斜拉橋分析方法

1. 矮塔斜拉橋地震性能分析

1 前言
隨著城市交通事業的迅速發展，在對橋梁的實用性要求之上，城市環境也對橋梁美觀提出了更高的要求。矮塔斜拉橋由於其合理的結構、優美的造型征服了橋梁設計師，近幾十年來，這種橋型在國內外都有了較快的發展。然而眾所周知，地震是一種偶然荷載，一旦產生必將對結構產生巨大的破壞。對這種矮塔斜拉橋進行抗震分析，具有十分重要的意義。本文結合實際工程，建立空間實體有限元模型，對其進行動力行為分析。
2 橋梁空間有限元模型
橋梁跨徑65+140+65米，橋塔高22米。上部結構採用雙索麵矮塔斜拉橋，主橋箱梁採用C50變截面預應力混凝土箱梁，梁高變化為3.0~5.0米，寬18米。斜拉索採用高強度低鬆弛鋼絞線拉索體系，單根鋼絞線直徑為15.24mm，鋼絞線標准抗拉強度為1860MPa，彈性模型為1.95E5 MPa,橋梁總體布置見圖1：
圖1橋型布置示意圖（單位：cm）
本文利用大型空間有限元軟體MIDAS/CIVIL對其建立空間模型進行計算分析，主梁、橋塔、橋墩及樁基採用空間梁單元模擬，斜拉索採用桁架單元模擬，全橋共656個節點，358個梁單元，64個索單元，根據「m法」使用節點彈性支撐模擬土體對結構樁基礎的作用，全橋空間有限元模型見圖2：
圖 2全橋空間有限元模型
3 抗震分析方法原理
橋梁的抗震分析方法主要有反應譜法、線彈性時程分析法、靜力彈塑性分析法及動力彈塑性分析方法。而反應譜方法一般假定結構是線彈性的，所以計算地震力是可以不考慮其他靜荷載的作用，而是採用疊加原理將靜荷載引起的結構內力或位移與地震力引起的內力或位移相疊加，得出結構總的內力或位移。它是以單質點體系在實際地震作用下的反應為基礎來分析結構反應的方法，考慮了地震時地面的運動特性與結構物自身的動力特性，是當前工程設計應用最廣泛的抗震設計方法，所以矮塔斜拉橋進行反應譜動力分析具有十分重要的意義。
反應譜的基本原理：
一單質點振子體系由於地面運動位移引起的單質點振子的地震動方程為：（1）
式中m為單質子振子質量；為地面加速度；為相對加速度；c為阻尼；為相對速度；k為振子剛度；y為相對位移。
上式根據原理，慣性力、阻尼力和彈性恢復力應保持平衡。整理可得： （2）
式中，t為時間變數，阻尼比，無阻尼圓頻率為。
單質點振子的地震相對位移反應的積分式為：
（3）
式中，為地面位移，為時間變數，有阻尼的圓頻率為。
對式（3）微分一次、二次即可得到單質點振子的地震相對速度和相對加速度反應積分公式：
（4）
一般情況下，阻尼比數值很小，式（4）、（5）可以簡化為：
（5）
對於不同的質點體系，在選定的地震加速度輸入下，可獲得一系列的相對位移、相對速度、絕對加速度的時程反應曲線，並可以從中找到最大值，即、、。以不同單質點體系的周期為橫坐標，以不同阻尼比為參數，就可以繪出、、的譜曲線，簡稱反應譜。
《JTG_T_B02-01-2008公路橋梁抗震設計細則》根據記錄反應譜周期段特徵比較，論證周期范圍可擴展到10s，並通過823條水平向強地震的記錄統計分析，認為設計反應譜按的速率下降是有足夠的安全保障的。
4動力特性分析
結構的動力特性取決於結構的組成體系、剛度、質量分布和支撐條件，主要包括固有頻率、振型、阻尼等。橋梁結構的抗震性能是建立在橋梁結構動力特性的基礎上的，根據《JTG_T_B02-01-2008公路橋梁抗震設計細則》要求，振型在各個方向的參與質量必須達到90%以上，對前述模型進行了Ritz法進行特徵值分析，計算了前90階模態，X、Y、Z方向的振型參與質量分別達到99.94%、99.98%、100%，滿足抗震設計要求。模型的前10階自振頻率及相應振型特徵見表1。
表1斜拉橋前10階振動特性值
由於篇幅所限，本文僅列出橋梁結構的前四階振型圖，如圖3所示：
圖 2斜拉橋的前四階振型
5地震反應譜分析
反應譜分析是將多自由度體系視為多個單自由度體系的組合，通過計算各單自由度體系的最大地震響應後再進行組合的方式計算多自由度體系的最大地震響應的分析方法。在本模型採用大型空間有限元軟體MIDAS/CIVIL對橋梁結構進行多振型反應譜法分析，根據結構特點，考慮足夠振型，振型組合採用CQC法，橋梁結構在各個方向地震分量作用下的地震反應見表2:
表2地震荷載作用下的橋梁地震反應值
以上分析結果表明：在縱向地震分量Ex的作用下，橋梁主要表現為橋墩的縱向振動和主梁的豎向振動，橫向振動幾乎為零；主梁的最大彎矩主要發生在支座處，橋墩的最大彎矩和軸力發生在橋墩的底部。在橫向地震分量Ey的作用下，橋梁主要表現為橋墩的橫向振動，主梁的豎向振動和橫向振動幾乎為零；主梁的最大彎矩主要發生在支座處，橋墩的最大彎矩和軸力發生在橋墩的底部。在豎向地震分量Ez的作用下，橋梁主要表現為主梁的豎向振動和主塔的縱向振動，主梁的橫向振動幾乎為零；主梁的最大彎矩主要發生在支座處，橋梁的最大彎矩和軸力發生在橋梁的底部。
6結束語
通過以上的計算分析可以得出以下結論：
（1）全橋一階頻率為0.3921Hz，即周期為2.551s（T<6s），屬於短周期范疇，自振特性與傳統的柔性體系的斜拉橋明顯不同。
（2）該斜拉橋在地震荷載作用時，橋墩在地震激勵下變形較大，建議提高橋墩剛度。
（3）通過反應譜分析，考慮了地震的縱向、橫向、豎向輸入，分析了本橋在E2地震作用下的抗震性能，驗證了地震荷載應作為控制橋墩設計的主要因素。

