第一章緒論

1.1 斜拉橋發(fā)展綜述
斜拉橋最主要的三部分是主梁、索塔和斜拉索。一般情況下，主梁采用混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)，索塔大部分都會(huì)采用混凝土結(jié)構(gòu)，而斜拉索則常用高強(qiáng)材料（高強(qiáng)鋼絲或鋼絞線）制成。斜拉橋內(nèi)部荷載的傳遞路徑為：斜拉索的兩端分別錨固在主梁以及索塔上，將主梁的恒載和車輛的荷載傳遞到索塔，然后通過索塔將荷載傳遞給地基部位。由于主梁是在斜拉索的各點(diǎn)支承作用下，類似于多跨彈性支承的連續(xù)梁，能夠使得彎矩有很大程度的降低，這樣一方面極大地減小了主梁的尺寸（梁高一般為跨度的 1/50~1/200，甚至更小），另一方面由于結(jié)構(gòu)自身重量的降低，既可以節(jié)省結(jié)構(gòu)所需要的材料，還能在一定程度上增加橋梁的跨越能力。但是需要注意的是：只有在拉索始終處于拉緊狀態(tài)的情況下，斜拉橋?qū)χ髁旱亩帱c(diǎn)彈性支承作用才能充分發(fā)揮作用。所以，施工過程中在主梁承受荷載之前要進(jìn)行預(yù)張拉。預(yù)張拉力的作用相當(dāng)于給了主梁初始的支承力，因此調(diào)節(jié)主梁的初始內(nèi)力，可以使主梁受力狀況均勻，從而間接提高了斜拉索的剛度。圖 1.1a)表示三跨連續(xù)梁及其典型的恒載彎矩圖，而圖 1.1b)為三跨斜拉橋及其恒載內(nèi)力圖。從圖 1.1 中可以看出：因?yàn)橛辛诵崩�索的支承作用，主梁的恒載彎矩明顯減小了。另外，由于斜拉索索力的水平分力對(duì)主梁有預(yù)壓效果，，從而增強(qiáng)了主梁的抗裂性能，主梁中預(yù)應(yīng)力鋼絞線的使用量也可減少。
........

1.2 斜拉橋索力重要性

1.2.1 斜拉橋設(shè)計(jì)中對(duì)拉索索力的考慮
合理的成橋狀態(tài)的確定，即合理的線性和內(nèi)力狀態(tài)的確定，是斜拉橋的設(shè)計(jì)的首要步驟，其中斜拉索的張拉力起主要調(diào)整作用。斜拉橋成橋索力的確定以斜拉橋在施工完成后所有恒載（以自重和二期鋪裝恒載為主）作用下合理的成橋狀態(tài)為計(jì)算基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)目標(biāo)為求得的成橋索力能使得各個(gè)構(gòu)件的受力狀態(tài)滿足某種預(yù)定的約束條件為，例如（1） 主塔不受或只受較小的彎矩作用；（2） 加勁梁的彎矩分布要均勻；（3） 最終索力不集中在幾根拉索，而是適當(dāng)分布在每根拉索上。合理成橋狀態(tài)的確定通常與施工過程沒有關(guān)系，只是依據(jù)所有恒載作用下成橋狀態(tài)的受力圖式來計(jì)算。各種斜拉橋結(jié)構(gòu)體系，即便是高次超靜定結(jié)構(gòu)，以索力為未知量從理論上總能解得一組解，即得到一組拉索索力，使得某項(xiàng)與力學(xué)性能相關(guān)的指標(biāo)（如主梁、主塔彎矩，拉索索力等）滿足預(yù)定的約束條件。在確定的荷載作用下，結(jié)構(gòu)體系確定合理成橋索力的方法有很多，如力平衡的觀點(diǎn)、能量的觀點(diǎn)和優(yōu)化的（混合）觀點(diǎn)，每一類觀點(diǎn)又可進(jìn)一步細(xì)分為剛性支承連續(xù)梁法、零位移法、內(nèi)力平衡法、彎矩能量最小法、彎矩最小法、用索量最小法、影響矩陣法等。各種方法均非完美，各有優(yōu)劣[22]。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，纜索是一種可忽略抗彎和抗扭剛度的拉桿，所以其設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單。只是其垂度隨索力變化而變化，由此而出現(xiàn)纜索的非線性特性。為了便于斜拉橋的分析，以直線弦桿代替曲線的纜索。因而，在斜拉橋跨度不太大，幾何非線性不是很明顯的情況下，出現(xiàn)對(duì)替代桿件采用一個(gè)修正彈性模量，可用簡(jiǎn)化的 Ernst 公式計(jì)算。使替代構(gòu)件的伸長(zhǎng)與曲線纜索構(gòu)件的伸長(zhǎng)，在計(jì)入材料和幾何圖形的伸長(zhǎng)量后相一致。另外，索端錨頭承擔(dān)著與纜索相同的受拉荷載�？刹捎描T鋅錨、冷鑄錨、墩頭錨或組合錨。但其設(shè)計(jì)應(yīng)做到，在纜索的破壞強(qiáng)度下，錨頭尚未達(dá)到屈服強(qiáng)度。為確定纜索的安全度，纜索設(shè)計(jì)時(shí)必須按設(shè)計(jì)荷載和極限荷載檢算。對(duì)于風(fēng)及行駛車輛產(chǎn)生的振動(dòng)，以及它們對(duì)纜索疲勞特性的影響，在設(shè)計(jì)中還需要進(jìn)行充分考慮。目前纜索由于風(fēng)及行駛車輛產(chǎn)生振動(dòng)的預(yù)測(cè)資料還很缺乏，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，建議能參考風(fēng)洞試驗(yàn)和實(shí)測(cè)資料，采取必要的抑制、減振措施[23]。
........

