小龙湾大桥结构设计与结构参数研究（论文）.pdf

·120 · 1 工程概况 小龙湾大桥结构设计为双塔双索面自锚式悬索桥，其跨 径组合为 4 4+96+44 （m），桥梁总宽度 3 4.5 m ，横向采用双预 应力混凝土箱梁并排布设，单个箱梁采用单箱三室截面设计， 整个加劲梁为纵横向预应力结构体系，主梁变高，其变化范围 为 1.74 ~2.0 m 。桥塔设计采用双塔柱与横向系梁相结合的结构 体系，桥塔总高度为 3 5.4 m ，桥塔桥面以上净高为 2 2.6 m ，桥 塔塔身采用变截面钢筋混凝土结构形式，塔身标准截面处尺 寸为1 .8 m×2.8 m ，横向系梁采用预应力混凝土结构保证桥塔 横向联系。小龙湾大桥在横向对称布设主缆 2根，主缆横向间 距为 1 8 m ，纵向则沿桥跨整体布置，主缆矢跨比为 1 /5.5 。主 缆与主梁间设置吊索，吊索间距为5 m。大桥整体桥型布置如 图1所示。 4 400 4 400 3 450 38.229 2.307 主桥18 400 9 600 （a） （b） 图1 小龙湾大桥桥型布置示意 （a）整体示意；（b）剖面图 2 合理成桥状态确定方法及设计参数比选 2.1 midas Civil ?M f? 小龙湾戴奥桥梁结构采用 m idas Civil 建立有限元空间三 维计算模型，对并排布置的双箱梁进行分别模拟以充分体现真 实的结构状态，箱梁之间通过虚拟横梁联系模拟。采用只受 拉索单元模拟主缆和吊索构件单元，采用梁单元模拟主梁及 主塔构件单元。 2.2 ? 8N?q _?G?? 小龙湾大桥设计时采用综合算法明确成桥下的合理状态， 该计算方法将非线性有限元计算程序和悬索桥的缆索系统解 析程序充分有效结合，选取适宜的设计变量、目标函数、状 态变量，通过优化后的算法计算获取成桥状态，运用结构应 力平整法对成桥状态实现校核调整优化，以获得合理成桥状 态，其计算流程如下。 （1）根据桥跨、梁塔参数、二恒集度、成桥结构状态等 条件，建立分析模型。锚点与辅助位置设弹性竖向支承，得 到吊索下锚固点位置反力，将其作为初阶索力。若仅是在吊 索处设竖向支承，会导致反力结果不合理，因此必须按吊索 位置及力学概念设置临时辅助竖向约束，以获得吊索处的反 力值与承担梁段重接近。设置弹性支承时，须调整弹性刚度 系数，进一步调整缆索体系刚度，确保桥塔、主梁及缆索体 系刚度比例合理。 （2）将吊索力初阶值、桥梁矢跨比、锚固点、吊索夹重 量及主缆集度等参数输入缆索解析程序中，获得主缆锚固点 处对应主梁力，将主梁力添加到弹性支承结构模型中返回首 部操作，计算吊索下锚固点处的反力，以此获得反力收敛。 （3）将收敛索力输入缆索解析程序，计算主缆初始线形 坐标、各索段内力。 （4）将主缆坐标及内力输入到模型中，建立整体模型， 且引入温度刚臂消除主塔、主梁压缩量。成桥状态下，主缆 内力会改变主梁、主塔压缩、锚固点位置，从而改变主缆坐 标与内力。计算线形时，须充分考虑压缩对内力和线形的影 响，并将压缩量设在主梁主塔上。温度刚臂刚度大、无质量、 温度线膨胀，通过刚臂可传递连接节点内力。通过调整温度， 消除主缆内力对塔梁结构压缩的影响。 （5）将成桥吊索力设为设计变量，并且作为优化目标函 数与约束条件，通过零阶优化法获取粗略解，再运用一阶优 ［摘 要］ YN? ?' L?r??s??]???， ?midas Civil ? 8(?n????M??GN?? 8q _， ??rA O?堵， s?即 ?亦?? c?/??、 ? S:g、 L??? r????凹??*， *???????， l tr?????<??。 ［关键词］ r??；N?q _ ；r?? ［中图分类号］ TU 74 ；U 442.5bbbbb ［文献标志码］ Abbbbb ［文章编号