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桥梁预应力拉索技术在建筑工程中的应用
优质期刊推荐2007年10月
《华南港工》
SouthChinaHarbourEngineering
Oct12007Total108
特辑　总第108期
斜拉桥主梁悬浇用预应力粗钢筋张拉控制
(中交四航局第一工程有限公司,广东广州510500)
摘　要:介绍了斜拉桥平衡长悬臂预应力施工的关键技术,提出了精轧螺纹钢在张拉控制的主要技术措施。对桥梁的精轧螺纹钢张拉施工具有一定的参考价值。
关键词:精轧螺纹钢;斜拉桥;预应力;平衡式长悬臂;控制
TensileControlofCourseReinforcementusedinMainBeamin
PlaceCastingforCable-stayedBridge
CAIMao-(TheFirstConstructionCo.LtdofCCCCGuangzhou510500,China)
Abstract:keyinthestretchingoflongbalancedcantilever,andprovidesthemaincontrolmethodsthefinishingrollingrebar.Thesemethodsaremuchvaluable.
Keywords:finishingRollingRCable-stayedBPrestressingFLongBalancedCControl
1　工程概况2　力筋布置
李渡长江大桥斜拉桥为双塔双索面斜拉桥,全长738m,主跨398m,采用对称三跨布置,即170m+398m+170m=738m。桥面宽度2511m。
主梁悬浇用预应力由两部分组成:布置在主梁Φs15钢绞线和布置在面板的粗钢筋组成。两的9×
种预应力筋均为平行于桥轴线布置。悬浇用预应力筋布置图如图1所示。图中Z1、Z2为?32精轧螺Φs15钢绞线。纹钢钢筋,Z3
粗钢筋按设计采用标注强度为930MPa,弹性模量为210×105MPa,公称直径为?32mm的精轧螺纹钢,大致均匀地纵向布置在面板,每塔(共两塔)20根总长15914m,以每1512m一段进行张拉,中间采用联接器联接。每节段预埋的力筋在下一节段混凝土达到强度后再进行张拉,每次张拉10根,随悬浇施工的不断推进而逐段接长,并最
主塔采用H型塔,斜拉索采用扇形布置,主梁采用采用等高度预应力混凝土双纵梁肋板式断面,C50混凝土,梁上标准索距716m。主塔施工完毕
后,利用下塔柱施工时预埋的挂篮起始段托架预埋件搭设挂篮起始段主梁现浇支架,浇注挂篮起始段主梁,随后拼装挂篮,进行主梁悬浇施工。主梁悬浇段标准节段长度为716m,挂篮采用7185m长平台牵索挂篮。在边墩处设支架现浇端部梁段,将边跨合拢,边跨合拢后,主跨继续悬浇至最大单伸臂状态,直至主跨合拢。
作者简介:蔡懋发(1983-),男,助理工程师,从事路桥施工及
技术管理工作。
终作为结构永久预应力。
《华南港工》
SouthChinaHarbourEngineering
Oct12007Total108
特辑　总第108期
单位:cm图1　悬浇用预应力筋布置图(1/2桥面)　　
313　力筋控制力及伸长量复核313
精轧螺纹钢的施工顺序:预应力材料下料和制作—钢筋绑轧及预应力筋固定—混凝土筑—预应力筋张拉—封锚,灌浆。
311　Sb:k为控制应力;Ry为预应力钢筋的标准强
度;Pk为预应力钢筋控制力;S为预应力钢筋的截面积。
31312　伸长量计算
、外观尺寸、,将弯曲的材料调直,对材料表皮进行除污、除浮锈处理。精轧螺纹钢是从厂家定制长度即716m/条,一般无须切割。由于顶板较薄,管道安装时需精确定位,每1m采用一道定位钢筋,保证管道轴线误差在±5mm以内,以防止在张拉时引起较大应力损失和拉裂混凝土。预应力束孔道要求锚垫板与锚束相垂直,锚垫板与波纹管之间的空隙,用棉絮塞紧,锚具要用螺旋筋或井字架固定以加强锚固区混凝土的抗压强度。312　浇筑混凝土
式中:ΔL为预应力钢筋伸长量;Pp为预应力钢材平均张拉力;L为预应力钢材长度;Ep为预应力钢材弹性模量;Ap为预应力钢材截面面积。31313　预应力筋平均张拉力及伸长量计算结果伸
长量与设计伸长量基本相符,施工时采用设计值控制。
314　预应力张拉
采用C50一级泵送混凝土,采用材料为:细度模数在216～310之间,含泥量小于1%的洞庭湖中砂;采用离施工现场较近的小溪碎石厂的5～25mm规格的碎石;P?O4215R的“拉法基”水泥。
由实验室人员根据结构设计所规定的混凝土强度及特殊条件下混凝土耐久性、和易性等技术要求,合理选用原材料及其用量间的比例关系,并设计出经济、质量好、泵送效率高的混凝土。
浇筑过程中要定人定位,并派专人进行检查以防在振捣时振破波纹管,使波纹管进浆。锚垫板附近混凝土一定要振捣密实,以防在张拉时压裂锚垫板后混凝土。54
为保持结构受力的均衡性,张拉采用边、中跨对称张拉,两侧张拉基本同步。31411　预应力粗钢筋张拉控制措施
在混凝土强度达到设计要求的90%即45MPa以上进行张拉施工。
为避免在张拉施工过程中撑脚处部分混凝土被挤压引起张拉装置的整体位移,导致伸长量不实际的增大,在安装好张拉设备后正式开始张拉前施加较大吨位的预压力,用以挤压密实撑脚处混凝土,同时可以减少粗钢筋与管道壁之间的摩擦,使张拉伸长数据更逼近真实的受力状态。
为减少预应力松弛损失和锚具回缩损失,采用
2007年10月
《华南港工》
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Oct12007Total108
特辑　总第108期
1103倍预定张拉应力值为过程控制张拉应力,预
应力张拉采用分级张拉,张拉时顺序如下:
预压张拉(50%以上但不超过100%的设计吨位)→3初张拉(10%设计吨位)→350%设计吨位→超张拉(103%设计吨位)→持荷(5min)→回到100%设计吨位扳紧螺母锚固→回油卸荷(在设计荷载下消除锚具回缩)→超张拉(103%设计吨位)→3回到100%设计吨位扳紧螺母锚固。(3号表示需要精确控制的步骤)
实践证明,采用3号以外的反复张拉,可以使张拉精轧螺纹钢的伸长率能够非常好地符合设计与规范的要求。
31412　预应力筋伸长量测量
5　张拉施工中应注意的问题
(1)千斤顶、油泵、油表必须按检验周期进行
配套校验之后才能使用,而且要做到配套校验,配套使用;
(2)严格按要求做好张拉前的各项准备、检查工作,确认无误后才能张拉;
(3)千斤顶给油和回油,均应缓慢匀速进行;(4)预应力束张拉完毕之后严禁撞击锚具及钢束;
(5)为减小梁体产生过大的应力和应变,上、
下游的预应力张拉时宜基本对称地进行,上、下游(束);
(6)、桥面纵,故不能盲;
,应严格控制连接,安装时应在预应力筋上标明连接丝扣长度,连接套筒应均匀布置于上下预应力筋位置,且上下预应力筋应充分接触紧密。安装质量不合格,会导致在张拉时预应力筋在连接部位拉脱,返工时费时又费工,操作难度大。6　结语
所有预应力筋张拉均采用双控,应力可以通过油表读数反应,的。面为基准,预应力束的伸长量,其算式为:
ΔL=(LH-LO)+(L1-LH)+(AH-AO)+(FH-FO)=(L1-LO)+(AH-AO)+(FH-FO)
式中:LH、AH、FH分别为张拉缸、工具锚及锚固端工作锚的外露长度。即张拉到103%,再回到设计吨位时的外露长度。
LO、FO分别为张拉缸及锚具在初始应力时的
外露长度。
L1、LH为扳紧螺母锚固及预应筋的回缩量。4　压浆
随着主梁的悬臂推进越来越大,施工风险也越来越大,悬浇用预应力混凝土与斜拉索协同受力在保证结构安全和合拢精度上起关键作用。目前,李渡长江大桥已成功合拢,合拢精度小于1mm,大大高于设计要求。
精轧螺纹钢张拉锚固体系除具有冷轧螺纹钢张拉锚固体系的所有优点外,还具有受热不失效、钢筋可在任意点锚固连接的特点。既可用于后张法,又可用于先张法施工。除了作为预应力筋使用外,还可广泛应用于地锚、临时建筑结构,还可用作吊杆,用途广泛。参考文献:
[1]　JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范。
[2]　叶见曙袁国干结构设计原理北京:人民交通出版
张拉完毕之后应立即压浆,以减少由于预应力筋松弛引起的应力损失。后张法预应力混凝土施工中,孔道灌浆有两个主要目的;一是保护预应力筋不过早锈蚀,起保护作用目的;二是保证预应力钢筋与混凝土粘着起共同作用,更好的发挥预应力的有效作用,增强预应力结构的耐久性。为了达到这两个目的,孔道压浆必须饱满,不能留有空隙和积水,以免冬季积水冻结膨胀,或因为粗钢筋的锈蚀膨胀而产生梁体裂缝。