第二章有限元分析模型

2.1 工程概況
選取某獨(dú)塔三跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋?yàn)槭纠�工程，跨徑組合為邊跨 40.5m +次邊跨 76.5m +主跨 145m。橋面布置為 1.25m(拉索區(qū))+0.5m(防撞護(hù)欄)+8.5m(車行道)+2m(中央分隔帶)+8.5m(車行道)+0.5m(防撞護(hù)欄)+1.25m(拉索區(qū))，雙向 2%橫坡，雙向四車道。根據(jù)施工架設(shè)的需要，主跨主梁縱向劃分為 ZL0＃～ZL18＃共 19 個(gè)施工節(jié)段、邊跨和次邊跨劃分為 BL0＃～BL10＃共 11 個(gè)施工節(jié)段，其中 L0＃節(jié)段為塔梁固結(jié)段，與主塔橫梁同步施工；ZL1＃（BL1＃）節(jié)段為主塔附近肋板變寬梁段；ZL2�！玓L16＃（BL2�！獴L8＃）節(jié)段為標(biāo)準(zhǔn)梁段（π形斷面）；ZL17#節(jié)段為主跨合龍段，BL9＃節(jié)段為邊跨合龍梁段；ZL18#梁段為主跨端部支架現(xiàn)澆梁段；BL10＃梁段為邊跨整體支架現(xiàn)澆節(jié)段（箱型斷面）。主梁全部采用 C55 混凝土，梁內(nèi)壓重采用 C20 混凝土。因施工荷載及后期營(yíng)運(yùn)荷載的需要，主梁設(shè)置臨時(shí)施工預(yù)應(yīng)力束和永久預(yù)應(yīng)力束，永久預(yù)應(yīng)力束布置于邊跨和主跨。預(yù)應(yīng)力管道灌漿時(shí)，應(yīng)采用真空吸（壓）漿工藝。采用菱形主塔，上下塔柱全部采用鋼筋混凝土空心結(jié)構(gòu)。斜拉索通過錨固齒塊錨固于上塔柱內(nèi)壁上。主塔在塔梁固結(jié)處設(shè)有一道橫梁，橫梁頂面設(shè)雙向 2%坡度，與橋面橫坡一致，下緣為圓曲線，故其截面變高。橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心矩形截面，以 C55 混凝土澆筑。塔柱采用 C50 混凝土。
......

2.2 有限元分析模型建立
全橋總體分析采用 MIDAS CIVIL 2012 程序，以理論豎曲線為基準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散。所用材料如下圖 2.3 及表 2.1 所示。主梁和主塔采用梁?jiǎn)卧�，主梁�?biāo)準(zhǔn)節(jié)段及箱型節(jié)段如下圖 2.4 所示，塔柱整體如下圖 2.5 所示�？紤]斜拉索的垂度效應(yīng)，根據(jù)施工及成橋狀態(tài)斜拉索索力對(duì)其彈性模量進(jìn)行修正。修正結(jié)果如表 2.1 所示。模型中以體外力作為索力控制方法進(jìn)行正裝計(jì)算，三次張拉過程中均以替換方式施加張拉力，調(diào)索時(shí)以添加方式施加張拉力。根據(jù)懸澆梁段的長(zhǎng)度和橋墩與主梁的連接形式，建立結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，全橋共388 個(gè)節(jié)點(diǎn)，307 個(gè)單元，預(yù)應(yīng)力鋼束 373 根。塔梁固結(jié)，在模型中將主梁節(jié)點(diǎn)與塔橫梁節(jié)點(diǎn)及塔柱節(jié)點(diǎn)用彈性連接中的剛性連接；P1、P2 墩墩頂設(shè)拉壓活動(dòng)支座，在模型中以僅約束豎向的一般彈性連接模擬；P4墩墩頂設(shè)抗壓活動(dòng)支座，在模型中以僅受壓彈性連接模擬。全橋仿真模型見圖 2.6，結(jié)構(gòu)離散見圖 2.7。
......

