混凝土桥塔

混凝土桥塔（精选4篇）

混凝土桥塔 篇1

“丹 (东) -拉 (萨) ”高速公路是国家重点建设工程, 其支线 (天津南段) 的滨海大桥被誉为北方第一桥。该桥为双塔双索面预应力钢筋混凝土斜拉特大桥, 全长2838米, 长度居北方之最, 该桥主跨径364米, 边跨径152米, 共用拉索102根, 引桥共29跨, 最大跨度40米。全桥由主桥和南、北引桥三部分组成, 是一种以桥塔、缆索和主梁共同受力的新型桥梁。桥塔主墩直径为2米, 承台为大体积混凝土, 主塔高140米, 下塔柱为V形, 高34.62米, 中塔柱、上塔柱为Y形, 高度为108.5米 (见图1) , 由于地处沿海, 空气中盐份较高, 为防止氯盐渗入混凝土以及酸性气体引起混凝土中性化, 造成钢筋锈蚀, 决定整体外表涂刷混凝土保护剂, 以保障桥塔安全运营。

1 保护方案

由于该桥塔体形特殊, 施工难度极大, 特别是由于桥塔施工尚未结束, 交叉作业更增加了施工难度, 另外由于塔身高, 空中风力较大, 也使施工难以进行。为此, 经过反复论证, 并进行模型模拟操作, 最后决定采用从塔顶下放灵活机动的蜘蛛人进行操作, 为保障操作人员在空中的安全和可操作性, 用定位锁将人与塔身固定。

1.1 施工设备

升降梯, 电控吊蓝、蜘蛛人套装、紧固索 (图2) 、定位索 (图3) 、高压清洗机及清除、平整混凝土工具、水泵、蓄水箱、各种轻型清洗、刷涂工具。

1.2 施工工艺流程

(1) 表面准备:高压水枪或钢丝刷, 清洗表面灰尘、油污、浮浆、锈斑及一切影响与砼表面良好结合的杂物。

(2) 对预留孔洞暴露的钢筋做除锈、阻锈处理。

(3) 用UP2000进行修补。

(4) 高压水枪清洗。

(5) 待混凝土表面干燥后, 用棕刷或滚刷涂刷墙面, 顺序:第一次由上至下横刷, 第二次竖向均匀涂刷, 无漏刷。

(6) 全部完工后再次清洗。

注释:1定位环:可使作业人员固定于该处, 使用套琐连接, 也可摘开。

2套琐:连接各段绳索用, 金属制品, 可以方便摘开。

3紧琐器:可以自由紧固及放松整个锁带。

1.3 施工方法与施工程序

1.3.1 施工程序

根据大桥施工进度, 防护工程分为三个阶段进行 (见图4) :

第一阶段:1号塔施工。

(1) 进行A部分清洗。

(2) 进行A部分防护。

(3) 进行B部分清洗。

(4) 进行B部分防护。

(5) 进行C部分清洗。

(6) 进行C部分防护。

2号塔施工同上。

第二阶段:1号塔施工。

(1) 对A5、B5、C5部分 (因该部分目前施工设施未拆除) 以及A部分顶部塔尖进行清洗。

(2) 对A5、B5、C5部分以及A部分塔尖进行防护。

2号塔施工同上。

第三阶段:施工完毕后对一、二号塔进行彻底清洗2.3.2操作程序。

一号塔A部分施工:

(1) 做好地面安全准备, 操作人员通过外跨电梯或塔内爬梯到达塔顶位置。

(2) 使用升降梯将清洗设备、物料 (钢丝刷、扁铲、棕刷等) , 水箱运输到塔顶。

(3) 在A部分顶部安装滑轮以方便少量物品的运输, 安装高空作业绳、安全绳, (塔顶未完工前, 在钢筋上做紧固件进行固定;塔顶完工后, 使用双道紧固件固定在塔内楼梯铁件上) , 开始作业。

(4) 作业人员将高压水枪调至扇型喷水状态, 对混凝土表面进行清洗, 如有水流无法去除的泛碱、油斑、浮浆、以及一切影响混凝土防护剂与墙体良好结合的杂物可用铲刀、钢丝刷等工具去除。对锈迹的清除应使用钢丝刷、铲刀等工具配合除锈剂进行清除, 对暴露的钢筋头应进行除锈和阻锈处理, 对暴露并已生锈的部分周围进行凿除, 直至暴露出完全没有生锈的钢筋部位, 使用钢丝刷及除锈剂将锈迹完全清除干净, 露出崭新的金属表面, 除锈完毕后在金属表面涂刷FP阻锈剂, 以保证钢筋日后不再生锈。最后使用UP2000混凝土修复材料将凿除部位进行修补, 获得清洁坚固的表面。