社,2003年。
[3]　莫宣国江建伟郑　宇华南港工(200711)广州:中
交四航局有限公司,2007年。
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矮塔斜拉桥斜拉索结构和受力行为研究
西南交通大学硕士学位论文矮塔斜拉桥斜拉索结构和受力行为研究姓名：梁爱霞申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：谢尚英西南交通大学硕士研究生学位论文第ｌ页摘要矮塔斜拉桥亦称部分斜拉桥，就其受力特性而言，矮塔斜拉桥是介于梁式桥与斜拉桥之间的新型桥型。如果说梁式桥属于刚性桥型，斜拉桥属于柔性桥型，那么矮塔斜拉桥则具有刚柔相济的结构特性。由于矮塔斜拉桥优越的结构性能和良好的经济指标，越来越显示出巨大的发展潜力。无论在结构上或美学上，斜拉索都是矮塔斜拉桥的一个重要组成部分。斜拉索的结构形式，整体和局部受力性能都直接影响矮塔斜拉桥最终的使用。所以本文以泸州市茜草长江大桥为背景，对以上三个部分进行分析研究。第一部分，斜拉索的结构形式，主要从选材，锚固方式，防护，施工以及换索问题等方面进行分析。第二部分，斜拉索的整体受力性能，主要包括静力强度和疲劳强度两个内容。第三部分，斜拉索锚固块的局部分析，主要从主梁锚固，索塔锚固以及抗滑移三个方面进行分析研究。关键词：矮塔斜拉桥；斜拉索结构形式；受力性能；锚固块局部分析西南交通大学硕士研究生学位论文第｜ｌ页Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌｏｗ?－ｐｙｌｏｎｃａｂｌｅ?－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｉｓｂｒｉｄｇｅａｎｄｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅａＳｏｎａｎｅｗｂｒｉｄｇｅｓｔｍｃｔｕｒｅｆｏｒｍｂｅｔｗｅｅｎｂｅａｍｉｔｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｕｎｄｅｒｆｏｒｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓａｌｓｏｃａｌｌｅｄｔｏｐａｒｔｉａｌｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ．Ｉｆｉｔｉｓｓａｉｄｔｈａｔｔｈｅｂｅａｍｂｒｉｄｇｅｂｅｌｏｎｇｓｒｉｇｉｄｂｒｉｄｇｅｔｙｐｅａｎｄｔｈｅｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｉｓｆｌｅｘｉｂｌｅｏｎｅ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｌｏｗ－ｐｙｌｏｎｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄａｂｒｉｄｇｅｐｒｅｓｅｎｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｂｏｔｈｏｆｔｈｅｍ．Ａｓｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｗｅｌｌｅｃｏｎｏｍｉｃｉｎｄｅｘｏｆｉｔｓｅｌｆ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｓｕｐｅｒｉｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｏｗ?—ｐｙｌｏｎｃａｂｌｅ?－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｄｉｓｐｌａｙｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｅｎｏｒｍｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｔｙ．Ｔｈｅｓｔａｙｃａｂｌｅｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｔｅｎｔｏｆｔｈｅｌｏｗ??ｐｙｌｏｎｃａｂｌｅ??ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｏｒｗｈｅｔｈｅｒｉｔｉｓｆｒｏｍｔｈｅｐｏｉｎｔｏｆｓｔｍｃｔＬｌｒｅｃａｂｌｅａＳｔｈｅａｅｓｔｈｅｔｉｃ．Ｔｈｅｓ仃１ｌｃｔＩｌｒａｌｆｏｒｍｏｆｓｔａｙｗｅｌｌａｓｉｔｓｉｎｔｅｇｒａｌａｎｄｌｏｃａｌｆｏｒｃｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｌｌｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｆｉｎａｌＲｉｖｅｒｓｅｒｖｉｃｅｏｆｌｏｗ－ｐｙｌｏｎｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ．ＴａｋｉｎｇｔｈｅＢｒｉｄｇｅｉｎＬｕｚｈｏｕｃｉｔｙＴｈｅｆｉｒｓｔｐａｒｔｉｓｔｅｒｍｓｏｎｏｎａｓＱｉａｎｃａｏＣｈａｎｇｊｉａｎｇａｒｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅｔｈｒｅｅｐａｒｔｓａｂｏｖｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｒｍｉｓｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅ，ａｎａｌｙｓｉｓｉｓｇｉｖｅｎｍａｉｎｌｙｆｒｏｍｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ａｎｃｈｏｒａｇｅｍｏｄｅ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎｅｏｎａｎｄｃａｂｌｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｅｔｅ．Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｌｆｏｒｃｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｂｏｔｈｓｔａｔｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈｆｏｒｃｅｄａｎｄｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅｔｌｌｉｒｄｏｎｅｉｓｏｎｔｈｅｌｏｃａｌａｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅａｎｃｈｏｒｂｌｏｃｋ，ｓｔｕｄｉｅｄｆｒｏｍｔｈｒｅｅｗａｙｓｇｉｒｄｅｒａｎｃｈｏｒａｇｅ．ｃａｂｌｅｔｏｗｅｒａｎｃｈｏｒａｇｅａｓｗｅｌｌ弱ａｎｔｉ－ｓｌｉｄｉｎｇ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｌｏｗ－ｐｙｌｏｎｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｒｍｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅ；ｆｏｒｃｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅ；ｌｏｃａｌｆｏｒｃｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔａｙｃａｂｌｅａｎｃｈｏｒｂｌｏｃｋ西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：?１、本论文系统性的分析研究了矮塔斜拉桥斜拉索在构造上的特性，总结了矮塔斜拉桥斜拉索不同于一般斜拉桥的一些构造特点。２、在矮塔斜拉桥斜拉索的受力行为上，论文从静力强度和疲劳强度分析，研究斜拉索承担的荷载作用和活载对斜拉索引起的应力幅，并从疲劳强度深入研究矮塔斜拉桥斜拉索提高其静力强度的本质原因。学位论文作者签名：习拐雷日期：矽矿７．占．弓／西南交通大学凹南父逋大罕学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密口，在年解密后适用本授权书；２．