曲塔斜拉桥施工监控与过渡段受力性能研究

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混合梁斜拉桥主跨采用钢梁、边跨采用混凝土梁,在钢梁与混凝土梁间通过钢混结合段连接成整体,具有跨越能力大、受力性能好等特点,在国内外桥梁工程中被广泛应用。纬二桥为塔墩梁固结体系混合梁独斜塔斜拉桥,跨径布置为47米+86米+29米=162米,集塔墩梁固结、混合梁、混合异型桥塔、V墩、空间曲线桥塔、少背索体系、超宽桥面、大角度斜交等结构特点,与传统桥梁结构的受力特点存在很大的区别,有必要对纬二桥的结构体系性能、受力安全性、构造的合理性等进行全面研究,确保结构安全合理。本文以张家口纬二桥为工程背景,研究施工控制以及混合段受力性能,主要研究工作如下:首先,对纬二桥的施工监控要点进行了叙述。对斜拉索,论述了体外力配合无应力索长的索力控制方法,最终得到了较好的索力控制结果;论述了索管的角度修正理论,抛物线在大部分条件下都可以得到足够精确的索管角度修正结果,对于超长索则需要采用悬链线才能得到足够精确的结果;论述了频率法测量索力的弦理论,分析了抗弯刚度、垂度、边界条件对该方法的影响,给出了有效减小频率法测索力误差的措施。对于梁、塔的施工控制部分,给出了宽幅梁桥的顺桥向以及横桥向预拱度计算方法,对于斜交桥台,梁的挠度有明显的不对称性,在进行挠度设置时应考虑这一点,最终线形控制结果较好;给出了空间曲塔的线形控制要点,应力监测结果与理论计算相符,表明塔的应力同时受到横桥向及顺桥向面内弯矩的影响,且线形变化与直塔有明显差异。其次,对混合梁过渡段中的PBL剪力键及焊钉进行了实体建模计算。与单层PBL剪力键推出实验结果对比,确定了有限元模型的可行性,分析了多层剪力键模型随着荷载方向上布置数量变化的抗剪性能变化,从应力分布、接触面状态、承载力、刚度以及荷载重分配过程进行了分析叙述。计算结果表明,PBL与焊钉两者的荷载滑移曲线有明显不同,此外均存在明显的荷载重分布过程,过多的剪力键布置会降低整体抗剪性能,且在荷载的早期发展过程中,近荷载端剪力键可能提前发生屈服。最后,利用得到的焊钉以及PBL剪力键抗剪结果,建立了过渡段局部模型,分析了最不利情况下的过渡段受力情况。通过对受力状态进行简化,分析了在近端轴力、远端轴力下的构件负荷比例以及随承压板厚度的变化,结果表明承压板需要保证厚度以提供足够的刚度,以充分发挥预应力对梁体的连接作用,并且使荷载分配更加均匀,同时计算表明,在承压板预应力开孔附近加设肋板能有效提高受力性能。
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