多塔柱混凝土矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、矮塔斜拉橋填補(bǔ)了連續(xù)梁橋和斜拉橋之間的橋型空白，具有經(jīng)濟(jì)、美觀、施工難度低、跨徑布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，出現(xiàn)以來得到了廣泛應(yīng)用。自1994年在日本建成了世界上第一座矮塔斜拉橋，距今不過20余年，作為一種新橋型，在中國(guó)的應(yīng)用也僅十多年，其施工控制、索力優(yōu)化、索鞍復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)分析、極限承載能力研究等很多關(guān)鍵理論問題仍待進(jìn)一步深入研究，從而使該橋型得到更好的發(fā)展應(yīng)用。本文采用理論研究、有限元數(shù)值分析以及荷載試驗(yàn)等多種方法對(duì)多塔矮塔斜拉橋的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行

2、了研究。
　　本文主要針對(duì)多塔矮塔斜拉橋的四個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行研究。
　　第一，總結(jié)現(xiàn)有斜拉橋成橋索力優(yōu)化理論，研究了遺傳算法和Pareto多目標(biāo)優(yōu)化方法的基本原理，并應(yīng)用于矮塔斜拉橋的索力優(yōu)化中。研究以MATLAB軟件為編程平臺(tái)并結(jié)合ANSYS參數(shù)化建模的索力優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法，以寧江—松花江特大橋?yàn)槔瑢?duì)其進(jìn)行單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化，并對(duì)比、分析優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。
　　第二，研究多塔混凝土矮塔斜拉橋的主梁抗彎極限承載能力，

3、可以確定結(jié)構(gòu)的破壞形式和破壞位置，得到結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載下的安全儲(chǔ)備及超載能力，為其安全運(yùn)營(yíng)管理提供理論依據(jù)。應(yīng)用全過程分析方法，采用ANSYS通用軟件，分別基于Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則和Willam-Warnke五參數(shù)破壞準(zhǔn)則建立兩種三維實(shí)體有限元模型，分析結(jié)構(gòu)從承受設(shè)計(jì)荷載至破壞荷載整個(gè)過程的受力狀態(tài)并得到三個(gè)工況下的結(jié)構(gòu)抗彎極限承載力，并與現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-2004)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。兩種有限元

4、模型的抗彎極限承載力計(jì)算值相對(duì)規(guī)范方法計(jì)算值的平均誤差分別為2.7％和6.5％，最大誤差分別為5.9％和8.6％。兩種有限元分析結(jié)果與規(guī)范方法計(jì)算值吻合較好，進(jìn)而間接地驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法和計(jì)算結(jié)果的正確性;該橋結(jié)構(gòu)在活載系數(shù)小于3時(shí)基本處于彈性狀態(tài);中跨跨中加載為該橋安全系數(shù)最小的工況，其安全系數(shù)為2.08。
　　第三，索塔索鞍是結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件和部位，索鞍下的混凝土受力呈現(xiàn)復(fù)雜的空間應(yīng)力狀態(tài)?；跀U(kuò)展有限元法和損傷本構(gòu)非線性有限元法

5、，采用通用有限元軟件ABAQUS對(duì)索鞍下混凝土受力進(jìn)行數(shù)值模擬分析。數(shù)值分析表明，索鞍下混凝土在受到分絲鋼管傳遞的索力作用下有可能產(chǎn)生孔道的局部裂縫，裂縫影響范圍約為25cm。索鞍區(qū)混凝土的最大主壓應(yīng)力出現(xiàn)在索鞍的角隅處，數(shù)值為23.8MPa，小于C50混凝土的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，尚不會(huì)造成混凝土局部壓碎破壞。
　　第四，對(duì)于高次超靜定的多塔矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)與施工高度的耦合，施工過程會(huì)直接影響成橋狀態(tài)。該橋采用懸臂施工，結(jié)構(gòu)受力

6、和變形在施工中不斷變化，需要對(duì)施工過程進(jìn)行監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)控成橋中的標(biāo)高和截面應(yīng)力。監(jiān)控過程中實(shí)測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果總體吻合較好，均滿足《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)的要求，橋梁結(jié)構(gòu)處于安全范圍內(nèi)。
　　成橋?qū)嶒?yàn)是對(duì)橋梁設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量的檢驗(yàn)。通過成橋荷載試驗(yàn)可以評(píng)價(jià)橋跨結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)下的工作性能和承載能力，驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法及設(shè)計(jì)時(shí)所采用的各種假設(shè)的正確性與合理性。該橋的靜、動(dòng)載