槽型斷面梁斜拉橋塔梁墩固結(jié)區(qū)受力特性研究

戴公連　粟淼　劉文碩　閆斌

摘要：為增大橋梁縱向剛度、便于轉(zhuǎn)體施工，滬昆客運(yùn)專線上某（32+80+112）m槽型截面獨(dú)塔斜拉橋?qū)⒉坌土簝蛇呄洳迦胨行纬伤憾展探Y(jié)體系，其構(gòu)造和受力情況極為復(fù)雜.為研究該橋塔梁墩固結(jié)區(qū)域的應(yīng)力分布情況，采用大型通用有限元軟件ANSYS建立塔梁墩固結(jié)區(qū)局部模型并驗(yàn)證模型正確性.在此基礎(chǔ)上，分析固結(jié)區(qū)域結(jié)構(gòu)傳力路徑和應(yīng)力分布規(guī)律，探討局部設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)對(duì)固結(jié)區(qū)應(yīng)力的影響.研究表明：塔梁墩固結(jié)區(qū)內(nèi)整體應(yīng)力水平低于固結(jié)區(qū)范圍以外截面，但在槽型梁過(guò)渡至固結(jié)區(qū)內(nèi)部的交接角以及固結(jié)區(qū)內(nèi)部過(guò)人洞折角等處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象.通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可有效緩解各處的應(yīng)力集中現(xiàn)象.

關(guān)鍵詞：鐵路橋梁；斜拉橋；局部分析；子模型法；槽型梁

中圖分類號(hào)：U448.27；U448.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

斜拉橋結(jié)構(gòu)體系包括漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結(jié)體系（塔梁通過(guò)固定支座相連）和剛構(gòu)體系（塔梁墩剛接）[1].在300 m以下跨度的軌道交通斜拉橋中，為提高橋梁縱向剛度，多采用塔梁固結(jié)或剛構(gòu)體系，且主梁多為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu).剛構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)整體剛度較大，避免了在塔柱上設(shè)置大型支座，無(wú)需臨時(shí)支撐和體系轉(zhuǎn)換，尤其適合懸臂轉(zhuǎn)體施工.其缺點(diǎn)在于塔梁墩連接區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，固結(jié)部位易出現(xiàn)較大應(yīng)力，因此，對(duì)于采用塔梁墩固結(jié)的斜拉橋，除做整體計(jì)算外，還應(yīng)考察局部節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布情況.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)斜拉橋局部受力分析已經(jīng)有了較為廣泛的研究，文獻(xiàn)[2-3]分別對(duì)大跨度鋼桁梁（箱）梁斜拉橋的索桁（梁）錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力性能研究；文獻(xiàn)[4]對(duì)某公鐵兩用斜拉橋邊桁整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)值分析和模型試驗(yàn)；文獻(xiàn)[5-6]研究了斜拉橋塔梁固結(jié)處的應(yīng)力分布；文獻(xiàn)[7]對(duì)斜拉橋橋塔鋼橫桁梁整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯亢陀邢拊治?但既有研究對(duì)象多為鋼桁（箱）梁和混凝土箱梁，而對(duì)于高速鐵路槽型截面斜拉橋上塔梁墩固結(jié)區(qū)而言，其應(yīng)力分布情況尚不明確.

本文以滬昆客運(yùn)專線某槽形截面塔梁墩固結(jié)斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立局部空間實(shí)體單元模型，分析塔墩梁墩固結(jié)區(qū)受力特點(diǎn)、應(yīng)力分布規(guī)律和傳力機(jī)理，并對(duì)構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行比較研究.

1局部分析方法

結(jié)構(gòu)局部受力分析方法主要包括子模型法和直接建模法[8].子模型法又稱切割邊界位移法，是在整體模型的基礎(chǔ)上切割邊界生成考慮了結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)的子模型，將切割邊界上的位移值施加至子模型上，通過(guò)對(duì)子模型網(wǎng)格細(xì)分進(jìn)行受力分析[9].子模型技術(shù)理論嚴(yán)謹(jǐn)，但要求整體模型必須是全橋?qū)嶓w單元或殼單元模型.直接建模法則根據(jù)局部結(jié)構(gòu)建立實(shí)體單元模型，從整體計(jì)算模型中取出位移或內(nèi)力結(jié)果施加至局部模型上，通過(guò)驗(yàn)證局部模型與整體模型在相同位置處的計(jì)算結(jié)果保證局部模型的正確性.直接建模法的思想實(shí)質(zhì)跟子模型是一致的，且由于其整體模型中能考慮施工過(guò)程、混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力鋼筋等因素，在工程實(shí)踐中應(yīng)用較多，本文即采用該方法.