(5) A部分清洗完毕后, 施工人员使用滚刷或棕刷在挂在坐板底部的桶内蘸足混凝土防护剂将其涂刷或滚涂在混凝土表面。

难度较大处施工方式 (A3、A7、A9, A部分中孔处) 见图5说明。

一号塔B部分施工:

(1) 准备程序同A部分。

(2) B部分顶部施工程序同A部分中。

(3) 整组人员各执一部分定位索及紧固索, 同时从顶部滑落, 至B部分后选择恰当部分将定位索锁套连接并进行锁紧, 然后再将连接紧固索锁套并将安全带同定位环进行连接, 以固定每个人的位置, 然后, 开始施工, 进行清洗作业时, 施工到一定位置后再将另一根定位索进行连接、紧固, 继续向下施工, 每日午饭时为一个周期, 操作人员可滑落到地面, 再次施工时作业人员应当摘掉部分失去作用的定位索, 当施工逐渐向下进行时, 随着Y字型角度的底边逐渐加大, 施工的难度也随之增加, 紧固索及定位索已经不能完全达到定位的作用, 此时B3、B7部分则采用吊篮施工方法, 吊篮为数根直径2寸的钢管组成, 钢索穿管而过, 顶部连接绞缆器 (电动) 及滑轮, 以便控制吊篮的升降, 作业人员操作可从塔顶降落至吊篮位置, 使用自锁器吊于固定的钢索上。吊篮钢索固定于Y型结交部位顺柱面下垂, 底端固定如图示, 吊篮随施工进度控制上下。为使吊篮紧靠工作面, 使用钢索穿过吊篮上的钢管同时绕到另一侧穿过钢管成环状。另一侧钢管装上滚轮压在柱体斜面上, 使用吊篮, 使操作人员有足够活动空间, 保证施工质量。

一号塔C部分施工:

(1) C1-C8施工方式参照B部分进行;

(2) C9部分底部施工难度较大可按照图7进行施工操作。

一号塔A5、B5、C5部分及塔尖部分施工可在第二期进行, 其施工方式按照常规高空作业程序操作即可。

注:C部分施工C1、C5部分可参照B3、B7部分进行操作。C9部分底部施工时可使用紧琐器使操作人员向底部中间靠拢, 并达到作业位置, 移动时可放松紧琐器, 依靠顶部人员推动滚轮向前平移。

第三期全面清洗时, 主要针对建桥施工期内, 其他工种交叉施工造成的二次污染所至, 主要清除二次污染所产生的污渍及灰尘, 如没有出现特别严重的破坏, 按照一期清洗程序进行即可。

二号塔施工, 同一号塔同时进行, 由于部分工作还在进行之中, 只要施工进度安排合理, 不会影响整个施工程序的进行。

2 结语

随着混凝土结构耐久性观念的深入人心, 桥梁混凝土的保护工作越来越受到广泛关注, 而索塔混凝土的保护在国内才刚刚起步, 在这方面没有成熟的工艺可以借鉴, 通过周密的部署和设计, 我们制定了这套索塔保护的施工工艺, 圆满地完成了滨海大桥索塔的保护过程 (图8) , 受到各方的一致好评。

摘要：针对滨海大桥桥塔具体情况, 制定了周密的保护方案, 有效地解决了塔身高度大、桥塔结构复杂的难题, 完成了桥塔混凝土的保护工程, 为其他类似工程提供了参考。

关键词：斜拉桥,桥塔,钢筋混凝土,保护

独塔斜拉桥桥塔反应谱分析 篇2

关键词：独塔斜拉桥,反应谱分析,内力,位移

1 分析模型

本论文分析的斜拉桥为独塔双索面斜拉桥。此斜拉桥采用门形桥塔,采用沉井基础,斜拉桥的两端为桥台,采用球形滑动支座,桥塔与主梁固结,无过渡墩。沉井基础顶部以上塔高132.35 m,其中扩大基础顶部至下横梁顶27.567 m,下横梁顶至中横梁43.383 m,中横梁至上横梁41.4 m,上横梁顶至塔顶20 m。原桥的桥总体布置图如图1所示。