不保密区使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：窃Ⅺ季‘露日期：加夕．方．≥ｆ？≯没产荚醐一ｒ叫第一章绪论矮塔斜拉桥（Ｌｏｗ－ｐｙｌｏｎＣａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅ）亦称部分斜拉桥，就其受力特性两言，矮塔斜拉桥是介予粱式桥与斜挝桥之闻的新兴桥型。如渠说粱式桥属于刚性桥型，斜拉桥属于柔性桥型，那么矮塔斜拉桥则具有刚柔相济的结构特性。由于矮塔斜拉桥优越的结构性能和良好的经济指标，越来越显示出巨大的发展潜力。１．１矮塔斜拉桥的命名矮塔斜拉桥的概念最早由法国著名工程师Ｊａｃｇｕｅ．Ｍａｔｈｉｖａｔ于１９８８年设计法豳的ＡｒｒｅｔＤａｒｒｅ高架挢方案时提出。由于这种桥是以预应力粱为主体的承重结构，斜拉索只相当于除体内索之外加设的以降低梁高作用的体外索，因而Ｊ．Ｍａｔｈｉｖａｔ称其为“超剂量预应力梁桥（ＥｘｔｒａｄｏｓｅｄＰＣＢｒｉｄｇｅ）＂。网本的桥梁赛也一直沿用上述名称。１９９５年我国桥梁专家严国敏先生首次将它定义为“部分斜拉桥（ＰａｒｔｉａｌｌｙＣａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅ）”，其含义是：在结构性能上，斜拉索仅仅分担部分荷载，还有相当部分的荷载通过梁的受弯、受剪来承受。事实上，“超剂量预应力梁桥”既复杂也未道出斜拉形式的特点，另外，现在的发展已不单纯用于颥应力混凝土桥，丽且也焉予锻桥（如中国芜湖长江大桥）和波形钢腹板组合梁桥（如日本栗东桥）。“部分斜拉桥”未突出矮塔特点，“部分’’二字似欠确切。后来，国内其他学者认为就其突出的外形特点命名为“矮塔斜拉桥（Ｌｏｗ－ｐｙｌｏｎＣａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅ）’。就其结构力学性能来说，实质是焉体外斜拉索加劲粱式桥，属于斜拉桥和梁式桥的协作体系结构，将其命名为斜拉一连续桥或斜拉－ＮＵ构桥更能反映其受力特性，同时直接点明了两种结构体系的相关特性，似更为确切。考虑到，“矮塔’’二字既突出了其外形特点及其与一般斜拉桥差异的重点，又一誉了然，本文亦称该桥型为“矮塔斜拉桥”。１．２矮塔斜拉桥的特点｛．２。｛矮塔斜拉桥的构造特点矮塔斜拉桥是介于梁式桥和斜拉桥之间的刚柔相济的新颖桥型，总体来说，矮塔斜拉桥兼有塔矮、梁刚、索集中及外形美观等特点。分析和总结国内外的矮塔斜拉桥设计参数，矮塔斜拉桥具有如下构造特点：（１）矮塔斜拉桥宜采用混凝土结构，其结构体系主要是塔、梁、墩固结体系或塔、梁固结体系。在跨径较大时，可采用钢和混凝土结合式梁，跨中无索区用钢梁。（２）矮塔斜拉桥的跨径适用范围不宜大于３００ｍ。（３）矮塔斜拉桥桥面以上塔高和跨径之比宜采用１／８、１／１２。（４）混凝土梁宜采用箱形截面，梁高和跨径之比采用１／３５’１／４５。在跨径较大时，靠近塔处梁高可增加，形成变截面。（５）矮塔斜拉桥的边跨与主跨比宜取０．５０、０．７６。（６）矮塔斜拉桥主梁上的无索区长度，索塔附近宜取０．１５’Ｏ．２０倍主跨跨径；中跨跨中宜取０．２０’０．３５倍中跨跨径；边跨部宜取０．２０。０．３５倍边跨跨径。（７）斜拉索可按体外索设计，容许应力可采用０．６０ｆｐｋ，在施工中可不作索力调整。。（８）斜拉索在索塔处宜布置为通过索，设置双套管或分丝管抗滑锚等类型的索鞍。（９）其他构造要求可参照其他斜拉桥和连续梁桥与连续刚构桥。１．２．２矮塔斜拉桥的受力特性矮塔斜拉桥是以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载，其整体刚度主要由梁体提供。斜拉索对梁起加劲、调整受力的作用，设置于塔顶的鞍座相当于斜拉索的转向点，一方面，通过水平方向的分力形成偏心弯矩来帮助梁体受力，起到预应力作用，另一方面，通过竖直方向的分力抵抗梁体的重力，起到斜拉桥索的作用。从矮塔斜拉桥的受力特性来看，矮塔斜拉桥具有如下特点：与梁式桥相比：（１）跨越能力较梁式桥大。由于斜拉索垂直分力提供了大量的正弯矩，而水平分力提供了有利的轴向压力，使得相同根部梁高的矮塔斜拉桥的跨径是梁式西南交通大学硕士研究生学位论文桥的２倍左右。（２）整个结构尤其是上部结构的减轻，抗地震能力得到加强。与斜拉桥相比：第３页（１）由于矮塔斜拉桥塔身矮、塔的刚度大，且主梁的抗弯刚度大，无需端锚索仍能保证全桥有充分的整体刚度。（２）矮塔斜拉桥主梁抗弯刚度较大，承担大部分竖向荷载，而斜拉索更像体外预应力对主梁起加劲作用。（３）与相同跨径的斜拉桥相比，矮塔斜拉桥的斜拉索长度短、垂度小，振动引起的次应力变幅小，具有更大的抗风振能力。（４）矮塔斜拉桥的斜拉索采用一次张拉到位，不进行后期索力的调整。（５）斜拉索应力变幅小，容许应力达到０．６Ｒ时仍不存在疲劳问题。（６）矮塔斜拉桥多采用塔梁墩固结的刚构体系以提高结构的整体刚度，同时也可以弥补一部分由于无端锚索引起的刚度损失。．（７）矮塔斜拉桥宜采用对称结构，以保证斜拉索的锚固和减小塔底不平衡弯矩。（８）由于矮塔斜拉桥塔矮和布索区短，主梁抗弯刚度大，可采用梁式桥的施工方法，而无需像斜拉桥那样采用大型的牵索挂篮，极大的方便了施工。１．３矮塔斜拉桥发展现状１．３．１．国外发展概况矮塔斜拉桥正在世界范围内兴起，矮塔斜拉桥最早由法国工程师Ｊ．Ｍａｔｈｉｖａｔ于１９８８年设计法国的ＡｒｒｅｔＤａｒｒｅ高架桥方案时提出。他的设计方案主要构思为：主跨ｌＯＯｍ的预应力混凝土箱梁和低塔相固结，斜拉索穿过低塔上的索鞍更像预应力混凝土的体外所而不像斜拉索，索鞍相当于体外索的转向点，这些索的拉力变幅和一般斜拉桥的拉索相比大大地减少，因而可以不考虑疲劳而提高容许拉力值，这些拉力对梁体除了提供水平压力外，其垂直分力还减小了梁的有效自重。只可惜这个方案后来没有付诸实施。矮塔斜拉桥的先驱为瑞士的Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ．Ｍｅｎｎ教授设计的跨越Ｇａｎｔｅｒ峡谷的甘特（Ｇａｎｔｅｒ）大桥，因其结西南交通大学硕士研究生学位论文构与瑞士群山完美结合、相互映衬受到广泛的赞誊。与此同时，Ｃｈｒｉ第４页ｓｔｉａｎ．Ｍｅｎｎ教授又设计了一座位于瑞士阿尔卑斯山渡假圣地Ｋｌｏｓｔｅｒ镇的Ｓｕｎｎｉｂｅｒｇ大桥．其跨径组合为５９＋１２８＋１４０＋１３４＋６５＝５２６ｍ，平面上位于Ｒ＝５００ｍ的曲线上，桥型空阔，与周围农村山谷田园风光相融合，４个竖琴式桥塔犹如４位婀娜多姿少女在翩翩起舞，与群山动静结合，在整体景色中不显突兀，给人以美不胜受的感觉，又能表现出现代技术的成就感，为渡假胜地增添了一处美妙绝伦的风景。幽１－２甘特（Ｏａｎｔｅｒ）人桥上世纪８０年代术９０年代初，同本在获得了ＡｒｒｅｔＤａｒｒｅ高架桥方案信息之后对这种桥型作了深入的研究，认为它在技术、经济两方而都有很多优点而积极发展这种桥型。具有代表意义的矮塔斜拉桥为日本的小开１原港桥，其于１９９０年西南交通大学硕士研究生学位论文第５页开始设计并于１９９４年建成，跨径组合为７４＋１２２＋７４＝２７０ｒａ，桥宽１９．９２—１３ｍ。其后在日本得到迅速发展，先后建成了具有代表性的冲原桥、蟹泽大桥、新唐柜大桥、木曾川大桥、揖斐川桥和栗东大桥等，至２００４年，在近１０年时间内，日本已建成了这种桥梁２０多座。桥梁跨度从初期的１２２ｍ发展至２７５Ｉｌｌ，桥宽从１３ｍ发展到３３ｍ；结构形式多样，由最初的单索面发展到双索面及三索面（如京川桥）：主梁材料从混凝土发展到钢一混组合粱（如木曾川桥）和波形钢腹板矮塔斜拉桥（如栗东桥）。图１．３小田原港桥矮塔斜拉桥集经济、美观、塔矮、粱刚、索集中、施工方便优点于一体引起了世界桥梁工程师的广泛关注。继甘特（Ｇａｎｔｅｒ）大桥之后，欧、美、亚其他国家也相继修建了矮塔斜拉桥，有墨西哥的帕帕加约（（Ｐａｐａｇａｙｏ）大桥、美国得克萨斯州的巴顿河（Ｂａｒ—ｔｏｎＣｒｅｅｋ）大桥、葡萄牙的索科雷多（Ｓｏｃｏｒｒｉｄｏｓ）大桥和法国跨越ＬｅｓＵｓｓｅｓ山谷的高架桥。菲律宾也于１９９９年建成了第二曼达一麦克坦大桥，其主跨为１８５ｍ，桥面宽２１ｍ；老挝也于２０００年建成了巴色桥，其跨度为１４３ｍ，桥宽１１．８ｍ。到目前为止，国外己成功修建和正在修建的矮塔斜拉桥近４０余座，其中主跨Ｌ＞ｌＯＯｍ的矮塔斜拉桥已达３０余座，见表卜１．可见其发展速度之快。西南交通大学硕士研究生学位论文国内已建或在建的矮塔斜拉桥（主跨≥ｌＯＯｍ）～览表桥名第６页表卜２所在国瑞士日本日本日本日本日本日本跨径组合（ｍ）５９＋１２８＋１４０＋１３４＋６５７４＋１２２＋７４６４．