泸州市沱江四桥总体静力分析

2016-04-11曾令权林同棪国际工程咨询中国有限公司重庆401121

中国新技术新产品 2016年1期

王科　曾令权（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆　401121）

泸州市沱江四桥总体静力分析

王科曾令权
（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆401121）

摘要：沱江四桥主桥是一座主跨200m的独塔双索面混合梁斜拉桥，该桥具有索塔构造复杂，桥塔两侧拉索布置不对称等特点。另外，该桥考虑远期预留适宜的轨道交通要求，由于近期远期不同的恒载布置情况，结构分析中涉及到两种不同成桥状态的计算。本桥宽度为49m，宽跨比较大，空间效应明显。本文详细介绍了该桥设计主要参数，并对该桥进行了单梁与梁格模式的空间受力分析。

关键词：斜拉桥；合理成桥状态；梁格法

1 概述

沱江四桥主桥采用独塔双索面斜拉桥结构形式，跨径布置为55＋200＋58＋50m。主桥主梁采用钢-砼混合梁，主跨为钢箱梁，边跨为混凝土梁，梁高3.5m。桥塔为曲线形纵桥向正“Y”形＋横桥向倒“Y”字形空间组合造型，桥面以上高度105m，桥面以下高度45m；斜拉索采用空间双索面布置，全桥共30对斜拉索，主跨钢箱梁侧拉索间距12m，边跨混凝土侧拉索间距分别6.1m 和6.0m。总体布置立面图如图1所示。

2 合理成桥状态分析

2.1 模型介绍

总体分析采用TDV RM Bridge软件进行，全桥三维有限元模型如图2所示。斜拉索采用索单元，桥塔下部、墩和梁采用三维梁单元，桥塔上部分叉部分采用钢混凝土组合结构梁单元组模拟。结构的约束条件是：桥塔与主梁之间采用塔梁固结体系，各辅助墩、交接墩上设置仅可沿顺桥向滑动的竖向支座。在本桥的计算分析中考虑了P～Δ效应对结构的影响。

2.2 成桥状态索力确定

斜拉桥最优成桥状态确定通常采用最小弯曲能量法为基础，以梁平、塔直、索力均匀为目标进行求解。沱江四桥200m主跨采用钢箱梁结构，考虑到桥塔造型及构造条件，主跨受力类似于索辅梁受力体系，即是主梁与拉索共同承担桥上荷载，这与常规大跨斜拉桥在恒载作用下主梁基本不受弯的情况有所不同。在该桥实际求解过程中以200m主跨主梁受力状态为控制目标，将部分恒载集度转化为主跨拉索索力，而混凝土侧拉索则是根据在上塔柱纵向拉索分力基本相等作为求解条件，进而得到混凝土侧全部拉索的成桥索力，在本桥中，混凝土侧的拉索的大小主要以桥塔受力合理确定。

在远期运营状态下，轨道结构的二期恒载大于相应近期运营状态的数值，远期索力调整则是以在远期运营状态下的主梁变形值与近期不出差较大偏差为目标。

3 梁格法空间效应分析

沱江四桥主梁为钢-砼混合梁，钢箱段为流线型扁平分离式双箱截面形式，混凝土梁段为分离式单箱双室断面，主梁宽度为49m。边跨宽跨比较大，空间作用效应明显，为准确反应主梁空间受力情况，采用MIDAS有限元软件建立梁格模型进行计算。钢主梁分2片纵梁、混凝土分6片纵梁。纵梁间用相应横梁予以连接。

根据梁格法模型计算结果，将成桥状态下结构受力关键结果与单梁计算整体结果进行对比，具体见表1（由于篇幅限制，仅列出位移对比结果）。

两种计算方法结果趋势一致、误差较小，有效的验证了单梁模型的准确性，并使设计结果安全、可控。

本桥混凝土主梁受力除拉索支撑外，主要与预应力钢束的配置有关。对于混凝土主梁的纵向受力，由于梁格和单梁模型纵向抗弯刚度模拟一致，计算结果必然一致。而单梁模型未准确模拟横向单元，对于横梁的设计则需借助于空间梁格计算模型。首先可按“腹板剪力法”即假定箱梁与横梁模型的腹板接触面积上的剪力对横梁进行加载，确定大致横梁预应力束线型，然后在整体梁格模型中加以验算。

结语

本文以泸州沱江四桥为例，阐述了非对称混合梁斜拉桥在多个成桥状态下的合理成桥状态的索力确定方式，并采用梁格模型对本桥对各构件的进行了验算。基于本桥的主梁施工方式，拉索在施工中的张拉索力可运用无应力状态法的思想方便得到。该桥在材料、结构和造型上都有很强的适用性。对于宽跨比较大的城市桥梁，该桥型是很好的选择。