2工程背景

3空間有限元模型

整體有限元模型見(jiàn)圖3，主梁和塔柱采用空間梁?jiǎn)卧M，拉索采用桿單元模擬，為正確模擬拉索的空間位置，主梁和塔柱拉索錨固位置建立剛臂形成魚(yú)刺梁模型.

在隔離體范圍內(nèi)建立局部模型時(shí)須保證邊界截面遠(yuǎn)離應(yīng)力分析區(qū)域，對(duì)矩形梁而言，通常認(rèn)為影響范圍為一個(gè)梁高[12].本文局部模型橫橋向取橋梁全寬，豎橋向沿主梁底板上下側(cè)分別長(zhǎng)為11 m和7.641 m，順橋向沿橋塔中心線小跨側(cè)長(zhǎng)9.5 m，大跨側(cè)長(zhǎng)11.6 m.塔柱為矩形空心截面，單根塔柱順橋向?qū)? m，橫橋向?qū)? m；槽型梁寬10.8 m，梁高不超過(guò)3.7 m，隔離體范圍均大于兩倍梁高.力的邊界條件以剛域形式施加（在邊界截面的質(zhì)心處建立主節(jié)點(diǎn)，截面其余節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間形成剛域，荷載施加至主節(jié)點(diǎn)上）而非集中力，可消除邊界處荷載分布不均勻的影響.

6結(jié)論

將斜拉橋槽型梁兩側(cè)邊箱插入塔柱中形成塔梁墩剛接體系，可壓縮結(jié)構(gòu)尺寸，減小轉(zhuǎn)體重量.在設(shè)計(jì)荷載作用下，該橋塔梁墩固結(jié)區(qū)其整體應(yīng)力水平滿足規(guī)范要求，并且應(yīng)力水平相對(duì)于固結(jié)區(qū)范圍以外截面較低，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理.

固結(jié)區(qū)中心截面腹板和底板應(yīng)力的分析結(jié)果表

明，槽型截面的存在使得固結(jié)區(qū)沿橫橋向存在一定水平拉應(yīng)力，建議在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)橫向普通鋼筋配置.

對(duì)槽型斷面塔梁剛接的斜拉橋而言，槽型梁底板上緣與塔柱交接角處，以及內(nèi)部縱向過(guò)人洞與豎向過(guò)人洞交接角處存在較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象.

在響應(yīng)位置加設(shè)圓弧倒角，可使結(jié)構(gòu)形狀過(guò)渡平緩，能較大幅度地減小應(yīng)力集中程度.建議工程設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)避免在塔梁墩固結(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)尖角和折角，可通過(guò)加設(shè)倒角等措施使結(jié)構(gòu)過(guò)渡平緩.

參考文獻(xiàn)

[1]林元培. 斜拉橋 [M]. 北京：人民交通出版社， 2004： 32-33.

[2]付嵐嵐， 肖海珠. 斜拉橋鋼桁梁索桁錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力分析 [J]. 橋梁建設(shè)， 2013， 43（2）： 87-92.

[3]張清華，李喬. 超大跨度鋼箱梁斜拉橋索梁錨固結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2011，44（7）：71-80.

[4]衛(wèi)星.鄭州黃河公鐵兩用斜拉橋斜桁節(jié)點(diǎn)受力性能研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2011，33（9）：90-93.

[5]吳美艷，楊光武，鄭舟軍.馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋塔梁固結(jié)處模型試驗(yàn)研究[J].橋梁建設(shè)，2011，41（3）：13-16.

[6]虞廬松， 朱東生. 部分斜拉橋塔梁墩固結(jié)點(diǎn)局部應(yīng)力分析 [J]. 橋梁建設(shè)， 2008， 38（1）： 54-57.

[7]XUE Dongyan， LIU Yuqing， HE Jun， et al. Experimental study and numerical analysis of a composite truss joint [J]. Journal of Constructional Steel Research， 2011， 67（6）： 957-964.

[8]錢竹. 三主桁連續(xù)鋼桁拱橋整體節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布規(guī)律與構(gòu)造研究 [D]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 2009：5-7.

[9]陳啟飛，李愛(ài)群，趙大亮，等.預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋主梁局部應(yīng)力子模型分析及實(shí)驗(yàn)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版.2007， 37（2）： 287-290.