５＋２×１０５＋６４．２６５．４＋１８０＋７６．４６６．１＋１２０＋７２．１７４．１＋１４０＋６９．１９９．３＋１８０＋９９．３１１１．５＋１８５＋１１１．５１０９．３＋８９．３６０．８＋１０５＋６０．８７０＋１０２＋９×１２３＋１４３＋９１．５９４＋３×１４０＋９４１３３＋１３３８２＋２４７＋８２１５４＋４×２７１．５＋１５７１６０＋２×２７５＋１６０９０＋１３０＋８０．５７０＋１３０＋７０６５＋１２０＋６５８５＋５×１２５＋８５４３＋７５＋１０５＋１２６森尼贝格桥（Ｓｕｎｎｉｂｅｒｇ）小田原港桥（ＯｄａｗａｒａＰｏｒｔ）屋代南桥（Ｙａｓｈｉｒｏ）冲原桥（Ｔｓｕｋｕｈａｒａ）东唐柜新桥（Ｋａｒａｔｏ）西唐柜新桥（Ｋａｒａｔｏ）蟹泽桥（Ｋａｎｉｓａｗａ）第二曼达一麦克坦桥又喜纳大桥（Ｍａｔａｋｉｎａ）佐敷火桥（Ｓａｊｉｋａ）巴色桥（Ｐａｋｓｅ）土狩大桥（Ｓｈｉｎｋａｗａ）都田川桥（ＭｉｙａｌｋｏｄａＲｉｖｅｒ）菲律宾日本日本老挝日本日本帕劳友好桥揖斐川桥（ＩｂｉＲｉｖｅｒ）木曾川桥（ＫｉｓｏＲｉｖｅｒ）新川大桥（Ｓｈｉｎｋａｗａ）Ｋｅｏｎｇ—Ａｎ桥Ｐｙｕｎｇ—Ｙｅ０２Ｇｙｏ桥Ｇｕｍ－Ｇａ帕劳日本日本日本韩国韩国Ｇｒａｎｄ桥韩国法国ＶｉａｄｕｃｄｅｌａｒａｙｉｎｅｄｅｓＴｒｏｉＳ－ｂａｓｓｉｎｓ１．３．２．国内发展概况我国从上世纪９０年代中期开始关注世界矮塔斜拉桥的研究和发展，并且于１９９６年成功设计了一座颇为突出的矮塔斜拉桥一芜湖长江大桥。芜湖长江大桥是我国第一座矮塔斜拉桥，其跨度１８０＋３１２＋】８０＝６７２ｍ。采用双塔双索面漂浮体系，加劲桁采用板桁结合体系，钢桁梁双层桥面，高】３．５ｍ．塔高３４．４ｍ，为主跨长之０．１ｌ，于２０００年顺利建成通车。图Ｉ．５漳州战备大桥图１．６漳州战各太桥２国内己建或在建的矮塔斜拉桥（主跨＞二一ｌＯＯｍ）一览表桥名芜湖长征太桥漳州战备大桥小西湖黄河大桥常澄高速常州运河桥离石高架桥山西汾河桥潮白河大桥禹门口黄河大桥西辅桥禹门口黄河夫桥东辅桥惠青黄河公路大桥荷麻溪大桥开封黄河公路２桥嘉悦人桥广州沙湾大桥茜革ｋ江夫桥所在城市安傲芜湖福建漳州甘肃兰州江苏常州山西离石山西太原北京陕西韩城山两河津山东滨州ｒ尔珠海河南开封重庆广州四川泸州表１—２跨径组合１８０＋３１２＋１８０８０８＋１３２＋８０．８８１．６＋１３６＋８１．６７０．２＋１２０＋７０．２８５＋１３５＋８５９０＋１５０＋９１７２＋２×１２０＋７２７５＋２×１２５＋７５７５－２ｘ１２５＋７５１３３＋２２０＋１３３１２５＋２３０＋１２５８５－６×１４０４８５１４５＋２５０＋】４５１３７５＋２４８＊１３７５１２８＋２４８＋１２８福建漳州战备大桥是我国第一座真正意义的混凝土矮塔斜拉桥，河南开封黄河大桥（总长ｌＯｌＯｍ）是且前世界上桥跨最多、桥梁最长的矮塔斜拉桥。西南交通大学硕士研究生学位论文第９页１．４矮塔斜拉桥发展趋势近几十年来的桥梁结构逐步向轻巧、纤细、优美诸方面发展。随着桥梁施工技术水平的提高和施工工艺的逐步成熟，对混凝土收缩、徐变和温度变化等因素引起的附加内力研究的逐步深入和问题的解决，大跨径预应力体系桥梁已成为目前主要采用的桥梁结构体系之一。２０年来，矮塔斜拉桥集经济、美观、施工方便优点于一体获得巨大的发展，主桥跨径由小田原港桥的１２２ｍ发展到木曾川桥的２７５ｍ和芜湖长江大桥的３１２ｍ；桥面宽度由小田原港桥的１３ｍ发展到木曾川桥的３３ｍ。可以看出矮塔斜拉桥的发展趋势有以下几点：（１）跨径可进一步增大我国的跨径３１２ｍ的芜湖长江大桥和日本的跨径２７５ｍ的木曾川桥已经建成。我国相继提出了主跨３２０ｍ的广东伶仃洋联络工程横门东航道桥参选方案和主跨２５０ｍ的广州珠江特大桥比较方案，其桥型结构分别为１９０＋３２０＋１９０＝７００ｍ的混合梁矮塔斜拉桥和１３６＋２５０＋Ｉ３６＝５２２ｍ的高强轻质混凝土矮塔斜拉桥。如果采用钢箱梁、混合梁和组合梁主梁，其设计跨径可达４００ｍ左右。（２）上部结构轻型化和主梁材料多样化减轻主梁重量是桥梁设计的关键，不但可以减轻桥塔的负担，一切结构设计皆得以简化。影响上部结构轻型化的主要因素是主梁材料和截面高度。采用大吨位预应力体系、高强轻质混凝土、钢一混混合梁、钢一混组合梁不但可以减轻桥梁上部结构重量、优化主梁截面形式、还可以降低挂蓝的要求，从而减少材料用量，降低工程造价，缩短施工工期，如日本的木曾川桥主跨跨中采用ｌＯＯｍ钢箱梁，有效减轻了主梁重量。可见，上部结构轻型化也是未来矮塔斜拉桥的发展方向之一。（３）总体布局和结构体系多元化传统斜拉桥按照塔、梁、索之间的关系可以悬浮体系、支承体系、塔梁固结体系和刚构体系。从目前在建和已建的矮塔斜拉桥来看，其结构体系主要是塔梁固结体系和刚构体系。随着多塔斜拉桥的发展，主跨采用刚构体系边跨采用塔梁固结体系可以有效的减小混凝土收缩、徐变和温度变化等因素引起的附加内力，如北京潮白河大桥，其跨径组合为７２＋２×１２０＋７２＝３８４ｍ的三塔四跨矮塔西南交通大学硕士研究生学位论文第１０页斜拉桥，其中中跨采用塔、梁、墩固结的刚构体系而边跨为塔、梁固结梁底设支座的支承体系。可见，结构体系多元化是未来多塔矮塔斜拉桥的发展方向之一Ｏ（４）向多塔斜拉桥和曲线斜拉桥发展由于矮塔斜拉桥塔矮、梁刚，兼具梁式桥和传统斜拉桥的特点，与连续刚构桥相比，可以有效减小混凝土收缩、徐变和温度变化引起的附加内力，与传统斜拉桥相比矮塔斜拉桥具有更好的抗风和抗震性能。从表１－１和表１－２可以看出主跨Ｌ）ｌＯＯｍ的已建和在建的多塔矮塔斜拉桥有１５座之多。我国还相继提出了跨径组合分别为１２０＋１９０＋２１６＋１９０＋１２０＝８３６ｍ的济阳黄河大桥比较方案，和１１２＋２００＋２００＋１１２＝６２４ｍ的佛山富湾大桥参选方案以及同济大学李映等提出跨径为】５０＋３００＋３００＋１５０＝９００ｍ的某桥方案设计。可见，在４００ｍ以内，多塔矮塔斜拉桥比斜拉桥更具竞争力。近年来，随着我国高等级公路的大量修建，为了满足线型的需要以及行车的安全舒适，或在城市立交枢纽工程中，由于地形条件的限制而需设计成曲线桥。曲线矮塔斜拉桥由于主梁的抗弯、抗扭刚度较大，比传统曲线斜拉桥具有更好的抗弯扭能力，从美学角度讲又比曲线梁式桥更加美观、雄伟。１．５斜拉索的研究意义及发展现状无论在结构上或美学上，斜拉索都是斜拉桥的一个重要组成部分。斜拉索在用材型式、防腐、锚固、架设和张拉等施工方面的进步对斜拉桥的发展做出了重要贡献。早期在钢斜拉桥上所用的斜拉索，各国都有各自的特色。德国为封闭式旋扭钢缆，英国为螺旋形钢缆，日本为平行钢丝股索。随着斜拉桥跨度的不断增大，斜拉索数量及每索所含的钢缆股数必然也要增多，同时索力、锚固细节的复杂程度、以及斜拉索的架设难度等都会加大。密索斜拉桥的出现有助于解决上述的一些问题，同时也改善了美学景观以及缓和了维修（换索）的难度。与此同时，开发了几种适用于密索体系的斜拉索型式。这些斜拉索都具有高疲劳强度的锚头，并可避免或减少工地的防腐工作。预应力混凝土斜拉桥所用的斜拉索，出于预应力混凝土技术的背景，大都西南交通大学硕士研究生学位论文第１１页采用钢绞线、钢丝索或预应力钢筋。然而，有些预应力混凝土斜拉桥与钢斜拉桥一样，也采用封闭式旋扭钢缆或平行钢丝股索。许多预应力混凝土斜拉桥改进了张拉方法以及斜拉索所需的性能，例如疲劳强度和防腐能力。我国斜拉桥所用的斜拉索构造，除个别桥（如四川阿坝藏族自治州的金川曾达桥）采用由钢筋组成之外，一般均采用平行钢丝斜拉索和钢绞线斜拉索。对于矮塔斜拉桥，由于斜拉索在塔顶一般采用鞍座式结构，传统的平行钢丝斜拉索不能连续通过塔顶鞍座区，因此斜拉索一般只能采用钢绞线体系。１．６本论文研究的工程背景及主要研究内容１．６．１工程背景本文以泸州茜草长江大桥为工程背景。泸州茜草长江大桥位于泸州中心半岛及茜草组团中部，沱江汇入口上游约２．Ｏｋｍ处，西岸接江阳路，跨江后东岸接沙茜路，是泸州市城区综合交通规划中茜草组团进入中心半岛组团的跨江通道，是泸州市城市总体规划中的城市东西向交通主干道中跨越长江的重要节点工程。主桥为１２８＋２４８＋１２８＝５０４ｍ双塔双索面矮塔斜拉桥，边主比０．５１６。桥塔主体结构高２５ｍ，约为主跨的１／１０，加上装饰段桥面以上塔高共３１ｍ。主梁梁体采用预应力混凝土单箱四室截面，根部梁高９ｍ，约为主跨的１／２７．５５，跨中梁高３．８ｍ。斜拉索按扇形布置，角度从１３。－－－２３。不等，梁上水平间距８ｍ，塔上竖直间距１ｍ。桥塔及交界墩基础均采用钻孔灌注桩基础。图卜７主桥桥型布置图西南交通大学硕士研究生学位论文第１２页幽卜８主桥典型断面图１６２主要研究内容矮塔斜拉桥是一种结构性能优越、经济性能良好的新型桥梁结构形式。国内对于这种桥型的研究与应用起步较晚，许多重要问题有待进一步研究。本论文以茜草长江大桥为背景进行了以下几方面的工作：（１）回顾矮塔斜拉桥和斜拉索的发展及其研究现状。