨越,对主跨144 m U 曲线连续钢箱梁进行了设计和计算，为山区交通、地形复杂条件下的城市道路连续钢箱梁桥设计提供参考。 关键词：大跨径；曲线梁;钢箱梁 中图分类号:U442 文献标识码:A 文章编号：1008 -3383(2019)07 -0128 -08 1工程概况 某大桥工程方案左、右两幅分别下穿高铁，同 时跨越河流及污水处理厂，为了避让，采用S 型曲 线分别穿越。左/右幅桥梁全长390/442 m,其余为 路基段。全线地形以山岭重丘为主，地势起伏较 大,结合沿线情况与功能、景观、环保等要求，分别 采用不同的结构形式与施工方案进行比较。在新 建桥型及跨径的选择上要充分考虑地形地势、现有 铁路桥墩及污水处理厂、所跨河流的影响，在桥梁 下部结构设计中应综合考虑场区地质情况和施工 条件等因素。考虑到连续钢箱梁结构方案在适应 场区特点，环境保护要求、保证施工工期方面优势 比较明显，因此将连续钢箱梁结构作为本桥施工图 设计方案。道路等级为城市主干道，单幅桥宽 n m,荷载标准为城市-A 级，设计时速50 km/h 。 2主桥上部钢结构设计 左/右幅主桥分采用(86 +140 +80)/(77 + 2 x 190 +77 ) m 变截面连续钢箱梁，引桥采用跨径为 40 m 等截面钢箱梁°下面仅介绍左幅(80 +140 + 86) m 三跨变截面连续钢箱梁° 左幅主桥跨中及端部断面中心梁高3 500 mm , 主墩顶断面中心梁高6 500 mm,梁高按二次抛物线 变化。主桥钢箱梁采用单箱单室断面，顶宽 19 000 mm,底板宽8 102 mm ,单侧悬臂宽(3 000 ~ tw ) m 叫tw 为腹板厚。桥面横坡均为0 5% ,通过 箱室内外侧腹板高度来调整形成,箱梁底板在横桥 向保持水平，钢板在箱梁内侧对齐。 主桥根据受力区域不同,不同梁段分别采用不 同厚度的钢板，全桥顶板统一采用厚度为22 mm 钢 板。距主梁根部中心线左右25 m 范围内，腹板厚 度为22 mm,其余区段腹板厚度为22 mm °距主梁 根部中心线左右25 m 范围内，底板厚度为32 mm ° 对于142 m 主跨去除20 m 范围后，其余区段底板 厚度为22 mm °对于边跨，在25~40 m 范围内底板 厚度为24 mm,其余区段厚度22 mm ° 顶板主要采用U 型加劲肋，悬臂边缘采用开口 肋,U 肋板厚8mm °底板加劲肋在主墩顶两侧范围 内，采用250 x22 mm,其余区段分别采用220 x 22 mm 和no X n mm °腹板水平加劲肋250 X 22 mm 和106 X n mm °为了节约钢材用量、减少自 重及施工操作空间方便性，梁高小于2.2 m 时箱室 内设置挖空横隔板，其余横隔板采用V 型横撑的形 式。为提高其整体和局部稳定性，除设置一定数量 的纵、横向加劲肋外,支座支撑处各设置实腹式横 隔板两道并开入孔。 主桥用钢采用Q345qD,全桥采用焊接工艺。全桥 划分为n 个梁段,最大梁段重量246.3 w 采用工厂制 造，预装检验合格后,运至现场拼装形成整体。 3主桥上部结构验算 3.】主梁验算 采用Midas Civil 和桥梁博士分别进行计算，全 桥划分为320个单元，全桥施工阶段共有2个，第1 阶段为安装钢箱梁阶段，第2阶段为施工桥面铺装 等二期恒载°两个软件的计算结果吻合较好，下面 仅给出主要计算结果° 承载能力极限状态，最大拉应力为06 MPa (出现 跨中截面的底板下缘)，最大压应力为102 MPa(出现 墩顶截面的底板下缘);最大主拉应力为02 MPa,最大 主压应力为102 MPa,最大应力幅60 MPa (在距墩顶根 部约「4的底板处)，满足规范要求。 正常使用状态，在汽车活载作用下的正负挠度 绝对值之和为19.8 cm,小于「500(L = 142 m ),满 足《公路桥梁钢结构设计规范》(JTG D62 -2215)) (以下简称规范)中的4. 2. 3条规定。恒载挠度通 过设置预拱度消5° 3.2主梁腹板验算 根据有限元计算结果，最大剪应力t = 86- 8 MPa ,结构重要性系数Y /=0 1,规范腹板剪应 力应满足 Y /T=95.5 MPa WEg #) =190 MPa ,满足要 (下转第no 页) 收稿日期：2019 -08 -29 作者简介：向红(1975 -),男，贵州遵义人，博士,高级工程师，研究方向:桥梁结构行为与工程应用 -195 -

矮塔斜拉桥全桥斜拉索调索施工工法.

