采用设缝双肢墩的多塔斜拉桥温度效应与动力特性研究

• 作 者: 党晓冰
• 机 构: 中南林业科技大学
• 出 处: 中南林业科技大学
• 发表日期: 2018年期
• 关键词: 多塔斜拉桥 有限元分析 设缝双肢墩 温度效应 自振特性 参数分析

刚构体系的多塔斜拉桥，主梁受温度变化引起的纵向变形、结构温度应力、结构整体刚度，是这种桥型设计时的关键问题。本文提出了一种通过减小桥墩的纵向抗推刚度，来适应主梁纵向变形，减小结构温度应力，同时又可以适当降低结构整体刚度的新型桥墩。设缝双肢墩结构简单，具有抗推柔度大，对主梁温度和收缩徐变变形影响小的特点。整体墩式的外形可以使索塔、主梁与承台、基础的布置比普通双肢墩更为简单，具有美观性和经济效益。采用设缝双肢墩的多塔斜拉桥刚构体系具有力学、经济及美观上的优势，具有广阔的应用前景。本文以湖南省常德沅水四桥为工程背景，取其中间为刚构体系的三塔四跨主桥结构作为研究对象，分析比较多塔斜拉桥分别采用整体墩和设缝双肢墩的刚构体系温度效应对比，以及两个体系动力特性的区别。主要研究内容和成果如下:　　(1)以湖南省常德市沅水四桥结构参数为基本依据，运用有限元软件midasCivil2015分别建立采用设缝双肢墩的多塔斜拉桥平面杆系模型和采用整体墩的多塔斜拉桥平面杆系模型。除了中间3个桥墩外，其余设计参数两个模型保持一致。　　(2)以桥梁结构温度效应基本理论为基础，分析体系升（降）温、主梁正（负）温度梯度以及温度组合工况下对主梁、桥塔和桥墩位移、应力的影响。结果表明:在系统整体温度变化下，采用设缝双肢墩的全桥计算模型主梁纵向变化量大于采用整体墩的;设缝双肢墩有效降低了多塔斜拉桥由温度引起的主梁挠度，减小了桥塔顺桥向位移以及主梁、桥墩应力，箱梁顶板、底板截面应力最大分别减小了69％、77％，桥墩1/2墩高、墩底处应力最大分别减小了96％、18％。　　(3)以桥梁结构动力特性计算方法为基础，对两个全桥模型采用子空间迭代的方法进行自振特性分析，得出塔梁墩相互固结的多塔斜拉桥的桥墩采用设缝双肢墩墩型以后，结构的整体刚度相对减小，体系变柔，结构的基频减小，周期增长，两个计算模型的自振频率最高差异达21.6％。　　(4)将平面杆系模型中的设缝双肢墩更改缝间距离后，对全桥的力学性能做参数敏感性分析。结果表明，双肢墩缝间距在一定范围内增大时:在温度组合作用下，主梁的挠度会逐渐减小，桥墩的水平位移有所增大，竖向挠度有所减小，对桥墩应力无显著影响;计算模型的前十阶次频率也略有增大，结构的整体刚度也有所减小，体系变得更柔。