本文采用SAP2000有限元软件做反应谱分析计算。由于沉井基础刚度很大,在建模中,桥塔与地面的连接视为固结。在两端的桥台上使用的是球形滑动支座,因此,在全桥模型中,斜拉桥的两端视为滑动支座,同时桥塔与主梁采用刚性连接约束两者之间的变形,模拟桥塔与主梁的固结。

模型中,桥塔、主梁、斜拉索及横隔梁使用FRAME单元模拟。

为详细分析桥塔的抗震性能,本论文中,建立了两种模型:(1)裸塔模型;(2)全桥模型。裸塔模型对于施工中遭遇地震的情况是适合的,而全桥模型适合于斜拉桥建好后的运营阶段。通过对比裸塔分析结果和全桥中桥塔的分析结果,可以了解建桥过程中桥塔抗震性能的改变。裸塔的有限元单元离散图如图2所示,三维视图如图3所示,全桥的分析模型,如图4所示。

本斜拉桥的抗震设防烈度为8度,对应的水平向设计基本地震动加速度峰值为0.2 g。根据独塔斜拉桥桥址的地质情况及《公路工程抗震设计规范(JTJ 004—89)》[1],本桥场地土为Ⅱ类场地土,从文献[2]可查得特征周期为0.35 s,调整后特征周期为0.35 s。按照《公路桥梁抗震设计细则》[3]给出的反应谱,其水平加速度反应谱如图5所示。

2 桥塔内力计算结果及分析

在反应谱计算地震力之前,需要计算结构的振型,因此首先通过模态分析,计算了裸塔、全桥的动力特性,本文对此部分不做讨论。本文计算了在E1地震作用下,反应谱法计算的结果[4],限于文章篇幅,只截取内力结果分布图,并做结果分析,不列举具体数值。

2.1 轴力

分析发现,在纵桥向反应谱作用引起的桥塔轴力极小,可以忽略不计。裸塔和全桥模型中桥塔的横向和竖向轴力分布如图6所示。

由图6可以看出,横向地震力作用下引起桥塔的轴力在各横膈梁处有较大的突变,这是由于横向位移时,横梁刚度的存在使桥塔内力重新分布。竖向地震力引起桥塔的轴力大致为抛物线形,过度较均匀横桥向和竖向地震力引起的轴力都是随着桥塔高度的增加而减小。

2.2 横、竖桥向剪力

从分析结果可知,横桥向的剪力主要受横向地震作用的影响,纵向地震对其基本无影响。在受同等烈度竖向地震作用时,横桥向的剪力也很小。横桥向和竖向剪力的分布见图7。

由图7可以看出横桥向地震力引起的横桥向的剪力的分布规律:横桥向地震作用时,塔柱剪力随着高度逐步减少,横梁上剪力基本不变;竖向地震作用时,桥塔剪力在塔柱与横梁交界处达到最大值,然后向两边衰减;全桥模型和裸塔模型剪力分布规律相似。

2.3 纵桥向剪力

纵桥向的剪力是由纵向作用地震引起的,横向地震和竖向地震几乎不影响。全桥模型计算的纵桥向剪力分布与裸塔模型计算的剪力分布显著不同,见图8。

从图8可以看出,纵桥向地震产生的剪力在裸塔模型中大致呈三角形分布,而全桥模型中在下横梁处产生了突变。其原因是主梁在桥塔处与下横梁固结,导致下横梁处产生很大的集中质量,而导致地震反应剪力突增。

2.4 纵向弯矩

计算结果显示纵桥向的弯矩仅由纵向地震力产生,弯矩沿桥塔的分布见图9。从图可以看出裸塔模型中弯矩呈三角形分布,与图7中裸塔剪力分布一致。全桥模型中下塔柱弯矩明显增大,就其原因,是由图8中全桥模型剪力分布形式决定的。

2.5 横向弯矩

纵桥向地震对横桥向弯矩几乎没有影响,横向和竖向地震作用下桥塔的弯矩分布见图10。由计算结果可知,全桥模型计算的弯矩略大于裸塔模型计算的弯矩,分布规律相似。

3 桥塔位移计算结果及分析

在E1地震作用下,反应谱分析的位移分布及关键截面编号如图11所示。各关键截面的位移见图12—图17。从图可以看出,塔顶各自由度的位移最大。横桥向,裸塔的位移略小于全桥模型的位移,但相差不大;纵桥向,两模型的位移结果相差很大。竖向的变形主要由自重引起,地震引起的位移相对很小。