（２）系统介绍矮塔斜拉桥斜拉索的选材、锚固系统、防护、施工，换索等构造特征，并与常规斜拉桥进行对比分析（３）以营草长江大桥为背景对矮塔斜拉桥斜拉索的静力强度和疲劳强度进行分析研究。（４）对索梁锚固区、索塔锚固区及索鞍的抗滑移进行细部分析研究。（５）总结本论文的重要结论，对矮塔斜拉桥斜拉索的建设提出有益的建议，并对其发展前景进行了探讨。西南交通大学硕士研究生学位论文窘１３页第二章矮塔斜拉桥斜拉索的结构体系研究２．１斜拉索的选材斜拉索是矮塔斜拉桥的主要构件之一，必须具有高度的承载能力、稳定的高弹性模量、紧密的横截面、高疲劳强度、优越的防腐性能、易于操作和安装等特性。从斜拉索的发展情况来看，其种类大致可分为封闭式螺旋钢缆、螺旋钢缆、平行钢丝股索、平行钢丝索、超长节距索、螺旋形钢绞线索、平行钢绞线索、平行粗钢筋等８种类型，目前使用较多的有平行钢丝斜拉索和钢绞线斜拉索。我国初期斜拉桥以采用平行钢丝斜拉索为主。自上世纪９０年代后期，开始采用钢绞线斜拉索，但最近一些大桥又将原设计的钢绞线斜拉索改回为平行钢丝斜拉索。目前一些大跨径斜拉桥选用较多的还是整体安装的平行钢丝斜拉索，在特大跨径斜拉桥斜拉索的运输和架设安装能力有限时，可考虑分散安装的钢绞线斜拉索。１、平行钢丝斜拉索平行钢丝拉索上世纪８０年代中期开始在日本出现，同一时期国内桥梁工程者也研究出了完整的制造工艺并首次成功地运用于重庆交通学院人行天桥。通过近２０年的发展，其制造工艺、包装运输方法、架设技术已相当成熟。世界上主跨超过９００ｍ以上的斜拉桥（江苏苏通大桥、香港ＳＴＯＮＥＣＵＴＴＥＲＢＲＩＤＧＥ、日本多多罗大桥等）尽管单根拉索重量都超过６０ｔ，仍无～例外地采用了平行钢丝拉索。其特点如下：（１）拉索的制造全部在工厂内完成，制造工艺成熟，质量稳定可靠。（２）有完善的产品制造标准和有效的质量控制程序，每根拉索交付前的超张拉检验保证了成品拉索的安全使用。生产过程中可能出现的质量不利因素能得到有效控制。（３）采用的冷铸镦头锚锚固可靠，不存在锚固失效的可能。试验证明，钢丝采用环氧铁砂锚固时当长度大于１５倍钢丝直径时，张拉到破断荷载仍不能将钢丝拔出。西南交通大学硕士研究生学位论文第１４页（４）平行钢丝拉索产品在工厂内整体制造，索股内钢丝整体扭绞成索，钢丝受力均匀。（５）产品以成品方式提供，安装架设工艺简单．施工现场工作量小，能有效地缩短建设项目整体旌工工期。（６）平行钢丝拉索轴向刚度大，材料利用率高。（７）平行钢丝拉索相对于钢绞线拉索价格便宜。据不完全统计，在大型斜拉桥项目中，采用平行钢丝拉索比采用钢绞线拉索便宜２０％以上。（８）平行钢丝拉索采用热挤塑料包裹．索股内钢丝和外层ＰＥ护套紧密结合，不会产生钢绞线拉索外层ＰＥ管和内层绞线束之间的碰撞。鹾释謇篆监譬骂照笠鱼堕盟丝型世蛳Ｉ＼一图２一ｌ平行钢丝斜拉索结构坦塑壹墨塑兰窆垒堑自堕堡堕塑拇啦炷黑色ｒ｝曼巴｛０番｜茎｜２—２平行钢丝斜拉索断面２、钢绞线斜拉索钢绞线拉索采用光面钢绞线、镀锌钢绞线或环氧涂层钢绞线在工厂单股ＰＥ防护（有的环氧涂层钢绞线不需要ＰＥ防护），以半成品运输到桥梁工地现场后，经过单股穿过ＰＥ管编索后再整体张拉而成。其特点如下：（１）铜绂线拉索采用的钢绞线（１８６０ＭＰａ以上）比镀锌高强钢丝（］６７０ＭＰａ左西南交通大学硕士研究生学位论文右）强度高。钢绞线工作应力较高，能适当减少钢材使用数量。第１５页（２）在索体内，钢绞线拉索防护方式多样。在防护链不破坏的情况下，索股整体的保护还是很有效的。（３）钢绞线拉索采用现场成索方式，减少了大件、重件长距离运输。在特大跨径桥梁中，尤其是单索重五六十ｔ的桥梁中，钢绞线拉索分散运输、分散吊装以及单股穿索成束的方式能避免采用大吨位起吊运输设备。（４）在结构设计合理的情况下，钢绞线拉索可能比平行钢丝拉索换索更客易实施。图２—３钢绞线斜拉索构造图图２—４斜拉索断面图３、结论由于矮塔斜拉桥斜拉索一般采用贯穿式索鞍结构通过桥塔，而平行钢丝斜拉索一般采用在工厂内整体制造．锚固体系为冷铸镦头锚，不能穿过桥塔结构，所以矮塔斜拉桥一般采用钢绞线斜拉索。２．２斜拉索在主梁上的锚固矮塔斜拉桥在主梁上的锚固方式，除了和大跨度斜拉桥所采用的斜拉索与西南交通大学硕士研究生学位论文第１６页嚣帮营盘蟛洫逾长蘑危辞码吨旺串婷仲｜蝴ｍ：ｎ口ＮｔＥ…＿｝＝胂图２—５斜拉索在主粱上的锚阎方式图西南交通大学硕士研究生学位论文２第１７页３斜拉索在塔上的锚固斜拉索在主塔上的锚固方式可采用塔箱内对称锚固、塔侧交错锚固、横向排列交错锚固、横竖结合交错锚固，索鞍锚固等形式。大致可以分为三种锚固形式：分层式索鞍锚固、交叉锚固和钢锚箱锚固２３１分层式索鞍锚固目前分层式索鞍有双套管式索鞍和分丝管式索鞍两种，早期的矮塔斜拉谢大多都采用双套管式索鞍，而现阶段使用分丝管式索鞍的矮塔斜拉桥越来越多。１、双套管索鞍结构鞍座采用双重管（预埋管。内套管）的结构。外套管（预埋管）埋设＿丁塔内，内套管置于预埋管内，两端设锚固块，钢绞线斜拉索从内套管中穿过，对称锚固于两侧主梁上。双套管纵向采用圆弧形，外钢管预埋设于混凝土索塔内，内钢管置于外钢管内，内、外钢管壁密贴，拉索从内钢管集束穿过。在索塔两侧拉索处设置抗精锚头，内钢管及抗滑锚头内压注环氧树脂砂浆，使钢绞线束与内钢管、抗滑锚头固结为一体，防止拉索在鞍座内滑动，拉索的不均衡力可通过抗滑锚头直接传到索塔上。这种索鞍国外一直在使用，有些桥虽然做了一些修改，但变化不大，基本还是原方案。圈２—６漳州大桥般套管式棠鞍结构双套管式索鞍存在的不足：（”索过内管时容易打绞，施工存在一定的难度：西南交通大学硕士研究生学位论文第１８页（２）内管下层钢绞线在张拉完成后，会受到上面几根和侧面钢绞线的挤压，各根钢绞线受力不均，同时各钢绞线之间相互摩擦产生应力腐蚀，可能会导致钢绞线过早疲劳失效。（３）由于内管灌浆后的情况无法检查，钢绞线的防腐质量难于保证；（４）内外管设计由于接触面狭小带来了管下应力集中，有可能使混凝土开裂；（５）换索复杂：双套管设计是利用内外管在同曲率条件下，内管可以从外管中旋出的原理实现换索的。为此，在设计中要考虑在内外管之间留有足够的间隙（内外管的直径差）以方便安装和更换。而目前我国有些桥的内外套管最大间隙不足２ｃｍ，致使现场套入施工就比较费劲，如果考虑钢管加工偏差和在长期运营后内管的变形，要想使内管从外管中旋出将十分困难，给后期换索带来很大麻烦。２、分丝管式索鞍结构．针对内外管索鞍存在的问题，研究人员对索鞍进行了优化与改进，就是分丝管式索鞍。分丝管式索鞍部分由分丝管组焊而成，导向钢管根据梁端锚具空位来布置，斜拉索不是整束布置在同一管内，而是拉索中每一根钢绞线独立穿过对应的导向钢管，形成分离布置，互不干涉，并承受钢绞线由于单根张拉先后造成相互之间的挤压。从中部断面图中可以看出其是蜂窝状的，索鞍两端分别有两个抗滑锚，在锚固筒里灌注环氧砂浆实现其抗滑目的的。拉索的钢绞线间距较大，环氧树脂砂浆可以和每根钢绞线充分胶结、握裹，环氧树脂砂浆对锚头内的钢绞线起到防腐作用。分丝管式索鞍的特点：（１）由于索鞍内设置有可分丝的小钢管，容易穿索，施工非常便利。（２）一根无粘结钢绞线只通过一个小钢管，不存在相互挤压的问题，受力情况得到明显改善。（３）小钢管内的无粘结钢绞线不剥ＰＥ，拉索在索鞍里的防腐较好。（４）索鞍起到分散、均匀传递荷载作用，转向索鞍下部混凝土的应力分布比较均匀，无应力集中现象西南交通大学硕士研究生学位论文（５）换索及单根调索比较便利。第１９页图２—７茜草长江大桥分丝管式索鞍构造圈图２－８斜拉索索体构造圈擎氐图２＿９分丝管式索鞍三维示意图表２－１桥名芜湖长江大桥漳州战备大桥小西湖黄河大桥跨径组合１８０＋３１２＋１８０８０８＋１３２＋８０８２００３年，分丝管索鞍结构在兰州小西湖桥上首次获得使用，表２－１列出了国内一些矮塔斜拉桥索鞍的使用形式。索鞍形式分丝管双套管分丝管８１６＋１３６＋８１６７０２＋１２０＋７０２常澄高速常卅｜运河桥离石高架桥山西汾河桥禹门口黄河犬桥西辅桥禹门口黄河大桥东辅桥双套管分丝管双套管分丝管分丝管８５＋１３５＋８５９０＋１５０＋９１７５＋２×１２５＋７５１５＋２×１２５＋７５西南交通大学硕士研究生学位论文第２０页荷麻溪火桥１２５＋２３０＋１２５双套管广州沙湾大桥１３７．５＋２４８＋１３７．５分丝管茜草长江大桥１２８＋２４８＋１２８分丝管从表中可以看出，分丝管索鞍结构己经越来越多的得到桥梁设计者的认可，其设计、施工方法也在逐步的完善。２．３．２交叉式锚固在索塔上设置索鞍是大多数矮塔斜拉桥采用的方式。日本修建的矮塔斜拉桥也有采用斜拉索交叉锚固于索塔两侧的构造方法，并采用夹片式群锚体系，索塔混凝土处于受压状态，拉索拉力会对索塔产生一定的扭矩。此种构造比索鞍结构方式简单，日本的又喜纳大桥采用此种结构形式，称此结构型式为交叉式锚固。