双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥结构受力分析

摘    要：以某双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥为工程背景，简要介绍了桥梁结构形式，并利用有限元软件建立了全桥施工仿真分析模型，分别对施工阶段和运营阶段的钢主梁、边跨混凝土梁、中跨混凝土桥面板、结构刚度进行了有限元力分析，计算结果均满足设计要求，可为类似桥梁设计和施工提供理论依据和实践参考。

关键词：斜拉桥;叠合梁;双索面;仿真分析;

0 引言

随着大跨度桥梁结构的不断发展，斜拉桥属于最受欢迎的桥型之一，其满足桥梁设计要求的结构体系的内力研究受到了广泛关注[1,2]。斜拉桥是塔、拉索和钢主梁三种基本结构组成的缆索承重结构体系，属高次超静定结构[3]。钢-混凝土组合结构不仅充分发挥了钢结构、混凝土结构材料受力性能的优势，还有利于实现施工组织的工厂化和装配化，提高工程质量和施工效率[4]，在实际工程中，为确保施工期间及成桥状态结构受力的合理，往往需要提前进行力学性能分析。本文以某双塔双所面大跨度叠合梁斜拉桥为例，采用Midas Civil软件建立有限元模型，对其施工阶段和运营阶段主要受力性能进行分析，研究结果可为同类桥梁提供借鉴。

1 工程概况

桥梁全长617m，桥梁中心桩号K203+476，该桥为（54+71+360+71+54)m五跨双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥，无引桥；斜拉索扇形布置，梁上索距中跨为12m，边跨8m，塔上索距2.5～3.5m。桥面全宽为28.0m，路线中心线处梁高3.16m，边主梁中心线处梁高2.9m。边跨主梁采用混凝土边主梁形式，断面全宽28.0m，主梁横向索中心距26m，截面端面高2.88m，中心高3.16m。本桥采用“H”形主塔，主塔塔身由上塔柱、中塔柱、下塔柱、上横梁、下横梁等组成。

2 有限元计算模型建立

采用Midas Civil大型有限元软件，以空间梁单元模拟索塔，以MIDAS 2012内置组合梁单元模拟主梁，索单元模拟斜拉索，计算时考虑P-Δ效应及拉索的非线性。结构离散为空间杆系模型，全桥共分为689个节点、570个单元。

2.1 边界条件处理

主梁成桥后在索塔处设竖向约束与纵向限位装置；主梁在过渡墩、辅助墩设竖向约束，纵向活动；主梁在过渡墩（1单向1双向活动）、索塔设横向约束。

2.2 计算荷载

主梁一期恒载：混凝土容重26kN/m3。二期恒载集度：75k N/m。吊机模拟等效荷载为1200kN。汽车活载按公路-Ⅰ级，6车道加载。整体温度：体系升温20℃，体系降温-20℃，主梁截面温差按规范取值，塔身左右温差取±5℃。支座沉降主墩基础取0.02m，辅助墩、过渡墩基础取0.01m。

2.3 施工阶段划分

共分100个施工阶段，第1～5施工阶段为桥塔及0～1号梁段施工，第6-98施工阶段为挂梁施工，第99～101施工阶段为合龙段施工，第95施工阶段为体系转换施工，第98施工阶段为拆除边跨满堂支架施工，第99施工阶段为二期恒载施工，第100施工阶段为成桥阶段。

3 施工阶段主要分析结果

3.1 钢主梁应力

钢主梁应力图如图1所示。

从图1看出，钢主梁最大拉应力78.6MPa，满足要求。

3.2 边跨混凝土主梁应力

边跨混凝土主梁应力图如图2所示。

从图2看出，边跨混凝土梁最大压应力为-12.2MPa，未出现拉应力，满足要求。

3.3 混凝土桥面板应力

混凝土桥面板应力图如图3所示。

从图3看出，混凝土桥面板最大压应力为-10.7MPa，未出现拉应力，满足要求。

图1 钢主梁应力图 

图2 边跨混凝土主梁应力图  

图3 桥面板应力图 

4 运营阶段主要分析结果

4.1 结构刚度

活载作用结构竖向挠度图如图4所示。

从图4看出，在活荷载作用下的最大竖向挠度为241mm<L/400=900mm，结构刚度满足要求。

4.2 钢主梁应力

标准值组合作用下钢主梁应力图如图5所示。

从图5看出，钢主梁最大压应力为-110.5MPa，最大拉应力为36.7MPa，满足要求。

4.3 边跨混凝土主梁应力

标准值组合作用下边跨混凝土主梁应力图如图6所示。

从图6看出，混凝土主梁最大压应力为-17.4MPa，未出现拉应力，满足要求。

4.4 混凝土桥面板应力

标准值组合作用下中跨混凝土桥面板应力图如图7所示。

从图7看出，混凝土桥面板最大压应力为-15.3MPa，未出现拉应力，满足要求。

5 结论

以某双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥为例，分别对施工阶段和运营阶段的钢主梁、边跨混凝土主梁、中跨混凝土桥面板、结构刚度进行了有限元力分析，结果表明各构件强度和整体刚度均满足要求。

图4 主梁竖向挠度图  

图5 钢主梁应力图（MPa)  

图6 边跨混凝土主梁应力图（MPa)  

图7 桥面板应力图（MPa)   

参考文献

[1] 梁栋，孙利民，程纬.斜拉桥主梁振动对拉索阻尼器减振效果的影响分析[J].工程力学，2008(05):110-116.

[2] 李延强，赵世英，杜彦良.基于最敏感斜拉索张力指标的斜拉桥主梁损伤识别方法[J].中国铁道科学，2014,35(02):20-25.

[3] 陈家春.复杂地域的大跨度斜拉桥主梁受力分析[J].低温建筑技术，2016,38(07):64-66,106.

[4] 詹元林，杨勇，王荣辉，等.大跨径斜拉桥钢-混凝土叠合梁架设工序优化及受力分析[J].公路，2021,66(07):160-164.

文章来源：价值工程