4 结论

在同等地震力作用下,横桥向裸塔的内力与全桥模型中桥塔的内力相差不大,且内力分布一致。但纵桥向两者差异显著。竖向地震对桥塔的影响相对水平向地震很小。位移的结果与内力的结果相似。

参考文献

[1]中华人民共和国交通部.公路工程抗震设计规范.北京:人民交通出版社,1990

[2]国家质量技术监督局.中国地震动参数区划图.北京:人民交通出版社,2001

[3]中华人民共和国交通部.公路桥梁抗震设计细则.北京:人民交通出版社,2008

混凝土桥塔 篇3

关键词：斜拉桥,索鞍,有限元,应力

1工程概况

曹娥江大桥是浙江省上虞市三环路跨越曹娥江的重要结点工程,全长986 m左右,其主桥为三跨部分预应力混凝土双塔双索面斜拉桥,跨径布置为60.125 m+110 m+60.125 m。索鞍区是矮塔斜拉桥的关键传力部位之一,曹娥江大桥采用的是斜拉索单套管集束锚固技术(见图1)。

为了解曹娥江大桥主塔鞍座处的受力特点及应力分布,确保主塔鞍座区结构安全性及可靠性,在实桥主塔鞍座区选取一节段进行有限元模型分析并进行了索鞍试验。

2实桥荷载试验

2.1 测点布置

为测试结构内部应力分布,拟选择C1,C4和C7为试验索孔,在结构内部布置多个测点,主要布置于索孔下方及两侧,在顺弯管轴线方向布置2个测试横断面(见图2),测试仪器采用混凝土应变计。由于桥塔两个塔柱和鞍座形成框架,在塔柱中将由于角隅处的转动产生弯矩,为了研究塔柱在角隅处的应力状况,在桥塔的两个截面埋置混凝土应变计,按照每个截面4个混凝土应变计,共计8个。图中断面Ⅰ和断面Ⅱ为鞍座应力测试断面,断面A和断面A′为塔柱应力测试断面。整个试验共布置2×3×9+12+6+8=80支混凝土应变计。

2.2 试验荷载工况

工况1:初张拉索力及张拉预应力;工况2:张拉C3索;工况3:张拉C7索;工况4:张拉C6索;工况5:张拉C5索;工况6:张拉C4索;工况7:张拉C2索;工况8:张拉C1索;工况9:恒载;工况10:恒载+活载。

3理论计算分析

有限元模型中X轴为顺桥方向,Y轴为竖直方向,Z轴为横桥方向。单元弹模取3.45×104 MPa,泊松比取0.2。

4理论及试验结果

根据前述各工况的荷载条件进行计算,以下所列出的计算应力结果中,正号表示拉应力,负号表示压应力。

4.1 截面Ⅰ—Ⅰ计算结果与实测结果

Ⅰ—Ⅰ截面理论结果与实测结果见表1。

4.2 截面Ⅱ—Ⅱ理论及实测结果

Ⅱ—Ⅱ截面理论结果与实测数据见表2。

4.3 截面A—A与截面A′—A′理论结果与试验数据分析比较

A—A与A′—A′截面试验数据与计算结果见表3。

按JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范法向混凝土容许压应力为0.5fck=16.2 MPa,主压应力容许值为0.6fck=19.4 MPa。

Ⅰ—Ⅰ截面法向压应力实测和理论计算最大值、Ⅰ—Ⅰ截面测点处竖向压应力测点处实测和理论计算最大值、Ⅱ—Ⅱ截面测点处竖向压应力实测和理论计算最大值、Ⅱ—Ⅱ截面法向压应力实测和理论计算最大值均小于容许值。

Ⅰ—Ⅰ截面孔道下方横向劈裂应力实测和理论计算最大值分别为2.56 MPa和3.05 MPa;Ⅱ—Ⅱ截面孔道下方横向劈裂应力实测和理论计算最大值分别为2.16 MPa和1.76 MPa。

A—A和A′—A′测试断面全截面受压,最大法向压应力实测值和计算值分别为10.67 MPa和8.20 MPa,符合要求。最大主拉应力为0.77 MPa,最大主压应力为9.17 MPa。