矮塔斜拉桥全桥斜拉索调索施工工法 1 前言 “矮塔斜拉桥”也称“部分斜拉桥” ，是介于“斜拉桥”与“体外预应力箱梁桥” 之间的一种新型结构体系。矮塔斜拉桥和连续梁相比具有结构新颖跨度能力大、施工简单、经济优点；与斜拉桥相比具有施工方便、节省材料、主梁刚度大等优点。使得埃塔斜拉桥具有广阔的发展空间。 佛肇城际铁路桂丹立交特大桥预应力矮塔斜拉斜跨桂丹路与佛 山一环互通立交，主桥位于R=1800m的圆曲线上，孔跨为 （75+86+168+86+75 m采用塔梁固结并简支于桥墩之上的连续体系。 主梁为预应力混凝土结构，采用单箱双室变高度箱形无翼缘截面，斜拉索锚固于箱体之内。主梁斜拉索采用双塔双索面扇形分布，每个桥塔8对，共16对，梁顶面塔高为26m，最大斜拉索在桥面以上高度为24.355m,其高跨比为24.355:168=1:6.898，桥面宽14.9m，宽跨比为14.9:168=1:11.28, 梁上锚固点间距为14.9，塔上转向鞍横桥向间距15.4m。斜拉索采用喷涂钢绞线（中心丝与边丝各钢丝外表均单独形成环氧树脂涂膜，涂层厚度应在 0.12mm- 0.2mm之间）单层无粘接筋，单根钢绞线规格直径为15.24mm每根斜拉索有55根钢绞线组成。为了确保质量和施工进度,科学管理,积极采用新技术,经过归纳总结形成本工法。

图1.1 1/2 全桥立面图 2工法特点 2.1工序简单，施工进度快。 2.2施工条件得到了改善，劳动强度低，安全性强。 2.3采用单根等值法张拉，可以控制每根斜拉索各股钢绞线的离 散误差不 大于理论值的士 3% 2.4可以实现一对斜拉索对称、交叉单根张拉，同步整体张拉， 确保两根斜拉索间的差值不大于理论值的士 1% 2.5采用JMM-268动测仪进行索力监控，可以确保斜拉索整索索 力误差 不大于理论值的士 2% 2.6斜拉索采用多重防腐处理，锚固端灌注防腐油脂，延长了斜 拉索使用 寿命。 3适用范围 本工法适用于埃塔斜拉桥斜拉索调索施工。 4施工工艺流程及操作要点 在中跨合拢段施工完成后，纵向、竖向、横向预应力束张拉完 成后，进行全桥第一次斜拉索索力复测、桥面线形监控控制点复测， 由线形监控单位根据桥面高程目标值进行计算 （利用MIDAS 软件进行 数学建模计算），给出斜拉索调索索力，根据线形监控单位所给索力 7485 8600 16800/2=8400 j 1550 6x700= （拉索区） 6x700= （拉索区） 1350 拉索编号 C1 C8 C8拉索编号C1 2850 2850 5 」 q 1 - 1" I I |||1 nnrirsrinriri

斜拉桥混凝土索塔施工工艺工法.

斜拉桥混凝土索塔施工工艺工法 （QB/ZTYJGYGF-QL-0601-2011） 桥梁工程有限公司廖文华罗孝德 1 前言 1.1 工艺工法概况 斜拉桥的主塔承受的荷载主要有：塔身自重力、拉索传递的水平及竖向分力、风力、地震力等。这些力在塔身上产生的综合效应为沿桥塔纵横向的水平剪力和弯矩，以及轴向压力等。 一般斜拉桥的顺桥布置形式基本为单柱式、倒Y形、A字形等，如下图所示。 图1 塔柱形式（顺倾向） a)单柱式；b) 倒Y形；c) A字形 索塔沿横桥向的布置主要有：柱式、门式、A字形、倒Y形、菱形（宝石形）等，如下图所示。 图2 塔柱形式（横倾向） a)柱式；b)、 c)门式；d) A字形；e)倒Y形；f)菱形（宝石形） 本工法以重庆巫奉高速公路何家坪特大桥花瓶型(门式)钢筋混凝土索塔施工为依托，全面阐述斜拉桥索塔施工所采用的先进施工技术和施工工艺特点。 1.2 工艺原理