第三章理想環(huán)境懸臂現(xiàn)澆施工索力變化......17
3.1 節(jié)段施工中索力的變化規(guī)律 ....17
3.2 臨時(shí)調(diào)索時(shí)索力的變化規(guī)律 ....19
3.3 不同自重系數(shù)導(dǎo)致的索力變化 ........32
3.4 隨機(jī)立模誤差導(dǎo)致的索力變化 ........34
3.5 掛籃重量誤差導(dǎo)致的索力變化 ........37
3.6 小結(jié) ....39第四章斷索對(duì)拉索索力的影響......41
4.1 施工過程斷索對(duì)拉索索力的影響 ....41
4.2 運(yùn)營(yíng)過程斷索對(duì)拉索索力的影響 ....48
4.3 小結(jié) ....52
第五章收縮徐變對(duì)拉索索力的影響......54
5.1 施工過程中混凝土徐變收縮對(duì)拉索索力的影響 ....56
5.2 成橋后混凝土徐變收縮對(duì)拉索索力的影響.... 60
5.3 小結(jié).... 63

第五章收縮徐變對(duì)拉索索力的影響

收縮徐變對(duì)混凝土斜拉橋的影響貫穿始終，體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面。從基礎(chǔ)、主塔的施工開始，到主梁施工過程都受收縮徐變的影響。而且，成橋后全橋的狀態(tài)也會(huì)隨著收縮徐變的發(fā)展而發(fā)生變化。收縮徐變不僅影響主塔、主梁線形，也會(huì)影響橋梁的受力狀態(tài)。收縮徐變雖然為混凝土材料的特性，但橋梁結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體，因混凝土材料收縮徐變的的發(fā)生，有效預(yù)應(yīng)力、斜拉索索力也會(huì)隨之改變。因此，在進(jìn)行斜拉橋索力計(jì)算的時(shí)候，必須考慮收縮徐變的影響。然而，混凝土收縮徐變尚無法實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算，各國(guó)規(guī)范中對(duì)收縮徐變的計(jì)算均有所不同。因而，在分析中，分別用 JTG D62-2004 規(guī)范[29]、JTJ 023-85 規(guī)范[30]、CEP-FIP 規(guī)范[31]進(jìn)行計(jì)算，與不考慮收縮徐變計(jì)算得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。前兩者為我國(guó)所采用的收縮徐變模式，CEB－FIP 模式是歐洲混凝土協(xié)會(huì)（CEB）和國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（FIP）1978 年建議的，為我國(guó)交通部公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范（1985）所采用，將在 5.1 節(jié)作具體介紹。

結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因斜拉橋所具有的經(jīng)濟(jì)性和美觀性，應(yīng)用越來越廣泛。這便對(duì)斜拉橋的設(shè)計(jì)、施工以及施工監(jiān)控提出了更高的要求。本文針對(duì)幾何非線性不太明顯的常規(guī)混凝土懸臂現(xiàn)澆施工斜拉橋的施工及運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行了多方面的分析，總結(jié)了斜拉索在正常施工、調(diào)索、斷索以及收縮徐變作用下的變化規(guī)律，并分析了施工過程中梁體自重誤差、隨機(jī)立模誤差和掛籃重量誤差對(duì)拉索索力的影響。對(duì)該類斜拉橋的設(shè)計(jì)成橋索力、施工初始張拉力的確定以及調(diào)索、換索方案的確定具有一定的指導(dǎo)意義。本文的主要研究結(jié)果可從以下方面概括：
（1）在進(jìn)行該類斜拉橋設(shè)計(jì)中確定合理成橋索力時(shí)，應(yīng)該考慮運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，收縮徐變作用下斜拉索索力呈現(xiàn)的支座附近索力減小，跨中索力增大的現(xiàn)象。且需要綜合考慮各種收縮徐變模型，選取合適的計(jì)算模型以使理論計(jì)算與實(shí)際工程接近。應(yīng)該對(duì)施工期間長(zhǎng)索發(fā)生斷索現(xiàn)象加以考慮，使拉索擁有足夠的安全儲(chǔ)備，避免出現(xiàn)因長(zhǎng)索斷索而導(dǎo)致的拉索漸次崩潰。
（2）在該類斜拉橋施工控制過程中，除充分考慮收縮徐變的作用外，還應(yīng)保證所用混凝土材料參數(shù)及梁體幾何尺寸，以防梁體自重誤差對(duì)索力產(chǎn)生較大影響；掛籃自重誤差在工程允許的 5%范圍內(nèi)，立模誤差在工程中能滿足的±10mm內(nèi)，對(duì)拉索索力造成的影響可以忽略；在掛籃重量發(fā)生較大變動(dòng)時(shí)，要經(jīng)過設(shè)計(jì)同意并重新進(jìn)行斜拉索初始張拉力計(jì)算；索力調(diào)整時(shí)，因幾何非線性不明顯，可提前確定各拉索索力調(diào)整單位量對(duì)其它拉索索力的影響，然后線性疊加。
（3）在該類斜拉橋懸臂施工過程中長(zhǎng)索斷索導(dǎo)致拉索發(fā)生漸次破壞的可能性最大，短索斷索使懸臂根部的剪力增加最大，施工過程中應(yīng)長(zhǎng)期觀測(cè)短索及最新張拉拉索的索力；運(yùn)營(yíng)過程中換索時(shí)，盡量避免臨近中索同時(shí)換索。
............
參考文獻(xiàn)（略）