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2. 斜拉橋主塔施工技術要點分析研究

斜拉橋主塔施工技術要點分析研究
斜拉橋是大跨度橋梁的重要結構形式，經常建設於跨越峽谷、海灣、江河等不易修建橋墩的地方。斜拉橋的跨越能力大，梁體尺寸較小，受橋下凈空和橋面標高的限制較少。斜拉橋一般由拉索、主梁和塔柱三部分組成，其中塔柱是整個橋梁的基礎，承受著很大的軸力和彎矩。主塔的安全可靠對整個橋梁的建設至關重要。選擇合適的塔型和施工工藝是保證主塔施工質量的關鍵。以下以烏江特大橋工程主塔施工為例，對斜拉橋主塔施工技術要點進行分析研究。
1. 工程概況
烏江特大橋全長610m，為雙塔雙索麵混合式鋼混疊合梁斜拉橋。其跨徑規模和技術難度居同類橋型國內領先地位。主塔採用H形，塔身由上塔柱、中塔柱和下塔柱組成，設上下兩道橫梁。主塔總高度172m，塔身採用箱形變截面，上、中塔柱為等截面，下塔柱為變截面。塔橫梁為全預應力構件，採用等截面箱形結構。斜拉主塔端採用鋼錨梁的錨固方式，採用鋼錨梁+U型索的配索方案。
2. 主塔施工技術要點分析
2.1 塔柱施工
主塔起步段採用腳手支架翻模施工工藝，其他節段採用液壓自爬模施工工藝。塔柱節段劃分原則是根據混凝土澆築的垂直高度進行水平分層，共劃分為31個節段。下橫梁與相應塔柱節段同步分次澆築，上橫梁與相應塔柱節段非同步分次澆築。
2.2 勁性骨架施工
勁性骨架是塔柱鋼筋、模板定位的關鍵，其必須具有足夠的剛度和強度。勁性骨架的安裝需要注意以下問題：初步定位採用線錘進行測量；初步定位後進行臨時固定，採用全站儀進行測量；精確定位後，先在骨架角鋼豎桿周圍進行點焊，然後再分段進行焊接；對非錨索區的塔柱區段，在完成塔柱內部勁性骨架安裝後，即可進行鋼筋綁扎安裝；對錨索區的塔柱區段，應在鋼錨梁定位安裝後，再進行鋼筋安裝。
2.3 橫梁施工
橫梁施工包括上下兩道橫梁，均為全預應力構件，採用等截面箱形結構。下橫梁採用落地鋼管支架法施工，上橫梁採用托架法施工。橫梁預應力鋼束採用兩端張拉，張拉控制應力為1395MPa。張拉後應在24小時內壓漿，壓漿採用真空輔助壓漿工藝。
2.4 鋼錨梁施工
鋼錨梁作為斜拉索錨固結構，承受斜拉索的平衡水平力。鋼錨梁及鋼牛腿由專業化鋼結構廠家加工製作，在工廠內進行整體組裝。施工時採取鋼錨梁和鋼牛腿分開吊裝，塔上定位安裝完成後用高強螺栓連接成整體。
3. 結語
斜拉橋的主塔作為斜拉橋的關鍵受力構件，其強度、耐久性對主塔施工質量都提出了更高的要求。通過分析烏江大橋主塔施工工藝，可以有效提高斜拉橋主塔施工質量。更多關於工程/服務/采購類的標書代寫製作，提升中標率，您可以點擊底部官網客服免費咨詢。