三塔自锚式斜拉悬索协作体系桥吊索的优化设计.docx

三塔自锚式斜拉悬索协作体系桥吊索的优化设计陈运祥摘要：为了确定三塔自锚式斜拉悬索协作体系桥最优吊索方案，按照吊索张拉原则，提出了四套吊索张拉方案，并对该四套方案进行优化对比，提出最优方案；为以后同类桥梁设计及推广应用提供理论依据。关键词：三塔自锚式斜拉悬索协作体系桥吊索优化理论依据、Optimizationdesignofthreetowerofselfanchoredcable-stayedsuspensionbridgeslingAbstract:Inordertodeterminetheoptimaldesignofselfanchoredcablestayedsuspensionbridgeslingscheme,inaccordancewiththeslingtensionprinciple,Putforwardfoursetsofsuspendertensioningscheme,Andthefoursetofprogramtooptimizethecomparison,putforwardtheoptimumplan;toprovidetheoreticalbasisforsimilarbridgedesignandapplication.Keywords:Threetowerofselfanchoredcable-stayedsuspensionbridge;slingoptimization;Theoreticalbasis中图分类号：S611文献标识码：A1、引言三塔自锚式斜拉悬索协作体系桥是一种新型的缆索承重桥梁，由主缆、斜拉索、吊杆、加劲梁、主塔、副塔及基础等几个主要部分组成。缆索在恒载作用下具有很大的初始张拉力，对后续结构形状提供强大的“重力刚度”，这是加劲梁高跨比得以减小的根本原因。三塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥的加劲梁、桥塔还承受主缆和斜拉索传来的巨大的轴向压力，加劲梁和桥塔在恒载作用下，以轴向受压为主，在活载作用下，以压弯为主，因此在结构分析时要计入压弯耦合效应影响。说明该类桥梁结构体系复杂，技术难度大。关键的问题是以主塔为中心的斜拉桥部分和两个以副塔为中心的斜拉-自锚式悬索桥部分的独立成桥状态的确定。因此，有必要对以上部分的吊索张拉工艺进行探讨，以确定最优施工方案。针对上述问题，本文基于陕西某三塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥，对此类新型桥梁进行体系优化研究，提出了四套吊索张拉方案，并对该四套方案进行对比，提出最优施工方案；为今后同类桥梁设计及推广应用提供理论借鉴和参考。2、桥梁工程概况主桥为三塔斜拉-自锚式悬索协作体系桥，分为斜拉索体系段与斜拉-自锚式悬索结合体系段。主塔为钢筋混凝土H型塔，采用塔梁墩固结形式。副塔为钢箱混凝土拱型塔，采用塔墩固结，塔梁分离结构形式。主桥跨径组合为：25m（边跨自锚段）+90m（悬索段）+2×162.5m（斜拉索区段）+90m（悬索段）+25m（边跨自锚段）＝555m。边、中跨比为0.55。主梁纵向设置双向1.5%纵坡，在桥梁主塔处设置R＝3000m的竖曲线。桥梁总宽度为40m，双向6车道，单车道宽度为3.75m，机动车道总宽度为23.5m。主桥两侧索区隔离带宽各2.5m，非机动车道宽各3.5m，人行道宽各2.25m。总体布置如图1所示。图1桥梁总体布置示意（单位：cm）3、桥梁结构模型本桥采用了脊骨梁模型，主梁采用MIDAS/Civil软件中的三维梁单元来模拟；斜拉索、背索采用桁架单元来模拟，初始几何刚度采用赋值初拉力的方式实现；桥塔、桥墩等均用空间梁单元进行模拟，基础代之以固定支座模拟；悬索主缆采用只受拉单元中的索单元，斜拉索及吊杆采用桁架单元；主梁及桥塔模拟为梁单元，全桥共划分节点941个，单元947个。其中梁单元707个，桁架单元240个。全桥结构计算模型及单元离散如图2所示。其中主缆各点位置编号及坐标系如图3所示。图2全桥计算模型示意图3主缆各点编号及坐标系示意4、桥梁结构吊索4.1吊索张拉的原则（1）吊索索力斜拉索索力安全系数按2.5控制，即σ（2）副塔塔顶水平变位副塔应力通过副塔塔顶水平变为控制，索塔水平位移控制在±50mm。（3）加劲梁应力加劲梁采用满堂支架施工，吊索张拉过程中钢混结合加劲梁处钢箱梁部分应力不超过容许值[σ]=210MPa。混凝土加劲梁正截面应力最大压应力不超过容许值[σ]=18.14MPa,最大拉应力不超过容许值[σ]=1.48MPa。钢混结合加劲梁处钢箱梁部分应力不超过容许值[σ]=210MPa4.2悬索桥吊索张拉方案按照以上确定的吊索张拉原则，在结构分析计算过程中，提出了四套吊索张拉方案，以下对该四套方案进行对比。各方案详细过程如表1至4所示。表1悬索段吊索张拉步骤表（方案一）施工阶段施工步骤施工内容吊索张拉前0副塔施工完毕，