单索面斜拉桥箱梁隔板布置力学特性分析.docx

单索面斜拉桥箱梁隔板布置力学特性分析严力亚张德平（中铁大桥勘测设计院有限公司设计一所湖北武汉430050）摘要：通过对某单索面斜拉桥混凝土箱梁的有限元分析，论述了箱梁内不同的隔板设置 方式对拉索索力的分配比例的影响，并提出了优化的隔板布置方式供设计人员参考。关键词斜拉桥横隔板1前言目前国内已建及在建的双索面斜拉桥主梁有双边主梁或双边箱梁为主，单索面斜拉桥则 以鱼骨型箱梁为主，斜拉索锚固处设置一道横隔板，斜拉索间距较大时或桥面较宽时，通常 在箱梁阶段中间需要布设一道中隔板，以加强箱梁的横桥向的整体性。设置中隔板后，给施 工会带来不利的影响，当桥面较宽、阶段箱梁较重时，每阶段需要在中隔板处分两次浇注， 延长了工期。本文将对一拟定修建的斜拉桥混凝土主梁局部阶段进行有限元仿真，分析设置 中隔板对结构的影响大小，并提出优化的隔板设置方式。2.概况某一拟定修建的斜拉桥实施方案为3塔混凝土梁斜拉桥，桥式立面图如下：图1：桥式立面图中隔板布置形式如下：第一种方式为常见的国内用的较多的即将中隔板设置成与锚固隔板相同的方式，二者区 别是锚固隔板的板厚度相对大些，而中隔板厚度则较小些。见图2过人孔图2：同锚固横梁第二种方式为仅设置锚固隔板，取消中隔板设置；虽然也能满足结构受力及具有方便施 工的好处；但实践证明，这种布置方式要相对不安全，国内已建及在建跨度较大的这种类型 的斜拉桥目前有些桥梁的主梁已经出现不同程度的开裂、下挠等问题。见图3图3：取消中隔板第三种方式为目前国内尚未采用的设置方式，即将中隔板设置成加劲肋的优化方式，与第一种方式的区别是中隔板的人孔开得大了些。见图4图4：中隔板优化设置形式：加劲肋方式斜拉索竖向分力是通过与拉索交接的横向隔板和纵向腹板传递的。设置中隔板与取消中 隔板后，锚固隔板与腹板对斜拉索的竖向索力的分配比例会发生改变，下文即研究取消中隔 板前后，斜拉索索力的竖向分力在锚固横梁和中横梁分担比例的大小，为此，在计算时截取 了主梁的7个拉索阶段，并施加统一的荷载标准如下：模型分析阶段a. 活载：根据桥面宽度为8车道公路1级，不考虑集中荷载作用，不考虑车道折减， 按8x10.5 = 84kn/M.作用在板顶区域范围内的面荷载为：84/26=0.00323MPA.b. 一期恒载：按结构的轮廓尺寸自动计算；c. 二期恒载：按桥面铺装10CM混凝土计算：0.1x25=0.0025mpa。3、建立分析模型按刚性支撑连续梁模拟，因不关心纵向的受力，不考虑梁端的约束边界条件。在锚固横 梁与中腹板交接区域从桥面往下约80cm处施加竖向刚性的支撑，近似模拟拉索的竖向支撑 作用。设置中隔板模型，共取了 8个斜拉索节间，中横梁与锚固横梁共计17道;采用Midas/Civil 有限元软件的板单元模拟箱梁顶底板及腹板，单元数约12万个；屏蔽顶板、中腹板和斜底 板后的模型如图5：图5取消设置中隔板模型，也取了 8个节间，中横梁与锚固横梁共计9道；板单元共计约10万个；屏蔽顶板、中腹板和斜底板后的模型如图6：图6因横梁主要的作用是传递竖向剪力，下面的结论主要对各腹板传递的竖向剪力及承担的弯 矩进行比较：4、两种模型结果对比为便于对比，分别在拉索锚固点附近截取锚固隔板及腹板切面1-1和2 2,并设置中 隔板模型的3-3切面位置的剪力图；jlll'i/ms/ /|1 整'.!l'h I模型1:设置中隔板模型输出结果位置示意模型2 1-1截面翌向剪力剖面图模型2 2-2截面翌向剪力剖面图模型2:取消中隔板模型输出结果位置示意模型1 1-1截面翌向剪力剖面图模型13-3截面竖向剪力剖面图剪力结果汇总表模型切面剪力（kn）（一道腹板）小计（两 侧腹板）11 1112222442 2122024403 3761.5152321 1162832562 2488.7977.431 1140028002 293618723 3400800弯矩结果汇总表模型切面弯矩（kn.m）（一道腹板）11 115212 22853 3147421 119582 215131 117502 21903 31705. 结论分析：通过对上述有限元模型的数值分析，我们可以看出如下的结论：5.1.模式1中锚固横梁与纵向腹板传递的剪力比值为：1122/1220=0.92;模式2中锚固 横梁与纵向腹板传递的剪力比值为：1628/488.7=3.3;模式3中锚固横梁与纵向腹板传递的 剪力比值为：1400/936=1.49;说明设置中隔板后，中腹板与锚固横梁传力相当。即竖向拉 索分力是通过锚固横梁与中腹板共同传递的，两者所占份额为1： 0.92。如不设置中隔板，竖向剪力主要是通过锚固横梁传递的，其比值为3.3： 1,锚固横梁占 了 77%；而采用加劲肋的隔板布置方式，锚固横梁传递的剪力数值介于两者之间，中腹板 的剪力相应减小。对单索面斜拉桥，不同的中隔板设置方式，锚固隔板与中腹板承担的拉 索竖向分力的比例区别较大。不论哪种设置方式，拉索竖向分力均不是全部由锚固隔板全部 承担，在设计锚固隔板时要引起重视。5.2. 模式1中锚固横梁传递的剪力要小于模式2中锚固横梁传递的剪力，其比值为： 1122/1628=0.689;这是由于中横梁把一部分荷载761.5kn （即3号点截面）传给了中腹板。 即中腹板2-2截面1220kn中有761.5kn是中横梁传来的，比值为：761.5/1220=62.4%;正 是因为中横梁的参与分力，使得中腹板参与受力的份额加大，进而减小了锚固横梁的受力。5.3. 如不设置中横梁，锚固横梁的竖向剪力将加大，剪应力也将增大，主拉应力也相 应加大，为避免出现过大的主拉和主压应力，截面的尺寸要满足。5.4模式1中锚固横梁与纵向腹板传递的弯矩比值为：1521/285=5.3;模式2中锚固横 梁与纵向腹板传递的弯矩比值为：1958/151=13;模式3中锚固横梁与纵向腹板传递的弯矩 比值为：1750/190=9;说明对单索面斜拉桥，无论哪种中隔板设置方式，以锚固隔板的负 弯矩为主。设置中隔板后中腹板分担的负弯矩较大些。不论哪种设置方式，拉索竖向分力均不是全部由锚固隔板全部承担，在设计锚固隔板时 要引起重视。采用加劲肋的隔板设置方式，锚固隔板及中腹板受力均优于取消中隔板的布置方式，可 以满足结构受力的需要，又可以方便施工操作，技术上可行，是值得今后推荐采用的一种方 式。参考文献：【1】.公路桥涵设计通用规范JGJ D60-2004;【2】.中铁大桥勘测设计院有限公司济南建邦黄河大桥施工图设计联系邮箱 Zhangdp