钢管混凝土扇形组合塔部分斜拉桥传力机理研究

位于福建平潭的安海澳大桥是一座主跨150 m的三跨部分斜拉桥,设计方案在国内外首次采用了由5片钢管混凝土拱形塔柱和弧形钢管拼装成的扇形组合桥塔.为研究此类异型主塔部分斜拉桥的空间传力机理,制作了1∶25缩尺的全桥试验模型,进行了静力加载试验,并结合实桥空间有限元分析结果,探讨了各单项荷载作用下主塔、主梁和拉索的受力状态和传力机理.研究结果表明:钢管混凝土扇形组合塔通过拉索承担约10%的汽车荷载作用,主塔与主梁的活载分配比例维持在1∶9;与连续梁桥相比,汽车荷载作用下部分斜拉桥的主梁最大应变和跨中挠度可减少约10%;随着荷载等级增至2.0倍等效车道荷载,主梁挠度、主梁应变、拉索索力增量和主塔塔柱应变的变化趋势基本一致,均呈线性变化.汽车荷载或基础沉降作用下,此类扇形组合塔的中塔柱和次塔柱整体应力水平较高,承担拉索传递的大部分荷载,中塔柱、次塔柱、边塔柱各自承担的荷载比例约为10∶10∶1;塔柱曲线段与直线段的顺接点处截面和塔柱底部截面的钢管受力最大.相比汽车荷载与基础沉降作用,钢管混凝土扇形组合塔对温度作用比较敏感,各塔柱整体应力水平相当,塔柱顶部截面钢管受力最大.

钢管混凝土扇形主塔部分斜拉桥的受力性能与设计优化分析

以福建平潭安海澳大桥主桥为背景,通过有限元数值模拟方法进行全桥受力性能分析,探讨了主梁、主梁间横梁、主塔以及斜拉索等主要受力构件的受力特性,并在原设计方案的基础上提出构造优化措施。结果表明:车辆荷载作用下部分斜拉桥的主梁受力相比常规连续梁降低约10%;通过设置横梁连接可改善原设计方案采用的分离式双幅主梁的整体受力性能,并建议了主梁间横梁的布置形式和合理尺寸;为减小施工阶段的钢管初应力并降低主塔重心,建议主塔钢管内混凝土填充至拱门直线段以上跨径的L/8处;索力变化不影响全桥固有模态,全桥一阶固有频率为0.81 Hz,且设计索力下激起拉索局部振动的频率与全桥固有频率的比值均在0.90~1.10之间,因此建议采取适当的振动控制措施以减小拉索与全桥可能存在的共振问题。