大跨度宽幅钢箱梁斜拉桥主梁剪力滞效应研究.docx

中国交建2014年度优秀论文 中国交建2014年度优秀论文 ．63． 大跨度宽幅钢箱梁斜拉桥 主梁剪力滞效应研究 刘军民1，封江东1， 刘俊才1，刘 琪2 (1．武汉中交沌口长江大桥投资有限公司 武汉市430056 2．中交第二公路勘察设计研究院有限公司 武汉430056) 摘要：以武汉市四环线沌口长江公路大桥为背景，建立全桥混合有限元模型，分别研究主梁在恒、活载作用下 的剪力滞效应。研究表明，考虑剪力滞影响后，主梁塔梁交汇区、辅助墩区主梁应力控制结构设计，设计中应重点关 注。研究结果为拓展宽幅钢箱梁斜拉桥的应用提供支撑，并为同类斜拉桥的设计提供有价值的参考。 关键词：宽幅；钢箱梁；斜拉桥；剪力滞效应 1研究背景 沌口长江公路大桥是武汉市四环线跨越长江的控制性工程之一。大桥为主跨760m双塔5跨钢箱梁斜 拉桥，跨径组成100 m+275 m+760 m+275 m+100 in，半飘浮体系。桥面为双向八车道，主桥全宽(含拉 索锚固区及风嘴)46．0 rn。沌口长江公路大桥是目前长江上首座8车道高速公路特大跨斜拉桥，如图1 所示。 高程(m 图i桥型布置 主桥钢箱梁梁高4．0 rn，包含锚索区及风嘴全宽46 m。箱梁采用双边箱断面，由两个流线型扁平边箱、 箱间顶板及横隔板组成。横隔板标准间距3．0 m，如图2所示。 手芒三兰 000／2 币值：TI／nl 图2主梁标准断面 2014年现场技术交流会论文集由于沌口长江大桥兼有跨度大、桥面宽及车道数多且通行重载货车比例高等特点，与同等跨度斜拉桥相 2014年现场技术交流会论文集 由于沌口长江大桥兼有跨度大、桥面宽及车道数多且通行重载货车比例高等特点，与同等跨度斜拉桥相 比，在索距相当的情况下，反映在桥梁结构上的技术特点是宽幅主梁，剪力滞效应突出。目前国内外设计规 范针对钢箱梁剪力滞效应的规定并不统一[1矗]，且相关规定均针对纯弯构件，斜拉桥主梁为压弯构件，规范 不适用。因此，有必要对主梁剪力滞后效应开展专题研究，确保结构设计的安全。 2研究方法及内容 2．1研究方法 对于剪力滞的计算方法，分为解析法和数值法两类。 剪力滞效应的解析法理论主要有卡曼理论、弹性理论法、比拟杆法及能量变分法等4种[3]。解析法理论 性强，但为得到结果必须对结构进行必要简化，往往导致分析结果与实际情况偏差过大，对于钢箱梁斜拉桥 来说更是如此。截面自身的复杂性加上结构整体多次超静定结构导致采用解析法进行分析非常困难。 相对于解析法，有限元法数值法精度更高且基本原理相对简单，是目前复杂结构分析的常用方法。考虑 到全桥建立板壳单元的规模过大，目前通用的方法是采用板壳、杆系相结合的混合有限单元模型[4’5]，局部 重点分析区域采用板壳单元，其余部分采用杆系单元，在确保结构分析可靠性的基础上兼顾计算效率。 2．2研究内容 针对沌口长江大桥主桥主梁设计中剪力滞效应的几个关键技术问题，通过大型有限元程序建模，分别开 展了主梁恒、活载作用下的剪力滞效应研究，并将成果代入总体计算中进行结构验算，确保设计可靠性。 3分析模型 为反映主梁全桥剪力滞效应分布情况，沿纵向特定区域分别建立混合有限元模型，将各区域分析结果相 联系即可反映全桥受力规律。规定760 m主跨长度为L，，275 m边跨长度为L。，100 m边跨长度为Ls，分析 区域如下。 760 m主跨L，：塔梁交汇区域、1／8L，、1／4L，、3／8L，、1／2L。(跨中)； 275 m边跨L。：塔梁交汇区域、1／3L：、2／3L。、辅助墩区域； 100 m次边跨L。：辅助墩区域、1／2L。。 采用大型有限元软件ANSYS针对各分析区域分别建立混合有限元模型，重点分析区域的箱梁节段采 用空间壳单元SHELLl81，斜拉索采用空间杆单元LINKl80，其余部分塔、梁采用BEAMl88单元。单元之 间采用主从约束进行连接。 各分析区域混合有限元模型如图3、图4所示。 在上述模型基础上，对结构进行剪力滞效应分析。 将计算所得截面最大应力计为口。。。，平均应力计为d，两者相除即可得到顶、底板剪力滞系数A—O—max。 其中，最大应力仃。。。取最大应力0．5m范围内平均应力以消除应力集中的影响。 4恒载剪力滞效应分析 4．1分析结果 以塔梁交汇处为坐标原点，往主跨方向为正，边跨方向为负，全桥主梁顶、底板恒载剪力滞系数沿顺桥向 分布如图5所示。 4．2分析结论 根据分析结果，可得到主梁恒载剪力滞效应特点如下。 (1)箱梁剪力滞效应较大区域有：跨中区、塔梁交汇区、辅助墩区、100 m边跨。 跨中区：顶板剪力滞系数最大1．37，底板剪力滞系数最大1．28。虽然剪力滞系数较大，但主梁弯矩、轴 力较小，相应考虑剪力滞影响后箱梁应力绝对值仍然较小。 中国交建2014年度优秀论文