Ⅰ—Ⅰ,Ⅱ—Ⅱ截面最大主压应力分别为9.9 MPa和13.0 MPa,符合要求;Ⅰ—Ⅰ,Ⅱ—Ⅱ截面最大主拉应力仅出现在孔道周边很小的区域,绝大部分区域没有出现拉应力,而且计算模型中没有考虑普通钢筋的作用,实际结构中通过应力重分布可以消除这种影响。

管下的局部混凝土在管道压力作用下,竖向产生压应力,横向产生劈裂应力,但这些效果仅出现在孔下的局部范围内,传播范围较小。各截面的法向应力从试验和理论计算数据均表现出较好的梯度,符合弯曲受力的特点。

5结语

试验结果和理论计算结果可以相互印证,证实了有限元计算的可行性及其计算结果的可信性;有限元模型计算结果表明:在圆管法向力均匀分布力作用下,孔道下受到竖向压应力,横向受到劈裂应力,但这些仅在孔下的局部区域出现;由实测和理论计算数据可知:孔下的横向有较大的横向劈裂应力,此处需布置适量的钢筋以防止开裂,并抵抗斜拉索与孔壁可能出现的不均匀接触引起的局部过大应力;鞍座和塔柱的交界处受力复杂,应力较大,此处的截面和配筋应加强。

参考文献

[1]刘钊,孟少平,藏华,等.矮塔斜拉桥索鞍区模型试验及设计探讨[J].东南大学学报,2007(3):51-52.

[2]汤少青,蔡文生,王戒躁,等.漳州战备大桥主塔鞍座处节段模型试验研究[J].桥梁建设,2002(1):15-18.

[3]官润荣,张俊平,刘爱荣,等.部分斜拉桥主塔鞍座节段模型试验研究[J].广州大学学报(自然科学版),2005(4):4-5.

混凝土桥塔 篇4

重庆市万州区万州长江二桥主桥采用580m悬索桥, 引桥采用40m简支T梁, 桥梁全长1141.46m。桥涵设计荷载:汽车—超20级, 挂车—120级。人群荷载:q=3.5kN/m2。桥面宽:净15+2x3.25 (人行道+栏杆) 。地震烈度:VI度, 按VII度设防。通航水位:最高173.36m, 最低148.36m。设计风速:25.9m/s。

主桥采用双面缆索, 横向布置于人行道以外, 每根缆索横向中心距21.2m, 主桥加劲梁采用钢桁梁形式, 为适应温度变形等要求, 保证桥塔受力的基本均衡及伸缩缝的设计, 本桥加劲梁采用纵向漂浮体系, 两端均采用纵向活动支座。

1 桥塔设计[1]

悬索桥桥塔的结构形式, 一般采用单层或多层框架, 立柱可以作成竖直也可以作成倾斜, 需结合主缆、桥面宽度、加劲梁等综合确定, 横梁的设置主要根据桥塔高度及结构需要而定, 立柱和横梁一般均采用箱形截面。

结合桥面宽度、加劲梁设置、主缆线形需要等, 重庆市万州长江二桥桥塔采用钢筋混凝土梯形门架结构, 塔顶塔柱横向中心距21.2m (与主桁中心距对应) , 塔柱轴线横向坡度为17:1, 设上下两道横梁。北岸侧索塔上塔柱高72.8m, 下塔柱高71.3m, 索塔全高144.1m;南岸侧索塔上塔柱高72.8m, 下塔柱高69.8m, 索塔全高142.6m。

塔柱均采用变截面薄壁箱形截面, 塔柱横桥向宽5.5m, 顺桥向为变宽度, 其中北塔柱宽5.5～11.685m, 南塔柱宽5.5～11.639m, 桥塔底部设3m实心段, 塔底处局部纵横向均适当加大截面尺寸, 以改善塔底附近及承台受力状态, 变截面段高8m。塔底实心段顶部及上下横梁下分别布置一个直径10cm的圆孔, 以起到通风、进水、排水的作用。上塔柱壁厚60cm, 下塔柱壁厚80cm。塔柱由实心段和空心部分组成, 上塔柱设两道横隔板, 下塔柱设三道横隔板。塔内设有人行爬梯及休息平台。由于桥塔较高, 塔柱内倾, 为防止塔柱混凝土受弯开裂, 根据计算, 要求在施工过程中下塔柱设置两道横向支撑, 上塔柱设置一道横向支撑;塔柱采用翻模施工, 两根柱对称浇筑, 考虑施工模板固定等需要, 在桥塔柱壁内设置两层型钢骨架。