交叉式锚固是从斜拉桥索塔锚固方式借鉴而来的。该锚固构造一般使用于实心矩形截面塔柱，先在混凝土塔柱中预埋钢管，两侧拉索交叉穿过预埋钢管后锚固在钢管上端的钢板上，它利用塔壁实体上的锯齿形凹槽来锚固拉索，可在塔上张拉也可在梁的锚固端张拉索。、蜃餐》甚锸《ｋ电－、ｂ吣图２—１０交叉锚同示意图２．３．３锚箱式锚固重庆嘉悦大桥主桥斜拉索索塔锚固结构为钢锚箱，设置在上塔柱中，主要结构由侧拉板、端部侧压板、锚垫板、临时施工平台肋、外围剪力钉等组成。西南交通大学硕士研究生学位论文—笪兰１页其中侧面拉板主承担斜拉索水平拉力，端部侧压板与侧拉板一起构成箱体框架，剪力钉主要将斜拉索的力传递到锚箱上。斜拉索安装单位可根据需要再增加活动锚垫板。钢锚箱与混凝土索塔之间连接的主要依靠剪力钉与贯穿钢筋完成。图２—１１锚箱锚固立面｜芏｜幽２—１２锚箱锚圊断面幽２４斜拉索的防护斜拉索防腐问题，从斜拉桥诞生起就一直是人们关注的问题，脱胎于电线技术的热挤ＰＥ防护的方法至今已经历了二十余年的考验，至今还没有发现什么问题。为了提高斜拉索的耐久性，延长使用寿命，减少养护工作，在斜拉桥中对斜拉索的防护要加以重视，防护工作主要是防止斜拉索锈蚀，为此要求防护层有足够强度而不致开裂，有良好的附着性而不脱落，有良好的耐久性以延长使用寿命。ｌ、钢绞线斜拉索防护的一些方法由于斜拉索的构造不同，防护方法也有所不同，同时因为矮塔斜拉桥斜拉索大多采用钢绞线，所以这里仅说明平行钢绞线斜拉索防护采用的一些方法。（１）索体防护索体材料采用带ＰＥ环氧涂层钢绞线，ＰＥ层与钢绞线问涂专用油脂，如果在下料、挂索使用过程中发现ＰＥ有破损之处，立即用焊枪修补。索体外黑色ＰＥ圆管防护，成桥调索结束，并将减振器固定后．固定已预先套在管外的防水罩，与两端预埋管连接。（２）锚头内防护锚头内钢绞线由于挂索、张拉需要，两端ＰＥ需剥除，剥除段钢绞线必须进行有效防护．一般在锚具内注浆或注油防护。西南交通大学硕士研究生学位论文第２２页（３）其它防护整体张拉后，支承简外露部分、锚板、夹片等都涂上防腐油脂，而且支承简外露部分锚扳用封箱带缠绕密封。调索结束后，在锚具外安装保护罩，内注油对裸露钢绞线、夹片、锚板等进行防护。上、下锚箱内必须预设防水、防潮措施，下端锚垫板应设有排水槽。图２一１３斜拉索锚具部位的防护２、目前钢绞线斜拉索防护存在的一些问题目前的钢绞线拉索在索体部位铜丝采用了复杂的多层保护（包括镀锌、环氧涂层、钢丝间充油、多层ＰＥ等），但是在锚具部位的防护却存在较大的缺陷。虽然在锚具部位尤其是夹片夹齿部位，钢绞线的环氧（或ＰＥ）被祛除、ＰＥ被剥离后用涂抹油脂防护，从根本上形成了防护薄弱环节，但是，钢绞线拉索锚具的央片依靠夹齿受力，夹齿表面积大，其齿尖在油脂固化或流失的情况下，锈蚀无法避免，很容易导致锚固失效。２．５斜拉索的施工由于矮塔斜拉桥斜拉索在索塔上采用贯穿式通过，所以在塔顶的挂索工艺上与一般斜拉桥斜拉索的施工有一定的区别。其旌工过程如下：（１）制索一般情况下，矮塔斜拉桥斜拉索为镀锌钢绞线或环氧涂层钢绞线，按照设计长度在专业制索厂进行加工制作。（２）斜拉索的运输及放盘西南交通大学硕士研究生学位论文第２３页斜拉索在工厂制完后，成盘运至工地，通过栈桥运至墩位，利用塔吊将索盘吊之桥面的特制放盘架上。在桥面上铺设放盘的小车轨道，利用卷扬机牵引小车和索盘的转动，从索塔处向两侧放索。为保护斜拉索外包塑料不被擦伤，在桥面上铺设地毯和钢管。（３）斜拉索挂索桥面锚固处的挂索。在桥面锚孔处，设立人字扒杆，利用倒链起吊拉索锚固端，将锚固端钢绞线穿入锚固孔内，在梁下的操作平台上进行锚固。塔顶的挂索。Ａ、设置牵引系统牵引系统由塔旁５Ｔ卷扬机和循环钢丝绳、牵引绳和连接器、塔顶刚支架、塔外工作平台等组成。Ｂ、钢绞线的穿挂穿挂时，先将钢绞线塔端头经循环钢丝绳吊起至塔上对应管口，由牵引器从塔上锚板孔中穿入，装上夹片打紧。钢绞线的穿挂顺序：保证塔、梁端锚板孔按编号对应，按从锚板上到下、上游侧到下游侧的顺序逐根进行穿挂。（４）斜拉索的张拉斜拉索张拉采取先单根预张拉，然后整束张拉的方法进行。Ａ、单根钢绞线的张拉索鞍处钢绞线单根穿挂后，随即用手提式单孔连续千斤顶进行张拉和锚固，张拉力控制在１０％Ｏｋ或按照设计要求进行。Ｂ、整体张拉在单根钢绞线张拉并经紧索、及减震器安装后，还需对索股进行整体张拉，以达到设计要求的索力。在整体张拉开始前，对所有锚固夹片进行预压，保证工作夹片跟进的平整度。在夹片预压完成并用手提砂轮切割机切除锚头端的多余钢绞线后（预留３卜５０ＣＭ），安装锚垫板后的压板，以便有效的防止夹片松动。索力控制。整体张拉为拉锚式。整体张拉时，当油压表指针初动时以此时油表读数对应的张拉力作为整体张拉的初张力。以初始张拉力为起点，进行整体分级张拉，当索力达到设计要求时，旋紧锚具螺母，稳压３分钟后千斤顶回油，西南交通大学硕士研究生学位论文锚固完成。第２４页索力调整。该桥主梁采用悬臂法施工，在施工过程中的监测控制以梁体线形为主，索力控制为辅。所以当主梁施工至一段，出现控制点标高反常时，可配合采用调整索力的方法。（５）封锚在全桥合龙及索力调整符合设计要求后，对塔上张拉端和梁上锚固端群锚支承筒内压入环氧砂浆，进行锚固。２．６斜拉索的换索问题目前，由于种种原因，在主体结构的全生命周期内都还不能完全避免换索的可能。１、一些桥换索的原因近两三年来，一些斜拉桥的换索，已使桥梁工程ＯＮｉ＇Ｊ感到困惑，一些才通车２年多的桥也进入了换索的行列。综合近期换索和将要换索的一些桥梁并进行了分析，主要有以下原因：（１）早期索结构由于材料和制造工艺的原因导致防护失败。比如重庆石门大桥，索体采用硫化橡胶护套防护，硫化橡胶老化导致开裂是其防护失败的根本原因。广西南宁同沙大桥采用光面钢丝低密度ＰＥ防护拉索，低密度ＰＥ容易开裂加之施工过程中ＰＥ层己被严重损伤，尽管多次补索，但渗透到钢丝间的水分已经长期存在且外界空气和水分通过裂隙继续渗透，导致钢丝大量锈蚀，桥梁维护单位不得不决定近期全部换索。但是上述的材料已经不再使用，相信类似的情况会有根本转变。（２）拉索架设施工过程中的防护不当，导致拉索防护体系破坏，也是部分结构提前换索的原因。目前国内拉索制造经验已很成熟，其制造工艺、检测手段已相当完善。但在架设过程中由于重视程度或施工水平等原因，拉索在结构上的使用寿命却存在较大的差异。国内一些结构在施工过程中由于放索不考虑扭转、施工现场牵引及吊装不注意防护等原因，导致拉索挂伤、破裂甚至内部进水的现象也时有发生，最终导致拉索防护体系破坏而不得不提前换索。（３）夹片锚锈蚀和锚固失效导致索结构破坏。汉江某桥通车仅２年就出现西南交通大学硕士研究生学位论文第２５页结构安全隐患，检测发现，索结构中锚具部位的防护油脂完全固化开裂，夹片完全暴露在自然环境中已经严重锈蚀。夹齿位置的绞线锈蚀非常严重。安康蜀河某桥于２００４年换索，尽管锚具和导管部位全部压浆封锚，拆除过程中发现，封锚混凝土已经开裂，水分通过裂隙渗透到锚具部位，几乎所有的夹片和钢绞线都严重锈蚀，部分钢绞线内钢丝已经断裂。２、换索的可行性一些资料表明，相比平行钢丝斜拉索而言，钢绞线拉索换索比较容易，可以做到基本不影响交通。索鞍采用双套管的换索设计是利用内外管在同曲率条件下，内管可以从外管中旋出的原理实现换索的，为此，再设计中要考虑再内外管之间留有足够的间隙以方便安装和更换。而分丝管的设计是斜拉索中每一根钢绞线独立穿过对应的导向钢管，所以如果设计的合理，理论上是可以实现单根钢绞线的换索。但是考虑到钢绞线拉索锚具部位防护薄弱和斜拉索滑移等因素，一些设计者不得不在锚具位置做灌浆封锚处理，这就导致单根绞线抽取换索不可能实现，甚至整索拆换都非常困难。２．７本章小结本章主要对矮塔斜拉桥斜拉索的结构体系进行了系统的研究，主要结论如下：（１）目前我国大多数斜拉桥采用平行钢绞线斜拉索，尤其在大跨度斜拉桥中。相比钢绞线斜拉索，平行钢绞线斜拉索可以说更加稳定可靠和安装的方便快捷，但是由于矮塔斜拉桥特殊的索鞍结构，一般情况下均采用钢绞线斜拉索。（２）斜拉索在桥塔上的锚固方式是区别矮塔斜拉桥和一般斜拉桥的重要特征之一，大致可以分为三种：分层式索鞍锚固、交叉锚固和钢锚箱锚固。每种方式的选择都需要考虑拉索的布置、索塔构造、拉索锚具的型式、拉索索力的大小、拉索的张拉工具与方法、索塔的结构材料等因素。（３）虽然钢绞线拉索在索体部位采用了复杂的多层保护，但是在锚具部位的防护仍然存在很大的问题，需要进一步的优化和研究。（４）由于矮塔斜拉桥索鞍处的特殊结构，斜拉索的施工也与一般斜拉桥略有不同。在桥塔处，需要用牵引器将每根斜拉索对穿入对应的分丝管管道。西南交通大学硕士研究生学位论文第２６页第三章矮塔斜拉桥斜拉索的受力性能研究矮塔斜拉桥结构体系兼具连续梁（刚构）桥与常规斜拉桥的特性，且又独具特点，特殊的桥型结构决定了矮塔斜拉桥具有自身的力学行为特点。