1.2.1索塔的施工可视其结构、体形、材料、施工设备和设计要求综合考虑，选用适合的方法。裸塔施工宜用爬模法，横梁较多的高塔，宜采用劲性骨架挂模提升法。 1.2.1斜拉桥施工时，应避免塔梁交叉施工干扰。必须交叉施工时应根据设计和施工方法，采取保证塔梁质量和施工安全的措施。 1.2.2斜塔柱施工时，必须对各施工阶段塔柱的强度和变形进行计算，应分高度设置横撑，使其线形、应力、倾斜度满足设计要求并保证施工安全。 1.2.3索塔横梁施工时应根据其结构、重量及支撑高度，设置可靠的模板和支撑系统。要考虑弹性和非弹性变形、支承下沉、温差及日照的影响，必要时，应设支承千斤顶调控。体积过大的横梁可分两次浇筑。 1.2.4索塔混凝土现浇，应选用输送泵施工，超过一台泵的工作高度时，允许接力泵送，但必须做好接力储料斗的设置，并尽量降低接力站台高度。 1.2.5必须避免上部塔体施工时对下部塔体表面的污染。 1.2.6索塔施工必须制定整体和局部的安全措施，如设置塔吊起吊重量限制器、断索防护器、钢索防扭器、风压脱离开关等；防范雷击、强风、暴雨、寒暑、飞行器对施工影响；防范吊落和作业事故，并有应急的措施；应对塔吊、支架安装、使用和拆除阶段的强度稳定等进行计算和检查。 2 工艺工法特点 2.1 翻模工艺 模板制造简单，构件种类少，可根据施工起吊能力、索塔造型进行分块，施工缝易于处理，外观美观，施工速度快。 图3 翻模提升示意图 2.2 液压自爬模工艺 爬升稳定性好，操作方便，安全性高，可节省大量工时和材料。一般情况下

(60m+60m+60m)连续钢箱梁桥上部结构分析

（60m+60m+60m）连续钢箱梁桥上部结构分析 （60+60+60）study on the calculation method of thin-walled steel box girder 姓名孙弢

设计资料 1.1要求 主梁为三跨一联的连续钢箱梁，位于半径R=650m的平面圆曲线上，跨径布置为(60+60+60)m，每幅桥顶面宽17.00m(0.50m防撞栏+16.00m车行道+0.50m防撞栏)，箱梁顶板为单向横坡2%，箱梁中心线位置梁高1.8m，采用单箱三室闭合截面。桥面铺装为0.5cm 防水粘结层+3.0cm环氧沥青混凝土+4.0cm高弹改性沥青。 钢箱梁为正交异性板,一般截面:顶面板厚14mm，底面板厚14mm,设4道竖直腹板,厚度12mm,顶板采用U型加劲肋，厚8mm、高260mm、间距800mm；底板采用T型加劲肋,竖肋厚8mm、高120mm，水平肋厚10mm、100mm宽；腹板加劲肋厚度14mm、高度160mm，间距300mm；横隔板采用板结构, 间距2m,板厚为10mm。 图表 1 截面 ① 1.2材料 钢材Q345qd：弹性模量E=2.1×105MPa，剪切模量G=0.81×105MPa。 1.3荷载

① 恒载 钢材78.5kN/m3，铺装23kN/m3，防撞栏杆10kN/m。 ②活载 设计荷载：公路－Ⅱ级，双向四车道。 ③温度荷载 整体升温40℃、整体降温20℃。 ④支座沉降 12#、16#墩为0.5cm，13#、14#、15#墩0.8cm ⑤荷载组合 组合一：恒载+汽车 组合二：恒载＋汽车+温度+沉降 第一章上部结构总体计算 3.1梁单元模型法 在autocad中建立截面与桥梁模型 将截面导入midascivil 中截面特性计算器spc生成截面文件，将桥梁模型导入midascivil，并将生成的截面文件导入到梁单元模型中 加入荷载，分析计算 图表 2生成单梁模型

江肇西江特大桥矮塔斜拉桥主塔施工方案(索鞍式)