[10]閆斌， 戴公連. 高速鐵路斜拉橋上無(wú)縫線路縱向力研究[J].鐵道學(xué)報(bào)， 2012，34（3）：83-87.

[11]戴公連， 粟淼. 高速鐵路獨(dú)塔斜拉橋塔梁墩固結(jié)區(qū)局部應(yīng)力研究報(bào)告 [R]. 長(zhǎng)沙： 中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 2012.

[12]曾寧燁. 大跨度軌道交通斜拉橋塔梁墩固結(jié)段局部應(yīng)力分析 [D]. 成都： 西南交通大學(xué)， 2012.

[13]肖挺松. ANSYS三維模型中SOLID65單元的內(nèi)力提取問(wèn)題 [J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， （03）：74-79.

[14]徐偉，李智，張肖寧.子模型法在大跨徑斜拉橋橋面結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2004，37（6）：30-34.

摘要：為增大橋梁縱向剛度、便于轉(zhuǎn)體施工，滬昆客運(yùn)專線上某（32+80+112）m槽型截面獨(dú)塔斜拉橋?qū)⒉坌土簝蛇呄洳迦胨行纬伤憾展探Y(jié)體系，其構(gòu)造和受力情況極為復(fù)雜.為研究該橋塔梁墩固結(jié)區(qū)域的應(yīng)力分布情況，采用大型通用有限元軟件ANSYS建立塔梁墩固結(jié)區(qū)局部模型并驗(yàn)證模型正確性.在此基礎(chǔ)上，分析固結(jié)區(qū)域結(jié)構(gòu)傳力路徑和應(yīng)力分布規(guī)律，探討局部設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)對(duì)固結(jié)區(qū)應(yīng)力的影響.研究表明：塔梁墩固結(jié)區(qū)內(nèi)整體應(yīng)力水平低于固結(jié)區(qū)范圍以外截面，但在槽型梁過(guò)渡至固結(jié)區(qū)內(nèi)部的交接角以及固結(jié)區(qū)內(nèi)部過(guò)人洞折角等處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象.通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可有效緩解各處的應(yīng)力集中現(xiàn)象.

關(guān)鍵詞：鐵路橋梁；斜拉橋；局部分析；子模型法；槽型梁

中圖分類號(hào)：U448.27；U448.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

斜拉橋結(jié)構(gòu)體系包括漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結(jié)體系（塔梁通過(guò)固定支座相連）和剛構(gòu)體系（塔梁墩剛接）[1].在300 m以下跨度的軌道交通斜拉橋中，為提高橋梁縱向剛度，多采用塔梁固結(jié)或剛構(gòu)體系，且主梁多為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu).剛構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)整體剛度較大，避免了在塔柱上設(shè)置大型支座，無(wú)需臨時(shí)支撐和體系轉(zhuǎn)換，尤其適合懸臂轉(zhuǎn)體施工.其缺點(diǎn)在于塔梁墩連接區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，固結(jié)部位易出現(xiàn)較大應(yīng)力，因此，對(duì)于采用塔梁墩固結(jié)的斜拉橋，除做整體計(jì)算外，還應(yīng)考察局部節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布情況.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)斜拉橋局部受力分析已經(jīng)有了較為廣泛的研究，文獻(xiàn)[2-3]分別對(duì)大跨度鋼桁梁（箱）梁斜拉橋的索桁（梁）錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力性能研究；文獻(xiàn)[4]對(duì)某公鐵兩用斜拉橋邊桁整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)值分析和模型試驗(yàn)；文獻(xiàn)[5-6]研究了斜拉橋塔梁固結(jié)處的應(yīng)力分布；文獻(xiàn)[7]對(duì)斜拉橋橋塔鋼橫桁梁整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯亢陀邢拊治?但既有研究對(duì)象多為鋼桁（箱）梁和混凝土箱梁，而對(duì)于高速鐵路槽型截面斜拉橋上塔梁墩固結(jié)區(qū)而言，其應(yīng)力分布情況尚不明確.

本文以滬昆客運(yùn)專線某槽形截面塔梁墩固結(jié)斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立局部空間實(shí)體單元模型，分析塔墩梁墩固結(jié)區(qū)受力特點(diǎn)、應(yīng)力分布規(guī)律和傳力機(jī)理，并對(duì)構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行比較研究.