斜拉索是矮塔斜拉桥的重要支撑构件，它承受着桥粱的恒载、活载及其谴可变荷载和偶然荷载的作用，活载又会引起披索轴向拉应力的变化，产生应力幅，对斜拉索产生疲劳破坏。所以斜拉索需满足荷载的静力强度要求和活载引趁的疲劳强度要求，本章以茜孳长江大桥为背景对上述逶种强度应分别进行分析验算。３．１矮塔斜拉桥的静力分析３．１．１模型的建立本论文应用全桥组合有限元分析的技术思想，应用有限元程序Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ所提供的前处理模块建立了矮塔斜拉桥空闻结构分析计算模型。模型采用Ｍｉｄａｓ．／Ｃｉｖｉｌ软件现有的有限元单元类型来建立，通过把各种单元类型组合起来，形成统一的全桥分析模型。然后再施加所要求的设计荷载，分为不同工况，进行全桥范围内的计算与分析。全桥模型共计３１３个节点，３１７个单元。在建模过程中，根据各构件的形式及受力特点，共采用三种单元：一般梁单元、索单元、弹性连接单元。这三种单元简述如下：（１）一般粱单元可承受拉力、压力、剪力、扭矩及弯矩的作用，每个节点有６个自由度。模型中对应的构件有：主塔、混凝土粱。（２）索单元可承受轴向拉力，用来模拟弹性悬索结构，每个节点有三个平动自由度。模型中对应的构件有：斜拉索。（３）弹性连接可以充分反映连接两个节点的单元睡《度，其具有三个轴向位移刚度值和三个沿轴旋转的转熊刚度值。在模型中用来模拟混凝土梁稠斜拉索的连接。西南交通大学硕士研究生学位论文第２７页图３－１整体模型图３．１．２静力分析结果矮塔斜拉桥是以粱的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载，其整体刚度主要由梁体提供。斜拉索对主梁的作用体现在两个方面：一方面，通过水平方向的分力形成偏心弯矩柬帮助梁体受力，起至４预应力作用，另一方面，通过竖直方向的分力抵抗梁体的重力，起到斜拉桥索的作用，有别于一般的斜拉桥。根据茜草长江大桥的整体计算，结果如下：ｌ、主粱的计算结果酗３－２土梁上缘戍力图监蒸藏鬻喜豁西南交通大学硕士研究生学位论文第２８页一；嚣￡篙口；鳓图３－３主粱下缘应力图２、斜拉索的计算结果≮一一ｕ嘭荔雾莎遥慧≯、、、【：一竺茎至鬲畿一图３－４斜拉索应力图著蒸蒸量静一３、结果分析从上述的计算结果可以看出，除了０号块的上缘出现拉应力外，其他截面均处于受压状态，压应力分布较均匀，大部分截面都在ｌＯＭｐａ左右，满足规范要求。斜拉索的应力最大值出现在ＣＩＯ斜拉索，其值为１０７８Ｍｐａ，最少值为９６０Ｍｐａ，都在设计规范允许值范围内。数据显示，该桥结构体系合理，计算指标均满足规范要求。西南交通大学硕士研究生学位论文第２９页３．２斜拉索的静力强度分析矮塔斜拉桥斜拉索和一般斜拉桥斜拉索在受力上的不同之处就在于两者的容许应力或者安全系数不一样。根据茜草长江大桥的全桥模型计算得出边跨与中跨斜拉索的最大索力，如表：表３－１拉索编号Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｃ４索力（Ｍｐａ）９６０．９９６８．７９７７．１拉索编号Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｃ４中Ｃ５跨Ｃ６Ｃ７Ｃ８Ｃ９ＣＩＯ索力（Ｍｐａ）９６２．０９７２．０９８２．３９９５．６ｌ００６．９１０１７．２１０２８．５１０４２．８１０５８．３１０６４．５９８８．７９９９．４边Ｃ５跨Ｃ６Ｃ７Ｃ８Ｃ９Ｃ１０１０１１．５１０２６．３１０４４．９１０６５．６１０７８．０由表中数据得出，该桥斜拉索的最大设计应力为１０７８Ｍｐａ，即０．５８ｆｐｋ，安全系数为１．７２５。我国０７年颁布的《公路斜拉桥设计细则》中明确矮塔斜拉桥斜拉索的容许应力为０．６ｆｐｋ。可以看出该桥的斜拉索应力小于规范的０．６ｆｐｋ，即１１１６ＩＶｉｐａ，因此满足规范要求。而一般斜拉桥斜拉索的容许应力为０．４ｆｐｋ，与矮塔斜拉桥相差较大，主要是由于矮塔斜拉桥桥塔高度较低，斜拉索的竖向倾角较小，斜拉索承担的竖向荷载相对较小，同时梁体刚度较大，活载引起的应力幅也相对减小，所以不必具有斜拉桥斜拉索那样大的抗疲劳强度，适当提高斜拉索的应力上限则斜拉索的抗疲劳强度随之降低，也就是说用适度牺牲拉索的抗疲劳强度应力幅来换取应力上限，即静力强度的提高。３．３斜拉索的疲劳强度分析西南交通大学硕士研究生学位论文第３０页３．３．１引起斜拉索疲劳的原因在疲劳问题上斜拉桥除了斜拉索之外和其他形式的桥梁没有太大的区别，因此，可以说斜拉桥在疲劳方面的特殊问题只是斜拉索。众所周知，斜拉索疲劳受斜拉索应力振幅控制，斜拉索应力的变化原因主要有以下三个方面：（１）车辆及人群等活载引起的斜拉索轴力变化。（２）在上述斜拉索轴力变化产生的同时，随之产生的斜拉索垂度变化使斜拉索产生挠曲应力，另外斜拉索在梁上的锚固节点的变化（挠度与角度）使斜拉索倾角发生变化而引起挠曲应力。（３）风致振动使斜拉索产生的挠曲应力。通常（１）是引起斜拉索应力变化的最主要原因。３．３．２疲劳荷载的确定在计算疲劳强度之前，要确定疲劳荷载。对于铁路桥梁，我国铁路规范有明确的规定：疲劳组合包括设计荷载中的恒载加活载（包括冲击力、离心力，但不考虑活载发展系数），因为强度验算和疲劳验算的活载强度和加载频率比较接近。公路桥梁，我国规范未对疲劳荷载作明确的规定。普遍认为，验算结构的疲劳作用时，不能采用规范中所列的设计荷载，因为在桥梁的使用期内，这些最大荷载要出现的话也只有很少几次，德国铁路桥梁以设计荷载的１００％作为疲劳荷载，公路桥梁以设计荷载的５０％作为疲劳荷载，仍显偏大。美国的实测研究表明，一般情况下，公路桥梁荷载仅为设计荷载的１３％，特殊情况下可达３７％；美国实际是以轴重为（３５＋１４５＋１４５）ＫＮ的车辆荷载作为疲劳计算荷载。交通部于１９９０年在全国４条有代表性的国道干线上，进行了正常使用状态下的汽车荷载调查，统计分析表明：一般运行状态下，汽车活载效应实测统计值仅为设计标准活载效应的３０％；密集运行状态下，汽车活载效应实测统计值仅为设计标准活载效应的５５％。因此，直接采用公路桥梁规范规定的设计活载作为疲劳活载是不符合实际情况的。一般认为，可以偏安全地取设计荷载的６０％作为疲劳设计荷载。西南交通大学硕士研究生学位论文第３１页３．３．３斜拉索疲劳强度的确定斜拉索的抗疲劳强度应由疲劳试验获得，因疲劳试验费时费力，是一项庞大的试验研究工作，我国现无系统、完善、权威的斜拉索疲劳试验数据，更没有总结出斜拉索的抗疲劳强度计算公式，这些都给设计人员带来很大的盲目性。而美国工程师协会斜拉桥委员会于１９９０年颁布的《斜拉桥设计指南》中给出的拉索及拉索组成材料的疲劳试验数据系统全面，反映了材料本身的抗疲劳性能，可作为我们设计斜拉索的依据。美国工程师协会斜拉桥委员会在１９９０年版的《斜拉桥设计指南》对拉索的疲劳作了详细的描述。该指南对疲劳应力幅的定义如下：△仃＝ａＦｙ式中：％＝‰一‰，听：试验确定的疲劳强度，７：安全系数，可取１．２５’１．５。其引用的Ｗｏｈｌｅｒ曲线和Ｓｍｉｔｈ图如下。‘＼、、单根－般绂与■农饵太、乏、～１焉＼卜一掣‘！岸。、～吒。＿ｏ．捌一ａ■－０４１Ｐ＼、√＼＼、、Ｏ二邮．Ｓ：厅平均应，Ｊ“，枷～图３—５Ｗｏｈｌｅｒ曲线图３－６Ｓｍｉｔｈ图由Ｗｏｈｌｅｒ曲线和Ｓｍｉｔｈ图可以求得钢绞线斜拉索在应力上限值为０．６ｆｐｋ时的设计容许幅值为２１２．２Ｍｐａ，在考虑安全系数和锚固应力之后，可得设计容许疲劳应力幅为：１０７Ｍｐａ。根据茜草长江大桥的整体计算，活载应力幅如下：西南交通大学硕士研究生学位论文表３－２边跨拉索编号Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｃ４Ｃ５Ｃ６Ｃ７Ｃ８Ｃ９Ｃ１００第３２页中跨０ｍａＸｍｌｎ应力幅１６．４１６．１１５．７１５．２１４．８１５．１１５．７１７．０１９．３２２．５拉索编号Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｃ４Ｃ５Ｃ６Ｃ７Ｃ８Ｃ９Ｃ１０ＯｍａＸ０ｍｌｎ应力幅１４．８１７．０１９．Ｏ２０．７２２．２２３．４２４．４２５．２２５．７２６．０１５．４．１．０．０．７．０．５－０．３－ｏ．３－０．６．１．２．２．２．３．８．６．Ｏ１４．６１６．５１８－ｌ１９．４２０．４２１．１２１．６２１．７２１．６２１．１一ｏ．２—０．５１５．４１５．３１４．９１４．５１４．５１４．６１４．９１５．５１６．５旬．９．１．３．１．８．２．３．２．８．３．４４．１＿４．９由上述表中的数据可知，茜草长江大桥斜拉索的活载应力幅为１４．８’２６．