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            叠合梁斜拉桥合理成桥索力确定新方法


            叠合梁斜拉桥合理成桥索力确定新方法探讨 摘要:叠合梁斜拉桥的主梁是一种组合结构,在确定合理成桥 索力时,与其它类型的斜拉桥有着不同之处。本文针对叠合梁斜拉 桥的特点,结合具体算例,采用平面双层框架模型模拟主梁,首先 根据零位移法初定一个成桥索力,然后在此基础上考虑恒载和活载 的共同作用,根据应力平衡法确定主梁弯矩的合理恒载可行域,最 后,根据索力对主梁弯矩的影响矩阵进行索力调整,所得索力更加 符合斜拉桥的要求。 关键词:斜拉桥 叠合梁 合理成桥状态 索力 1.前言 叠合梁斜拉桥就是主梁为钢结构,桥面系为混凝土结构的斜拉桥。 叠合梁斜拉桥的结构分析与其它类型的斜拉桥一样,确定理想的成 桥索力是一个非常关键的问题。同时,由于叠合梁斜拉桥又具有它 自身的特点,使得在确定成桥索力时又存在着与众不同的问题[1]。 对于叠合梁斜拉桥,叠合梁一般可以按照常规的方法将混凝土翼缘 板面积换算为等效的钢截面,然后按普通的斜拉桥的计算方法进行 计算。但这在进行施工过程的分析计算时又有很大的困难,计算过 程比较繁琐。本文采用平面双层框架模型对叠合梁进行模拟,可以 很方便的根据施工顺序进行施工过程的模拟计算。 2.采用分步算法确定叠合梁斜拉桥合理成桥索力 对于叠合梁斜拉桥来说,由于主梁截面由两种材料组成,在确定 成桥状态时既要考虑钢主梁又要兼顾桥面板的受力,单一采用某一 种方法难以取得满意的结果,往往需要综合比较使用才能达到设计 者的要求。本文以控制结构在正常使用状态下最大、小应力为主要 目标,采用分步算法进行成桥索力优化。 2.1 分步算法确定叠合梁斜拉桥合理成桥索力的步骤 首先,用零位移法初定成桥状态。用零位移法将能得到一个主梁 和塔内弯矩较小、主梁线形合理,且索力基本均匀的成桥状态,但 是这时的状态并不是最合理的,这种成桥状态也不是最终的目标, 它是后面进行理想成桥状态调整的基础;根据主梁上下缘的拉压应 力控制条件,综合考虑活载应力,即可得到主梁在成桥状态下恒载 弯矩的合理范围[2];最后进行合理成桥状态调整。用第 1 步中获 得的成桥索力和第 2 步中获得的合理弯矩范围作为控制条件,根据 索力对这些控制条件的影响,用最小二乘法求出索力调整量,得到 一个理想的成桥状态。 2.2 分步算法确定叠合梁斜拉桥合理成桥索力的原理 零位移法确定合进成桥索力的出发点是通过索力调整,使成桥状 态下主梁和斜拉索交点的位移为零。设斜拉桥中共有 根斜拉索, 则零位移法中控制量选取为 个索梁交汇点的位移。当第 根索施加 单位张拉力时, 假定第 个交点的位移为 , 则任意交点的总位移为: (2-1) 式中, 为调值向量,即索梁交点的竖向位移值,此处为 0; 为恒载 作用下,索梁交点的竖向位移值; 为满足条件的成桥索力。如果 控制太严,实际上是很难实现的,如果允许位移向量有一个活动范 围,则此状态称为合理状态。本文引入了能够构成满足控制条件的 不平衡条件,将调值向量控制在一个很小的控制范围内,然后用优 化方法,计算满足不平衡条件的解,得到成桥索力。 对于叠合梁斜拉桥,除了应该顾及桥面板的拉应力之外,钢梁的 应力也不容忽视。影响主梁应力的荷载因素分为恒载和活载两大部 分。对于受弯构件来说,截面在恒载作用下上下缘的应力为: 上缘: (2-2) 下缘: (2-3) 上述式中, 为恒载产生的主梁轴向力; 为全部恒载产生的主梁 弯矩; 分别为主梁截面面积,上下缘抗弯惯性矩。 正常使用状态下,主梁截面恒、活载共同作用在上下缘产生的应 力应满足: 上缘——最大应力: (2-4) 最小应力: (2-

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