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拉索布置和索力优化技巧

【摘要】:赤峰桥主梁为弯梁,桥面拉索索力对钢箱梁产生竖直面内、顺桥向、横桥向3 个方向的力,结构传力复杂,因此拉索布置与索力的优化调整研究十分重要。图5-28桥面拉索布置其次,拉索索力的调整和控制决定桥塔的受力性能。调整拉索索力时,使得桥塔在设计恒载和一半车辆荷载作用下左右两侧应力相等。调整拉索拉力时,应注意减小桥塔受扭。

赤峰桥主梁为弯梁,桥面拉索索力对钢箱梁产生竖直面内、顺桥向、横桥向3 个方向的力,结构传力复杂,因此拉索布置与索力的优化调整研究十分重要。

5.3.6.1 桥面拉索布置

考虑桥梁横桥向宽度及全桥总体景观效果等因素,赤峰桥采用稀索体系结构。拉索顺桥向间距为23 m,横桥向间距为26~28 m,主塔后布置四根后背索。为了方便拉索的张拉和后续更换,桥面拉索和后背索均采用可单根张拉和单根抽换的拉索形式。

桥面拉索穿过钢箱梁,通过钢锚箱锚固于箱梁底板下,其固定端设置于主塔顶部锚固段,张拉端设置在钢箱梁底部。四根后背索张拉端设置于主塔顶部,在锚碇承台顶面利用分索装置将一根索分成四根索,穿过承台锚固于其底面。桥面拉索布置如图5 -28 所示。

首先,索力调整是钢箱梁受力性能及其线形控制的关键性因素。在调整索力时,应使同一墩位处的两根索的竖向分力相等,以减小主梁的扭矩;增加主跨跨中位置拉索的拉力和弹性支撑刚度,以加强拉索对梁跨线形的有效控制和支撑;应注意弯梁效应的影响,防止主梁外弧侧明显高于内弧侧,因而增加桥梁调索的难度。

图5-28 桥面拉索布置

其次,拉索索力的调整和控制决定桥塔的受力性能。桥塔两侧的跨度不同,为了降低桥塔在设计恒载下的面外弯矩,在调整索力时,应适当降低主跨边索的拉力,适当增加边跨边索的拉力,同时在边跨两个墩位处使用压重等手段,使得主跨拉索水平分力合力与边跨水平分力合力一致。调整拉索索力时,使得桥塔在设计恒载和一半车辆荷载作用下左右两侧应力相等。对整个拉索体系,应增加背索拉力以降低桥塔横桥向弯矩,同时在桥塔背索侧配置预应力钢筋,使得在设计恒载和一半车辆荷载作用下前后两侧应力一致。调整拉索拉力时,应注意减小桥塔受扭。总之,在调整和控制拉索拉力时,应使得桥塔在设计荷载和配置的预应力钢筋共同作用下接近轴心受压构件。

5.3.6.2 温度效应分析

温差效应可归纳为年温度变化、日照和降温等3 个方面。年温差是指常年缓慢变化的年气温,会导致桥梁发生纵向变形,一般可通过桥面伸缩缝、支座和柔性桥墩等结构变形相协调解决,只有在结构的位移受到限制时(如拱桥、刚架结构和某些斜拉桥)才会引起较大的温度应力。日照及寒冷骤然降温则属于局部温度影响。

结合天津地区气候条件,赤峰桥主桥设计合龙温度为20℃,天津地区极限最高气温为46℃,极限最低气温为-21℃。因此,整体升温46℃-20℃=26℃,整体降温20℃-(-21℃)=41℃,梁单元上、下翼缘的温差取±15℃。

主桥共设置8 个支承点,分别为④#墩P1、P2,⑥#墩P3、P4,⑦#墩P5、P6,⑤#墩P7、P8。

由于桥面结构为弯梁,在索力和温度荷载作用下,结构会产生较大的横桥向位移。通过多次试算模拟,最后确定把全桥的固定点定于主塔附近内弧侧的P7#墩,限制主梁横桥向及纵桥向位移。主桥内弧侧边墩P2、P5 采用单向活动盆式橡胶支座,约束主梁的径向位移。其余位置均采用双向活动盆式橡胶支座。

由于桥面较宽,钢箱梁桥面会在温度梯度作用下产生变形。箱梁结构与外界的热交换和箱梁内部的热传导情况十分复杂。一般来说,梁体内任意一点的温度是三维坐标和时间的函数,是三维热传导问题。箱梁的各个部分,受日照的影响也不同,如箱梁的底部终日不受日照,又处于高空中,通风冷却较好,因此在箱梁中形成沿箱梁高度方向的温度梯度。

温度梯度模式及温度设计值大小是否接近实际情况,是结构温度应力计算是否合理可信的关键。温度梯度模式一般分为线性分布与非线性分布两种情况。国内外大量实测资料与理论研究的分析表明,箱梁沿梁高方向的温度梯度是非线性分布的。温度梯度及温度设计值则取决于各地的地理气象(日照、风速、温度变化)、结构截面形式、桥面系铺装吸热性能、材料热传导性能等因素。对于温度梯度模式,各国规范都有相应规定。大量计算结果表明,采用不同的温度梯度模式,计算所得的温度效应结果相差很大。

此外,在钢箱梁中设置纵隔板,可以有效地降低钢箱梁横向跨度。同时,由于纵、横隔板的存在,桥面板形成四边支承的各向异性加劲板,大大改善结构的受力性能,有效地降低温度梯度对钢箱梁横向产生的影响。