竖吊杆与斜吊杆PC系杆拱桥主要构造及内力特性比较.doc

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1、Jt-I第4期(总第119期)1999年8月20日华东公路EASTCHINAHIGHWAYNo.4(TotalNoAugust主要构造及内力特性比拟盒国强浙江省交通规划设计研究院(杭州,310006)铧P?2同特点通过计算,分析比拟两种不同蛄构分别采用柔性吊杆和刚性吊杆时的内力特性和挠曲性能.对构造型式的选择提出了建议.关t词竖吊杆斜吊杆系杆拱柔性刚性内力_.-.一-_-.一-_-一1概述拱桥,具有受力合理,构造简洁,造型美观以及容易施工等优点,相对一般简支梁或连续粱桥,更具有桥面系建筑高度低,桥下通航利用率高等特点,在平原河网地区已得到了广泛的应用,其经济跨径一般为30m80m.系杆,拱肋和

2、吊杆组成系杆拱的立面构造,系杆和拱肋是主要承重构造,而吊杆那么是两者之间的传力构件,实际工程中竖(垂直)吊杆型式比拟常见,但也有斜的,具有斜吊杆的无一样,斜吊杆可用于拱肋剐度与系杆剐度的各种比值范围,并且吊杆本身也有柔性和刚性之公路桥方案设计为倒,对竖吊杆和斜吊杆两种不同结构的构造特点,内力特性进行比拟分析,并总结其优缺点.2根本构造倒举的公路桥设计荷载为汽一2O级,挂一力变形的实际情况有出入,并且推导中屡次忽略了缠丝直径变化增量的影响,造成计算结果偏高.根据方法2,方法3的计算,如采用厂家kN.5结论与建议如前分析说明,在理论上采用国产ZLC560kN)进行主缆缠丝是完全可行的.然而,为了?

3、收穑日期;19990406确保这一方案的可行性,尚需注意以下几方面的问题.(1)钢材必须符合国家有关标准,泊桑比控制在0,3;(2)缠丝机性能与参数必须符合设计要求,必须确保鼓胀现象引起的缠丝拉力下降量不高于三分之一;(3)缠丝机的操作人员应严格按照操作程序进行,以确保缠丝效果到达设计要求.?1l?.mm300,桥面宽为14.5m+20.50m,计算跨径依据航道宽度和通航净空的要求,结合系杆拱桥的构造特点确定为64.0m,拱肋轴线为二次抛物线曲线,计算矢高12.8m,矢跨比.幽1竖吊杆糸扦拱见图1.吊杆是垂直布置的,间距均等,为节点水平距离中间5段为8.0m,边上2段那么4.0m.立面内15根

4、;拱肋为I字形截面,系各为6.0m,斜吊杆倾角63.72.5.立面内斜杆那么采用箱形截面,拱肋与系杆刚度E,比值吊杆台计14根,比图1竖吊杆少l根,斜杆的为1:3.05,属刚性系杆刚性拱.桥面系设桥道间距,倾角主要依据结构受力合理,布置协调横梁与桥道面板,桥道横梁间距4.0rft,布置在美观的原那么确定.拱肋,系杆的截面形状,尺吊杆吊点位置,两端与系杆固结.度与竖吊杆系杆拱相似,桥面系桥道横梁,面2.2斜吊杆系杆拱板构造相同,横梁间距仍为4.0rft,即布置在斜见图2.吊杆是斜的,相邻两根斜吊杆在系吊杆节点及节点中间位置.口一5抉肋断面吊扦断面图2斜吊杆系杆拱不管是竖吊杆还是斜吊杆,可以采用柔

5、性重)和计算活载(汽车,吊杆,也可以采用刚性吊杆,两种不同的吊杆对结构的内力,挠曲有不同程度的影响.3结构内力特征及挠曲性能下承式系杆拱为外部静定,内部超静定结构,为更好地了解两种结构的内力特征和挠曲性能,本文应用非线性有限元桥梁综合分析程序对两种结构进行了计算,并就主要计算结果(对截面尺寸,配筋等起决定作用的轴力,弯矩,挠度)进行了分析比照.吊杆为PES5109成品索(内芯为1095高强钢丝束),外裹热挤塑聚乙烯护套,外径7omm,计算时取EI=0结构在全部恒载(自?12?用下拱肋,系杆的弯矩,挂车,人群)分别作轴力和竖向位移以及吊杆的轴力计算结果分别见表1和表2.襄1柔性吊杆jII(恒赣)

6、苗善构件l竖鼻囊鬃鼻囊备注拱肋一21跨中挠度系杆一53跨中挠度拱肋280/340112O/一760最大值/最小值幕杆960/一830123O/一720最大值/最小值拱肋95309670跨中值幕杆一105501O450跨中值吊杆一850940踌中值注:表中轴力正值为受压.负值为受拉,下同.面一T宕N上面猎rLT.I叫l巨回表2柔性吊杆系(活载)熊件鬟籁禁籁备位移拱肋一6-341畴中挠度f(mm)系扦一4.28爵中挠度弯矩M拱肋571/一515380/一240最大值/最小值kNm)系杆3060/17502050/830最大值/最小值拱肋1230/01220/0最大值/最小值镣)系杆0/10800/