桥面系简支于下横梁上, 桥塔横梁采用全预应力混凝土结构, 预应力后张法施工, 上横梁采用3.5×3.5m薄壁箱形截面, 壁厚50cm, 共布设10束7—Φj15.24mm钢绞线;下横梁采用4.5×4.5m薄壁箱形截面, 壁厚60cm, 共布设32束7—Φj15.24mm钢绞线。横梁均采用锚固于塔柱上的万能杆件支架平台分两层现浇施工, 施工前注意消除支架的弹性及间隙变形。

索塔顶端为满足主索鞍安装需要, 扩大为7×7m形成主索鞍支承面, 扩大部分与塔柱间设高1.5m的过渡段, 主桥施工架设期间, 为保证桥塔柱身受力需要, 主索鞍预留一定的预偏量 (预偏量设置考虑桥塔结构需要及施工架设需要综合决定) , 根据主桥施工顺序逐步顶推主索鞍就位。

桥塔基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩基础, 桩径2.6m, 每柱下设6根, 置于岩石中等风化层及微风化层内, 承台厚度为5m, 为加强基础横向联结, 每个桥塔在塔柱承台间设置一道钢筋混凝土横系梁, 横系梁采用箱形截面, 为单箱双室结构。

2 桥塔计算

2.1 计算内容

(1) 根据桥塔施工、运营期间的不同情况, 进行各种工况的内力分析;

(2) 对桥塔结构的稳定性、抗震、防船撞等特殊情况进行内力 (应力) 分析;

(3) 对桥塔采用实体建模, 针对数种不利的受力情况进行分析, 对高应力集中部位进行必要的构造加强和改善。

2.2 静力计算模型

桥塔检算包括横、纵两个方面。由于桥塔承台及桩基础均位于岩层中, 同时承台施工完后, 要求采用混凝土进行回填, 因此塔底可近似地认为是固结于地面, 同时稳定分析表明, 对于本桥桥塔基础所处的地层来说, 基础侧面土对桥塔稳定影响不大;另外桥塔塔顶承受着通过大缆传到主索鞍上的巨大压力, 结构本身要求运营阶段塔顶主缆与鞍座之间不能有相对滑动, 仅有有限的转动, 这样, 塔顶约束条件与理想情况下的铰接有一定的差别, 稳定分析表明, 这种约束介于固定与理想铰接之间, 偏于理想铰接, 自由长度系数取值为0.9左右。

运营阶段纵向计算采用桥塔塔底固结, 塔顶铰接进行, 自由长度系数取为0.9。横向计算按框架进行, 立柱下端固定, 上端自由, 大缆的横向约束忽略不计。

桥塔施工阶段纵向计算按桥塔塔底固结, 塔顶自由进行;主缆、加劲梁、桥面架设施工阶段按桥塔塔底固结, 塔顶铰接进行, 根据施工进程自由长度系数取2～0.9。横向计算根据施工进展情况, 分别按由立柱构成的悬臂梁及由立柱和横梁组成的框架进行, 立柱下端固定, 上端自由。计算时考虑临时横撑影响。

计算分析表明, 桥塔塔柱在施工阶段和运营阶段均受压, 为偏心受压构件, 按普通钢筋混凝土结构设计。横梁为受弯结构, 按预应力混凝土结构设计。值得指出的是, 桥塔顶部、根部、船撞击点附近由于承受的外力较大, 应按局部应力控制设计。

2.3 动力计算模型

在悬索桥的振动分析中, 塔可以容易地纳入结构整体一起采用有限元法进行分析, 但是观察和分析的结果都证明, 塔的振动特性可以与作为上部结构的缆～梁体系的振动特性明显地区分开来。这不仅意味着作为连续体的上部结构的振动分析可以不考虑塔的影响, 也说明塔的振动特性可以由对单独取出的塔柱体系的振动分析而获得。

在塔柱顺桥向动力分析模型中, 还要考虑主缆对桥塔的纵向约束作用, 分析模型如图1所示。塔顶的弹簧刚度 (K=K1+K2) 如何确定是动力分析模型是否合理的关键, 我们通过采用全桥分析模型计算恒载状态塔顶给定水平力作用下塔顶的水平位移, 将主缆的约束作用等效成弹簧, 按等值水平力作用于塔顶下发生等量的水平位移反求塔顶弹簧刚度, 这样既考虑了桥塔本身的刚度, 又考虑了主缆荷载共同作用的影响。