1局部分析方法

結(jié)構(gòu)局部受力分析方法主要包括子模型法和直接建模法[8].子模型法又稱切割邊界位移法，是在整體模型的基礎(chǔ)上切割邊界生成考慮了結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)的子模型，將切割邊界上的位移值施加至子模型上，通過(guò)對(duì)子模型網(wǎng)格細(xì)分進(jìn)行受力分析[9].子模型技術(shù)理論嚴(yán)謹(jǐn)，但要求整體模型必須是全橋?qū)嶓w單元或殼單元模型.直接建模法則根據(jù)局部結(jié)構(gòu)建立實(shí)體單元模型，從整體計(jì)算模型中取出位移或內(nèi)力結(jié)果施加至局部模型上，通過(guò)驗(yàn)證局部模型與整體模型在相同位置處的計(jì)算結(jié)果保證局部模型的正確性.直接建模法的思想實(shí)質(zhì)跟子模型是一致的，且由于其整體模型中能考慮施工過(guò)程、混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力鋼筋等因素，在工程實(shí)踐中應(yīng)用較多，本文即采用該方法.

2工程背景

3空間有限元模型

整體有限元模型見(jiàn)圖3，主梁和塔柱采用空間梁?jiǎn)卧M，拉索采用桿單元模擬，為正確模擬拉索的空間位置，主梁和塔柱拉索錨固位置建立剛臂形成魚(yú)刺梁模型.

在隔離體范圍內(nèi)建立局部模型時(shí)須保證邊界截面遠(yuǎn)離應(yīng)力分析區(qū)域，對(duì)矩形梁而言，通常認(rèn)為影響范圍為一個(gè)梁高[12].本文局部模型橫橋向取橋梁全寬，豎橋向沿主梁底板上下側(cè)分別長(zhǎng)為11 m和7.641 m，順橋向沿橋塔中心線小跨側(cè)長(zhǎng)9.5 m，大跨側(cè)長(zhǎng)11.6 m.塔柱為矩形空心截面，單根塔柱順橋向?qū)? m，橫橋向?qū)? m；槽型梁寬10.8 m，梁高不超過(guò)3.7 m，隔離體范圍均大于兩倍梁高.力的邊界條件以剛域形式施加（在邊界截面的質(zhì)心處建立主節(jié)點(diǎn)，截面其余節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間形成剛域，荷載施加至主節(jié)點(diǎn)上）而非集中力，可消除邊界處荷載分布不均勻的影響.

6結(jié)論

將斜拉橋槽型梁兩側(cè)邊箱插入塔柱中形成塔梁墩剛接體系，可壓縮結(jié)構(gòu)尺寸，減小轉(zhuǎn)體重量.在設(shè)計(jì)荷載作用下，該橋塔梁墩固結(jié)區(qū)其整體應(yīng)力水平滿足規(guī)范要求，并且應(yīng)力水平相對(duì)于固結(jié)區(qū)范圍以外截面較低，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理.

固結(jié)區(qū)中心截面腹板和底板應(yīng)力的分析結(jié)果表

明，槽型截面的存在使得固結(jié)區(qū)沿橫橋向存在一定水平拉應(yīng)力，建議在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)橫向普通鋼筋配置.

對(duì)槽型斷面塔梁剛接的斜拉橋而言，槽型梁底板上緣與塔柱交接角處，以及內(nèi)部縱向過(guò)人洞與豎向過(guò)人洞交接角處存在較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象.

在響應(yīng)位置加設(shè)圓弧倒角，可使結(jié)構(gòu)形狀過(guò)渡平緩，能較大幅度地減小應(yīng)力集中程度.建議工程設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)避免在塔梁墩固結(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)尖角和折角，可通過(guò)加設(shè)倒角等措施使結(jié)構(gòu)過(guò)渡平緩.

參考文獻(xiàn)

[1]林元培. 斜拉橋 [M]. 北京：人民交通出版社， 2004： 32-33.

[2]付嵐嵐， 肖海珠. 斜拉橋鋼桁梁索桁錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力分析 [J]. 橋梁建設(shè)， 2013， 43（2）： 87-92.

[3]張清華，李喬. 超大跨度鋼箱梁斜拉橋索梁錨固結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2011，44（7）：71-80.

[4]衛(wèi)星.鄭州黃河公鐵兩用斜拉橋斜桁節(jié)點(diǎn)受力性能研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2011，33（9）：90-93.

[5]吳美艷，楊光武，鄭舟軍.馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋塔梁固結(jié)處模型試驗(yàn)研究[J].橋梁建設(shè)，2011，41（3）：13-16.

