[发明专利]一种设有双排支座体系的多塔斜拉桥

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，尤其是一种采用双排支座体系的多塔斜拉桥。

背景技术

多塔斜拉桥随着索塔数量的增加其力学行为将发生一定的变化，为深入研究多塔斜拉桥的主要受力特点，以嘉绍大桥基本结构模型，分析当索塔数量从2个（普通双塔斜拉桥）逐渐增加到6个时，结构在汽车荷载、温度等荷载下的塔顶位移内力、主梁位移等荷载响应的变化规律。各个塔数的多塔斜拉桥有限元模型中，索塔、拉索及主梁构造取嘉绍大桥结构方案，塔梁结构体系均采用半漂浮体系。

⑴汽车活载响应规律：

汽车活载取《公路桥涵设计通用规范》里规定的公路一级汽车荷载，按双向八车道布置，横向折减系数取0.5，纵向折减系数取0.96，并考虑1.15的偏载系数。不同索塔数量的多塔斜拉桥在汽车活荷载作用下的主梁跨中挠度值、塔顶水平位移和塔底弯矩值与双塔斜拉桥的数值比例进行比较结果见图1，图中塔顶水平位移和塔底弯矩指中间塔，跨中挠度指最中跨主梁。

由图1计算结果可以看出：多塔斜拉桥随着塔数的增加，在汽车荷载作用下塔底活载弯矩逐渐递增，同时索塔刚度在逐渐下降，塔顶水平位移在不断的递增、桥梁主跨挠度值都有显著的增加，即结构的整体刚度随着塔数的增加在逐渐的降低，索塔活载受力也在不断增大。在本桥算例中，当塔数超过3时，主梁竖向挠度均超过规范允许的L/400（L为主跨跨径）。如表1所示。

表1汽车荷载作用下跨中挠度值比较    单位：m

⑵温度荷载响应规律

温度荷载取值：钢结构部分：体系升温按25℃考虑，体系降温-37.4℃考虑；混凝土结构部分：体系升温按13.7℃考虑，体系降温-21.2℃考虑。各种索塔数量的多塔斜拉桥结构在整体升温、整体降温两种工况下的梁端温度变形，以及索塔温度内力计算结果见图2、图3。由计算结果可见，在温度荷载作用下，主梁梁端变形以及外塔柱塔身内力以及塔底内力都随着塔数增加和主梁的延长而显著的提高。当索塔数量达到6个，主梁连续长度为2680m，在整体降温37度时，梁端温度变形可达0.5m，过大的主梁温度变形将直接影响边塔的索塔塔身及基础的受力安全。

长主梁温度变形对多塔斜拉桥结构的不利影响具体体现在：a)外侧塔塔身应力过大，混凝土配筋难度较大；b)塔底内力较大，使得基础规模增大。由于温度变形量是固有的，即使局部增大索塔构造尺寸，索塔刚度的有限增加同样伴随着索塔温度内力的增加，使得整个问题解决呈恶性循环趋势。以嘉绍大桥六塔斜拉桥设计方案为例，索塔采用独柱式，主梁为连续结构（跨中不设伸缩缝），通过最不利荷载组合下（含温度工况）塔身混凝土构件配筋设计结果论证温度荷载对六塔斜拉桥的影响。计算过程中同时尝试了两种解决措施：一是局部增大索塔截面尺寸，提高惯性矩以降低名义应力水平；二是局部减小塔柱壁厚来减小结构刚度，而减少塔的内力水平，以减少截面总配筋数量降低索塔塔柱刚度，使得索塔在索梁塔三者之中内力分配相对减小，进而减小中塔柱内力值。计算分析了以下几种模型：模型A：按照推荐方案索塔构造图纸建模，主梁连续跨中不设置伸缩缝；模型B：截面外轮廓均不变，上塔柱壁厚不变，中塔柱壁厚由2m改为2.5m；分析最不利荷载组合下索塔控制截面的名义拉压应力，为了研究增大截面尺寸是否能降低塔截面名义拉应力，对模型A和模型B的索塔计算结果进行比较，模型B相当于在模型A的基础上增加索塔尺寸和刚度。比较结果见表2。

表2最不利组合作用下索塔控制截面内力对比表

从上表中可以看出塔身在最不荷载组合下的名义拉应力达8.34MPa，增大截面尺寸名义应力水平反而增大。根据应力公式虽然截面惯性矩增加的幅度11％大于弯矩增长的幅度9.7％，使得弯矩引起的应力下降，但是面积增加的幅度12.7％大于轴力增加的幅度2.5％，这样截面的压应力储备下降，叠加起来名义拉应力反而增加，而名义压应力有所下降。在表2-5计算得到的高达8-9MPa的名义拉应力最不利荷载组合效应影响下，索塔的截面配筋设计均无法达到规范要求。

通过前面对多塔斜拉桥力学行为特点的分析可以总结得到多塔斜拉桥设计需解决的两大结构问题：