根据全桥分析结果, 塔顶作用1000kN水平力时塔顶发生的水平位移约为1cm, 将1000kN水平力作用于图1所示模型的塔顶使其产生1cm的水平位移, 反求塔顶弹簧刚度K为4.2×104kN/m。

2.4 船撞力计算[2,3,4]

重庆市万州长江二桥位于黄金水道—长江上游, 长江常年通航, 三峡工程启用后, 万吨级船队可以直航重庆, 由于本桥桥塔位于水中, 考虑桥塔的重要性, 桥塔的防撞问题引起了各方的重视。

桥位处最高通航水位173.36m, 最低通航水位148.36m, 落差达25m, 这样在全高范围内防止桥墩被撞致损的防撞设施设计非常困难和复杂, 同时也带来高昂的费用, 因此决定进行桥塔本体的抗撞击设计, 船撞力大小的取值就成为关键。

根据长江航运特点, 采用3000t级船舶, 船速3.5m/s, 分别按现行的公路规范、铁路规范、美国指导规范、Woison公式等进行计算, 结果如表1 (顺水流方向) :

经过分析以上的计算公式及结果认为:国外规范未考虑冲撞的动态属性, 计算结果偏大, 不予采用;公路、铁路规范的计算公式考虑了冲撞的动态属性, 但限于目前实验数据的有限性, 对公式中的冲撞时间、船只及墩台圬工的弹性变形系数取值有一定的影响, 综合考虑后采用1000t (顺水流方向) , 800t (横水流方向) 。

2.5 地震反应分析

(1) 自振特性。根据万州长江二桥桥塔结构的动力计算模型, 得到桥塔的自振特性见表2。

(2) 地震分析。采用《公路工程抗震设计规范》[5]第4.2.3条规定的I类场地土上的反应谱曲线进行反应谱分析, 采用EL-CENTRO记录进行时程反应分析。

计算表明:反应谱分析结果得到的桥塔控制截面的力值比采用EL-CENTRO记录进行时程反应分析结果要小;采用EL-CENTRO地震家加速度记录对桥塔进行时程分析得到的塔顶最大横向位移为4.32cm (4.23s) , 塔顶最大纵向位移为6.4cm (9.39s) , 塔根部的最大轴力为9240kN (4.2s) , 塔根部的最大纵向弯矩为97400kN·m (4.2s) , 距塔底11m处截面的最大弯矩为65900kN·m (4.11s) 。

采用EL-CENTRO记录进行时程反应分析结果进行截面检算不控制设计。

2.6 局部应力分析

利用三维实体单元建立模型, 实体单元选用8节点的六面体单元和4节点四面体单元, 采用大型有限元分析软件ANSYS程序进行分析。

计算表明, 采用的桥塔结构应力分布均匀, 由于桥塔顶部、桥塔根部加大了截面, 并设置了一定的实体段, 钢筋进行了加强, 因此无特别突出的应力集中现象, 桥塔截面变化形式和各构件的连接方式合理;撞击荷载作用下, 撞击点附近塔身截面主拉应力较大, 混凝土应力较高, 截面设计过程中, 在撞击最不利的截面处塔身内设置了横隔板, 缓解了船撞击的影响, 截面检算结果满足规范要求。

3 结束语

通过对万洲长江二桥桥塔的静、动力计算, 地震、局部应力分析等, 认为该桥桥塔结构设计合理, 留有一定的安全储备。

摘要：通过对重庆市万州区万州长江二桥桥塔结构的设计情况的简单介绍, 论述了桥塔计算的主要内容, 分别就桥塔静力计算、动力计算采用的计算模型进行了分析, 说明了需注意的问题, 研究了国内外不同规范对船舶撞击力的计算情况及设计采用的纵、横向撞击力数值, 对桥塔进行了地震反应分析, 根据桥塔局部应力情况进行了结构细节处理, 提出了该桥桥塔结构设计的合理性。

关键词：重庆市万州长江二桥,悬索桥,桥塔设计

参考文献

【1】铁道第一勘察设计院.重庆市万州区万州长江二桥施工图.2002年8月.

【2】中华人民共和国交通部.《公路桥涵设计通用规范》. (JTGD60-2004) .

【3】中华人民共和国铁道部.《铁路桥涵设计基本规范》. (TB10002.1-99) .

【4】美国州公路和运输官员协会.船舶碰撞公路桥梁设计指南.AASHTO (1991) .