7、1070XGE/td,值吊杆o/1Zoo/140最大值/最小值图3竖吊杆弯矩包络示意竖吊杆和斜吊杆两种结构的弯矩包络图(承载力极限状态)分别见图3和图4,图中数值单位为tm,下同.图4斜吊杆弯矩包络不意0.8m,与拱肋,系杆截面的刚度EI比值分别为1:11.3和1:33.5,属刚性构件,吊杆混凝土截面内配置预应力束结构在全部恒载(自重)和计算活载(汽车,挂车,人群)分别作用下拱肋,系杆的弯矩,轴力和竖向位移以及吊杆的轴力计算结果分别见表3和表4.表3喇性吊杆系(恒截)掏位移拱肋75跨中挠度(mm)系杆一98跨中挠度弯矩M拱肋530/一430135o/一79o最大值/最小值(kN.m)系杆115

8、0/一63001650/7400最大值/最小值拱肋114601171仃-茸l申擅N轴(k力N,系杆一1266.-1000跨中值吊杆一9501100跨中值竖吊杆和斜吊杆两种结构的弯矩包络图(承载力极限状态)分别见图5和图6.图5刚性吊杆竖吊杆的弯矩包络示意一l伽图6刚性吊杆斜吊杆的弯矩包络示意?13?竖吊杆和斜吊杆两种结构不管是采用柔性吊杆还是刚性吊杆,拱肋轴压力值较为相近,助弯矩包络值,竖吊杆结构拱肋各点位置的正负弯矩值较为均匀,而斜吊杆结构那么在吊点位置正弯矩值较大,两吊点中间位置负弯矩绝对值也较大,并且正弯矩的最大值较竖吊杆结构要大些,而负弯矩绝对值最大值比拟接近;但是,弯矩组成不同,竖吊

9、杆结构活载引起的弯矩较恒载引起的弯矩大,而斜吊杆结构那么大部分是由恒载引起的,活载产生的弯矩仅为恒载弯矩数值大得多,一般均属小偏心受压构件.各种不同构造,系杆轴力计算值较为相近,且绝大局部(约90)也是由恒载引起的.系杆的弯矩包络图类似为弹性支承连续梁的特征,但因支点弹性系数,支点问距不同,弯矩包络值也有较大差异.由于斜吊杆结构吊点间距为竖吊杆结构吊点间距的2倍,在恒载作用下,前者系杆弯矩值较大;但在活载作用时,前者系杆弯矩明显较小,特别是采用刚性吊杆时,仅为1/3左右.比拟各弯矩包络图可得知,斜吊杆结构较竖吊杆结构弯矩小,而相同结构时,刚性吊杆比柔性吊杆弯矩小.可见,刚性吊杆斜吊杆结构系杆弯

10、矩包络值(3850/一810kN?m)最小,这有利于减小系杆截面尺寸和预应力束的数量.斜吊杆轴拉力较竖吊杆拉力大,同时,刚性吊杆轴拉力较柔性吊杆轴拉力略大,吊杆轴还说明,当采用刚性斜吊杆时,在活载作用下,吊杆也可能出现轴向受压力,最大值221kN.柔性吊杆或刚性吊杆的规格与截面尺寸主要依据计算轴力值确定,预应力束的控制张拉力应比恒载引起的轴力值略大.由于系杆,拱肋刚度均较大,并且计算时?14?已考虑了系杆和吊杆预加力引起的反拱值,因此计算竖向位移值都比拟小,如具有最大跨中挠度的刚性竖吊杆结构,系杆恒载和活载竖向位移之和仅为l1mm.尽管如此,比拟竖向位移的计算值,仍可知斜吊杆结构的挠度要比竖吊

11、杆结构小,特别是抵抗活载的挠曲性能更好些;由恒载引起的挠度,刚性吊杆结构较柔性吊杆结构要大.因为采用柔性吊杆时,系杆和吊杆预加力引起的系杆,拱肋反拱值更大.4结论竖吊杆系杆拱体系,虽然系杆所受弯矩值较大,但拱肋所受弯矩较小,特别是吊杆与拱肋,系杆节点构造较为简单,容易施工,故应用较广由于柔性吊杆可采用外表色彩艳丽的成品索,安装,张拉非常方便,适宜的间距,均匀的布置,立面视觉较刚性混凝土吊杆更为美观,因此,中选用竖吊杆系杆拱时,应优先采用柔性吊杆构造.斜吊杆系杆拱体系,虽然拱肋所受弯矩略大,但杆系所受弯矩值明显减小,可以减小系杆截面尺寸和预应力束的用量由于该体系吊杆节点间距相对较大,采用外表尺寸

12、较大的混凝土剐性吊杆比外径较小的柔性吊杆更为协调,美观同时刚性吊杆能够增加系杆拱的整体刚度,减小系杆弯矩,使系杆构造与用材更为经济,在桥梁建设中应得到更多的应用,以改变目前单一的竖吊杆系杆拱桥型式.当采用柔性吊杆时,吊杆及相应锚头受使用荷载的反复作用,应满足疲劳强度的要求,吊杆钢束的设计预加应力宜取0.40.45(),采用刚性吊杆时,吊杆构件内预应力束(筋)的设计预加应力宜取0.650,85(),吊杆截面大小既应防止混凝土受拉开裂,又必须满足临界轴压力的要求,防止吊杆施工受压屈曲.参考文献1范立础主薹胄.桥梁工程(上,下册).北京:人民交通出版社,1990明李生智等.异型拱桥.北京:人民交通出版社,1995口陈江华,钟普桐,钢管混凝土拱桥受力分析及截面优化设计.哈尔滨建筑大学i995(10)一