2010年11期(总第71期 )作者简介：罗庆湘（1981-），男，重庆人，工程师，主要从事高速公路建设与管理。 1工程概况 江肇西江特大桥主桥共四个主塔，塔号为29#～32#塔，主塔为独柱式刚劲混凝土结构，截面为八边形，并在顺桥上刻有0.1m ，宽0.7m 的景观饰条。主塔高度为30.5m （含索顶以上4m 装饰段），主塔截面等宽段顺桥向宽5m ，横桥向宽2.5m ；塔底5m 范围，顺桥向厚为5m ，横桥向由2.5m 渐变到3.1m 。 图1主塔一般构造图 本桥斜拉索采用扇形布置，梁上间距4m ，塔上间距0.8m ，拉索通过预埋钢导管穿过塔柱，在主梁上张拉。斜拉索采用Φs 15.2mm 环氧涂层钢绞线斜拉索，标准强度为1860MPa ，斜拉索规格分别为43-Φs 15.2mm 和55-Φs 15.2mm ，采用钢绞线拉索群锚体系。斜拉索为单索面双排索，布置在主梁的中央分隔代处，全桥共128 根斜拉索。钢绞线外层采用HDPE 护套。减振装置及锚具采用斜拉索专用材料。 2施工方案简介 主塔分六节施工，其中最大施工节段为5.4m ；主塔内设劲性骨架，用于钢筋和索鞍定位；模板施工采用无支架翻模施工，模板采用定型钢模板，均设有阴阳缝，由模板厂加工,现场拼装。考虑到主塔外观，该主塔模板不采用对拉杆在塔身中间穿过来固定模板，而采用桁架式模板翻模施工，塔吊辅助翻模。 3主塔施工流程 图2主塔施工流程 江肇西江特大桥矮塔斜拉桥主塔施工方案 罗庆湘，闫化堂 （广东省长大公路工程有限公司，广东 广州 510000） 摘 要：江肇西江特大桥主塔为独柱式刚劲混凝土结构，截面为八边形；主塔高度为30.5m ，主塔截面等宽段顺 桥向宽5m ，横桥向宽2.5m ；本桥斜拉索采用扇形布置，梁上间距4m ，塔上间距0.8m ；拉索通过预埋钢导管穿过塔柱；采用C60混凝土。本文介绍了江肇西江特大桥主塔施工方案，重点介绍了劲性骨架设计及施工、索鞍定位以及混凝土防裂等。 关键词：矮塔斜拉；主塔；施工方案中图分类号：U44 文献标识码： B 265

(推荐)斜拉桥索塔工法

斜拉桥索塔施工工法中交一公局第三工程有限公司

斜拉桥索塔施工工法 一、前言 随着高速公路的迅猛发展，公路等级不断提高，斜拉桥、悬索桥等具有高墩、大跨径特点的桥梁被广泛应用到工程实际，同时也发挥了越来越重要的作用。索塔作为斜拉桥、悬索桥一个十分重要的组成部分，造价高昂、施工周期长，如何科学组织施工，优质高效地完成施工任务，具有十分重要的意义。本工法依托江苏省连盐高速公路灌河特大桥索塔施工工程实例，全面系统地阐述了索塔施工技术和工艺特点。已建成的索塔成品倾斜度、空间尺寸以及外观质量均满足规范要求，处于良好的受控状态，施工进度科学合理。该工法被证明是一项行之有效的施工工法，代表了目前索塔施工的先进水平。 二、工法特点 1、本工法工艺简练，操作性强，施工易于实现。在合理设计模板、支架和爬架系统的基础上，可以实现高度较大的索塔施工。 2、本工法施工结构设计合理，力学模型明确，设计计算量不大，易于被工程技术人员掌握。 3、质量易于控制，通过采用相对基准极坐标法进行测量控制，以及模板支撑体系的优化，结构物实体质量和外观质量优良。 4、本工法投入的大型机械设备相对较少，施工成本较低，循环施工周期较短，具备较高的投入产出比。 三、适用范围 本工法具有施工快捷，结构合理，经济实惠等特点，可以被广泛应用到斜拉桥、悬索桥的索塔施工中，尤其适合于索塔截面比较规则，塔柱高为100～200m的中小型钢筋砼索塔。通过对模板系统以及爬架提升装置的改进和优化，也可以应用到变截面及高度较大的索塔施工中。 四、工法原理 本工法是索塔施工的一种非常有效的工艺方法。工法原理：在塔柱内预先安装劲性骨架作为钢筋模板安装定位的依托，纵向主钢筋采用机械连接，下塔柱采用钢管支架模板体系、中上塔柱采用内翻外爬附爬架的分节段爬模施工模式，砼采用拖泵泵管输送，在中塔柱上设置横向临时撑架，防止塔柱根部产生拉应力，斜拉索与索塔的锚固形式采用钢锚梁锚固体系，直接传递给索塔，横梁采用钢管落地支架支撑体系，通过合理布设塔吊、电梯、泵管、水电等设施以及进行预埋件的埋设，并运用塔吊以及吊车进行施工材料的垂直运输的一种高效的索塔施工工艺。 根据索塔形式、高度以及所采用的施工工艺、方法、设备性能和具备的施工能力，索塔分节长度不尽相同，一般分节长度为4.0～5.0m。 五、施工工艺流程及操作特点 （一）索塔施工工艺流程

