【摘 要】
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多塔斜拉桥是在常规斜拉桥的基础上发展起来的新型桥梁,因为其优美的外观、超强的跨越能力、经济合理的造价而被世界各地广泛采用,尤其在跨江跨海桥梁工程建设中应用较多。多塔斜拉桥的显著特点就是除了边塔以外的中间塔由于没有端锚索的固定,中间塔容易发生比较大的水平位移,而不同的结构体系会直接影响荷载的传递路径,改变多塔斜拉桥结构的力学行为,进而影响桥梁的整体刚度。文中通过以下几个方面对不同跨度、不同桥塔个数、
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多塔斜拉桥是在常规斜拉桥的基础上发展起来的新型桥梁,因为其优美的外观、超强的跨越能力、经济合理的造价而被世界各地广泛采用,尤其在跨江跨海桥梁工程建设中应用较多。多塔斜拉桥的显著特点就是除了边塔以外的中间塔由于没有端锚索的固定,中间塔容易发生比较大的水平位移,而不同的结构体系会直接影响荷载的传递路径,改变多塔斜拉桥结构的力学行为,进而影响桥梁的整体刚度。文中通过以下几个方面对不同跨度、不同桥塔个数、不同使用功能多塔斜拉桥的合理结构体系以及中塔纵向刚度、形式与结构体系合理匹配关系进行研究,研究内容和成果有以下几方面。(1)通过相关资料的搜集以及文献的阅读,参考实际已建和在建的多座多塔斜拉桥实际工程项目,构建了主跨跨径分别为300m、500m、700m、900m、1100m、1300m六种跨度的公铁两用、公路三塔斜拉桥和主跨跨径为300m、500m、700m三种跨度的四塔、五塔、六塔斜拉桥基本模型方案,并开展了恒载状态和运营阶段荷载状态的计算分析。(2)以主跨300m至1300m的公铁两用和公路三塔斜拉桥为研究对象,分析了半飘浮、三塔纵向全约束、中塔纵向约束、中塔纵向弹性索约束、中塔塔梁墩固结五种结构体系在活载、纵向风载和温度荷载下的结构内力和结构位移,研究结果表明:缺少纵向约束的半飘浮体系,抵抗纵向荷载的能力较差,通过设置纵向约束支座可一定程度上减小桥塔纵向位移和顺桥向内力;对于大跨度公铁两用三塔斜拉桥,通过水平弹性索将主梁与索塔约束在一起的设计方法更容易实现。(3)针对三塔斜拉桥的主跨跨度、使用功能、结构体系、中塔刚度、中塔形式之间的匹配关系进行分析,进而提出适用于不同跨度、不同结构体系的中塔刚度及中塔形式。研究结果表明:不同跨度、不同使用功能、不同结构体系适用的桥塔刚度和桥塔形式均有所不同,采用中塔纵向约束体系时,公铁两用三塔斜拉桥跨度大于700m时推荐使用纵向空间塔,公路三塔斜拉桥跨度为1300m及以上时推荐使用空间塔;采用半飘浮体系时,公铁两用三塔斜拉桥跨度大于500m时推荐使用纵向空间塔,公路三塔斜拉桥跨度为1100m及以上时推荐使用空间塔,但半飘浮体系在各荷载工况作用下主梁梁端位移较大,且随跨度增大梁端位移增幅明显变大,梁端位移过大不利于伸缩缝的设置,因此跨度较大的三塔斜拉桥需谨慎选取此体系;三塔纵向全约束体系因其在温度荷载作用下主梁纵向变形受约束会产生较大的温度内力,且随主跨跨度增大,温度内力增长迅速,因此,不推荐常规墩高的三塔斜拉桥使用此体系。(4)以主跨跨径为300m、500m、700m的四、五、六塔公路斜拉桥为研究对象,研究设置不同纵向约束个数的结构体系对三塔以上多塔斜拉桥的力学行为影响,分析总结出不同桥塔个数的多塔斜拉桥在不同跨度、不同结构体系下所需满足的最小中塔刚度值,研究结果表明:仅在中塔处增加一个纵向约束并不能减小三塔以上斜拉桥的主梁竖向挠度,温度荷载作用下,仅设置一个纵向约束的结构体系主梁会产生较大的纵向变形,此体系不适用于三塔以上的多塔斜拉桥;三塔以上多塔斜拉桥在采用不设置纵向约束的半飘浮体系时,所需要满足的中塔刚度值最大,跨度较大的多塔斜拉桥采用半飘浮体系时需要考虑各荷载工况下主梁梁端位移较大导致伸缩缝设置过大的问题;采用中塔全约束体系时,较多的塔梁纵向约束可以大大降低活载下主梁竖向挠度,若参考嘉绍大桥同时在跨中设置刚性铰,则温度荷载作用下,主梁纵向变形不受约束,又可有效降低温度内力,减小中塔全约束体系所需的最小中塔刚度值,有利于减小中塔及基础的规模,控制造价。
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