０２＿间。大量的数据表明，矮塔斜拉桥的活载应力幅是一般斜拉桥的１／４’１／３，日本的矮塔斜拉桥活载应力幅大都在５０Ｍｐａ，少数达至Ｕ３０Ｍｐａ，小田原港桥为３８．２Ｍｐａ，冲原桥为３７．３Ｍｐａ，Ｍａｔａｋｉｎａ桥为２９ＭＰａ。国内矮塔斜拉桥中，漳卅Ｉ战备大桥为４２Ｍｐａ，兰州小西湖黄河大桥为８４．５Ｍｐａ，吴淞江大桥为３４．７Ｍｐａ。茜草长江大桥的活载应力幅和上述一些矮塔斜拉桥活载应力幅的数值都远远小于１０７ＭＰａ，如果计入由于车辆荷载、风载、温变等所致的拉索垂度变化和梁的挠曲等引起的索弯曲次应力，斜拉索的疲劳应力幅会有所增加。但总体来说，斜拉索容许应力采用０．６ｆｐｋ疲劳寿命是不成问题的。由于我国现在对斜拉索疲劳强度的确定还没有统一的规范，所以关于斜拉索的疲劳作用问题应进一步加强研究，向疲劳可靠度方向发展。因此，应加强对我国现有公路桥梁正常使用状态下的荷载状况研究或实际应力监测，建立斜拉索的荷载应力幅，对拉索材料应进行大量的疲劳试验，通过疲劳强度理论和可靠度理论来研究斜拉索的疲劳问题。３．４本章小结西南交通大学硕士研究生学位论文第３３页本章运用Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ有限元程序，对茜草长江大桥进行整体静力分析，研究了矮塔斜拉桥斜拉索的静力强度和疲劳强度。矮塔斜拉桥斜拉索和一般斜拉桥斜拉索在受力上不同就在于两者的容许应力不同，矮塔斜拉桥为０．６ｆｐｋ，一般斜拉桥为０．４ｆｐｋ。而容许应力是由疲劳计算的结果所决定的，疲劳强度最终反应在斜拉索的应力幅值上，根据茜草长江大桥应力幅的计算和国内外其他矮塔斜拉桥应力幅数据表明，矮塔斜拉桥的应力幅值是一般斜拉桥的１／４’１／３，所以矮塔斜拉桥斜拉索提高其容许应力，也就是说用适度牺牲拉索的抗疲劳强度应力幅来换取应力上限，即静力强度的提高。西南交通大学硕士研究生学位论文‘第３４页第四章矮塔斜拉桥斜拉索锚固块的局部受力研究矮塔斜拉桥主梁锚固区和桥塔锚固区结构复杂，在斜拉索的作用下，混凝土受力也非常复杂。本章以茜草长江大桥为背景，利用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ，对矮塔斜拉桥斜拉索主梁锚固区和桥塔锚固区进行仿真分析，研究在斜拉索作用下混凝土的应力分布。４．１斜拉索与主梁锚固区的有限元分析４．１．１主梁锚固区有限元模型的建立采用有限元程序（Ａｎｓｙｓ有限元程序）对锚固区进行建模分析，计算模型顺桥方向总长为：（６＋０．３＋６）ｍ＝１２．３ｍ。横桥方向取梁宽的一半，即：１７ｍ。混凝土采用ＳＯＩＬＤ４５单元，具体模型如图所示，模型共计４９６４４个单元，１３６２９个节点。模型不考虑预应力。ｘ表示纵桥向，Ｙ表示竖桥向，Ｚ表示横桥向。１、模型简化该锚固构造处是有纵向、横向、竖向预应力的，考虑到我们研究的目的是为了研究斜拉索作用在的锚固块上巨大的力的传递方式，所以模型中没有考虑预应力对锚固块的作用，该计算模型荷载只施加了斜拉索作用在锚固块上的力。２、边界条件在计算模型中近塔的方向末端约束了梁顺桥方向的位移和竖向位移；远塔方向末端约束了梁竖向位移；横桥方向在梁的横向对称面上施加了对称约束条件。３、对斜拉索作用力的处理取承载能力极限状态下，单根斜拉索最大轴力９６００ｋＮ作为计算荷载。将索力以面荷载的形式加载到锚块上。西南交通大学硕士研究生学位论文第３５页圈４—１主粱锚固模型图｜生｜４—２主梁锚同模型图２４１２主粱锚固区有限元计算结果以下钢锚箱的计算结果，主要给出了锚固块部分的最大拉应力和最大压应力，应力单位均为ｋＰａ，且拉为正，压为负。ｌ、主梁锚固块顺桥向应力云图图４—３顺桥向应力云图ｌ图４—４顺桥向应力云图２２、主梁锚固块竖向应力云图幽４—５竖向应力云图Ｊ璺｜４—６竖向麻力云图２３、主粱锚固块横桥向应力云图图４—７横桥向应力云图１图４－８横桥向应力云图１４、主粱锚固块最大主拉应力云图幽４～９最大主拉应力云图１蚓４－１０晟人主拉应力云｜簦｜２综合以上的应力云图，斜拉索与主梁锚固区顺桥向最大拉应力为４．２ＭＰａ出现在锚块跟顶板连接处；最大竖向拉应力为５．４ＭＰａ，出现在锚块跟顶板连接处；横桥向的最大拉应力为２．９６ＭＰａ，出现在锚块与边腹板相连处。最大主拉应力为７．３６ＭＰａ，出现在锚块与顶板连接处。应力云图说明，锚块与顶板和腹板的连接处是应力集中的地方。虽然各个方向的拉应力值已经超出了设计允许范围，但在设计中此处还有纵向，横向和竖向预应力，以及钢筋加强网片等，所以这个应力值只能反映斜拉索作用下锚固区的一种传力方式，不能代表实际主梁锚固区的应力大小。针对主梁锚固块处的应力集中，建议采用以下几种措施：（１）适当增加主梁斜拉索锚固端附近边腹板的竖向预应力筋（竖向预应力高强钢筋相对容易失效）；（２）将横隔板内横向预应力的锚固点提高到斜拉索锚固楔形块以上；（３）适当增加楔形块高度，（４）适当增加楔形块下面的横隔板局部厚度，（５）在预埋管周围布置锚下加强钢筋网片。４．２斜拉索与索塔锚固区的有限元分析索塔锚固区是矮塔斜拉桥的重要组成部分，它既有别于斜拉桥的塔上锚固区，也有别于悬索桥的塔顶鞍座，有其独特的构造与设计要求，所以对索鞍的分析研究是非常有必要的。４．１．１索塔锚固区索力转换的理论依据采用有限元程序（Ａｎｓｙｓ有限元程序）对锚固区进行三维有限元分析，模型选择Ｃ１斜拉索对应的索塔锚固区。１、模型简化该锚固构造处是竖向预应力的，考虑到我们研究的目的是为了研究斜拉索作用在的锚固块上巨大的力的传递方式，所以模型中没有考虑预应力对锚固块的作用，该计算模型荷载只施加了斜拉索作用在锚固块上的力。２、边界条件在计算模型中，模型底部采用全部固结的约束方式。３、对斜拉索作用力的处理取承载能力极限状态下，单根斜拉索最大轴力９６００ｋＮ作为计算荷载。将索力转化为纵桥向和横桥向分别施加在作用面上。以下为索力转换的方法及过程：（１）沿孔道纵向的索力转换在进行有限元分析加载时，首先要确定索鞍圆弧外管内侧法向压力ｑ，法向力由桥塔两侧斜拉索作用于预埋钢管，并由此传向混凝土。按图做平面分析，取一微元体，该微元体法向力为ｑ?ｄｓ，相应竖向分量为ｑｄｓ?ＯＯＳ０，对整个索孔圆弧法向力竖向分量求和，可得：肛２工口１９础?ｃＯＳＯ＝Ｐ?ｓｉｎｉｘ２＋Ｐ?ｓｉｎ０５，工口ｌｑ?ｃｏｓＯ?尺?ｄＯ＝尸?ｓｉｎｏｆ＿２＋Ｐ?ｓｉｎａ＇ｌ可得Ｐ＝ｑ?Ｒ，ｑ＝Ｐ／Ｒ＼一２（Ｐ为施工阶段最大索力）（１）／Ｐ砭≯、Ｒ／Ｐ趣√ｆ／图４—１ｌ内侧法向力计算简图（２）沿孔道横截面上的索力转换假设压力沿着钢管横截面（１３５。圆心角包围的截面）也沿二次抛物线分布，其中各个横截面压力的积分值为根据式（１）求出的钢管纵向位置对应点的总压力Ｐ，钢管的半径为０．１３９６ｍ，假设在一３Ⅱ／８和３丌／８位置处横截面上孔道索压力为０。设索压力沿着钢管横截面方向的分布为：ｆ＝ａｌ（ｒ０）２＋ｂ１（一３兀／８≤３Ⅱ／８）（２）西南交通大学硕士研究生学位论文第４２页图４—１２索力沿钢管横截面分布示意图ｅ≥。ｓ∞ｌｒ２０２＋ｂ１）ｒｄＯ＝ｑ［ａｌｒ２８ｚ＋６１Ｐ＝０根据（３）和（４）式代入参数，计算得出ａ１＝－９８．６Ｐｂｌ＝２．６８Ｐ（３）（４）（５）将（５）式代入（１）式得ｆ＝一１７８７０ｒ２＋２４９２４（６）（６）式即为索力沿着钢管横截面方向的分布函数根据索力沿钢管纵向和横向上的分布情况，分别对索鞍进行加载。４．１．１索塔锚固区有限元模型的建立该模型首先根据桥塔外形建立一个体，再经过多次拖拉和中间切割，形成整体几何模型，然后进行网格划分，形成最终的有限元模型。有限元单元的采用形式分别为：混凝土用２０节点的Ｓｏｌｉｄ９５单元，钢套筒用Ｓｈｅｌｌ６３单元，其中Ｓｏｌｉｄ９５单元总数为７５８９个，Ｓｈｅｌｌ６３单元总数为５７９１４个，节点共有７６２０４个。ｘ表示纵桥向，Ｙ表示竖桥向，Ｚ表示横桥向。模型如下所示：西南交通大学硕士研究生学位论文第４３页｜芏｜４—１３索鞍模型图蚓４—１４索鞍同格划分圈４．１．２索塔锚固区有限元计算结果以下钢锚箱的计算结果，主要给Ｈｊ了锚固块部分的最大拉应力和最大压应力，应力单位均为Ｐａ，且拉为证，压为负。西南交通大学硕士研究生学位论文１、索塔锚固区钢套管主拉应力云图第“页图４—１５铜套管主拉应力云图ｌ凹４—１６钢套管主拉应力云幽２２、索塔锚固区钢套管主压应力云图西南交通大学硕士研究生学位论文第４５页图４—１７钢套管主压应力云图１幽４—１８钢套管主压应力云｜鳘｜２３、索塔锚周区混凝土主拉应力云图百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网,您的在线图书馆
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