索塔施工

索塔施工 10.1.1 工艺概述 斜拉桥主塔分为钢筋混凝土主塔、钢结构主塔和结合型主塔，本工艺适用于钢筋混凝土主塔施工作业。 索塔是斜拉桥的主要承重结构，索塔的施工质量直接影响到整个桥梁的使用寿命及结构安全。根据索塔的结构特点，主要有如下特点： 一、高空作业，斜拉桥索塔一般都有几十米，上百米、甚至几百米高，所有施工作业均为高空作业，施工风险很大。 二、立体交叉施工，索塔施工包含劲性骨架、钢筋，混凝土、预应力、模板、支架、斜拉索等工程，各种工程施工交叉作业，但一般不在一个高程平台上，施工均在多层平台上穿插进行，相互干扰，影响很大。 三、多工序转换的循环作业，钢筋混凝土索塔施工包括钢筋、混凝土、预应力、模板、劲性骨架及斜拉索等作业，各工序循环施工，转换速度快，一般只有一两天，甚至仅有几个小时。 10.1.2 作业内容 钢筋混凝土主塔作业内容包括劲性骨架、钢筋、混凝土、预应力、模板、支架、索导管等。钢结构主塔主要为吊装作业。 10.1.3 质量标准及检验方法 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010） 《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003） 《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10752-2010）

10.1.4 工艺流程图 图10.1.4-1 斜拉桥主塔施工工艺流程图 10.1.5 工艺步骤及质量控制 一、塔吊及电梯的设置 索塔施工均为高空作业，其主要起重、吊装设备一般为高塔吊机，并根据现场实际情况设置上下电梯。 1．塔吊的选型 高塔吊的选型主要考虑吊重和吊距，吊重与吊距均应满足施工需要。 2．塔吊的布置 高塔吊的布置应遵循便于斜拉索安装及主塔钢筋混凝土施工，同时兼顾主梁施工的原则进行。在塔吊布置时，首先应保证其基础位置的结构，同时应考虑其附着与施工对施工

128m连续钢箱梁仿真分析

128m连续钢箱梁仿真分析Simulation of a 128m Span Continuous Steel Box Girder 毕业论文成绩单

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摘要 有限元法是分析复杂工程结构的一种非常有效的数值方法．本文介绍了使用ANSYS有限元计算软件进行结构分析的方法，叙述了采用ANSYS进行连续钢箱梁结构分析的实施步骤。基于有限元分析软件ANSYS及工程实例，建立了钢箱梁主体结构(包括顶板、U型加劲肋、横隔板、中腹板和底板)的模型。根据连续钢箱梁的受力特性，考虑各部分的相互作用，采用有限元3-D板壳单元对空间连续箱粱的力学性能进行了分析，得出了在两种工况下钢箱梁的应力分布状况，为钢箱梁桥的优化设计提供了依据。通过计算表明，主梁跨中截面挠度较大，但并未超出允许值，应力满足强度条件，整个钢箱梁安全可靠。 关键字：连续钢箱梁有限元分析模型

Abstract Finite element method is a useful numerical method to analyze complex structures. This paper introduces an analysis method of structure by using ANSYS, and describes the analysis procedure of the continuous steel box girder．Base on ANSYS and the engineering example, the general model of the steel box structure (including top slaps，u-type stiffeners, diaphragms, webs and bottom slaps) is established．According to the mechanical character of continuous steel box girder，and considering the interaction of each part，the paper analyzes the mechanical properties of the continuous steel box girder by using 3-D shell elements，get the steel box girder’s stress distribution at two conditions, which provides some bases for the optimization design of the structure. The calculation shows that the deformation of the midspan is great, but it does not exceed the allowable value. The stress is also satisfies the requirement of strength, the steel box girder is safe and reliable. Key words:continuous steel box girder finite element analysis model