[6]虞廬松， 朱東生. 部分斜拉橋塔梁墩固結(jié)點(diǎn)局部應(yīng)力分析 [J]. 橋梁建設(shè)， 2008， 38（1）： 54-57.

[7]XUE Dongyan， LIU Yuqing， HE Jun， et al. Experimental study and numerical analysis of a composite truss joint [J]. Journal of Constructional Steel Research， 2011， 67（6）： 957-964.

[8]錢竹. 三主桁連續(xù)鋼桁拱橋整體節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布規(guī)律與構(gòu)造研究 [D]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 2009：5-7.

[9]陳啟飛，李愛(ài)群，趙大亮，等.預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋主梁局部應(yīng)力子模型分析及實(shí)驗(yàn)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版.2007， 37（2）： 287-290.

[10]閆斌， 戴公連. 高速鐵路斜拉橋上無(wú)縫線路縱向力研究[J].鐵道學(xué)報(bào)， 2012，34（3）：83-87.

[11]戴公連， 粟淼. 高速鐵路獨(dú)塔斜拉橋塔梁墩固結(jié)區(qū)局部應(yīng)力研究報(bào)告 [R]. 長(zhǎng)沙： 中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 2012.

[12]曾寧燁. 大跨度軌道交通斜拉橋塔梁墩固結(jié)段局部應(yīng)力分析 [D]. 成都： 西南交通大學(xué)， 2012.

[13]肖挺松. ANSYS三維模型中SOLID65單元的內(nèi)力提取問(wèn)題 [J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， （03）：74-79.

[14]徐偉，李智，張肖寧.子模型法在大跨徑斜拉橋橋面結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2004，37（6）：30-34.

摘要：為增大橋梁縱向剛度、便于轉(zhuǎn)體施工，滬昆客運(yùn)專線上某（32+80+112）m槽型截面獨(dú)塔斜拉橋?qū)⒉坌土簝蛇呄洳迦胨行纬伤憾展探Y(jié)體系，其構(gòu)造和受力情況極為復(fù)雜.為研究該橋塔梁墩固結(jié)區(qū)域的應(yīng)力分布情況，采用大型通用有限元軟件ANSYS建立塔梁墩固結(jié)區(qū)局部模型并驗(yàn)證模型正確性.在此基礎(chǔ)上，分析固結(jié)區(qū)域結(jié)構(gòu)傳力路徑和應(yīng)力分布規(guī)律，探討局部設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)對(duì)固結(jié)區(qū)應(yīng)力的影響.研究表明：塔梁墩固結(jié)區(qū)內(nèi)整體應(yīng)力水平低于固結(jié)區(qū)范圍以外截面，但在槽型梁過(guò)渡至固結(jié)區(qū)內(nèi)部的交接角以及固結(jié)區(qū)內(nèi)部過(guò)人洞折角等處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象.通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可有效緩解各處的應(yīng)力集中現(xiàn)象.

關(guān)鍵詞：鐵路橋梁；斜拉橋；局部分析；子模型法；槽型梁

中圖分類號(hào)：U448.27；U448.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

斜拉橋結(jié)構(gòu)體系包括漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結(jié)體系（塔梁通過(guò)固定支座相連）和剛構(gòu)體系（塔梁墩剛接）[1].在300 m以下跨度的軌道交通斜拉橋中，為提高橋梁縱向剛度，多采用塔梁固結(jié)或剛構(gòu)體系，且主梁多為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu).剛構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)整體剛度較大，避免了在塔柱上設(shè)置大型支座，無(wú)需臨時(shí)支撐和體系轉(zhuǎn)換，尤其適合懸臂轉(zhuǎn)體施工.其缺點(diǎn)在于塔梁墩連接區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，固結(jié)部位易出現(xiàn)較大應(yīng)力，因此，對(duì)于采用塔梁墩固結(jié)的斜拉橋，除做整體計(jì)算外，還應(yīng)考察局部節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布情況.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)斜拉橋局部受力分析已經(jīng)有了較為廣泛的研究，文獻(xiàn)[2-3]分別對(duì)大跨度鋼桁梁（箱）梁斜拉橋的索桁（梁）錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力性能研究；文獻(xiàn)[4]對(duì)某公鐵兩用斜拉橋邊桁整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)值分析和模型試驗(yàn)；文獻(xiàn)[5-6]研究了斜拉橋塔梁固結(jié)處的應(yīng)力分布；文獻(xiàn)[7]對(duì)斜拉橋橋塔鋼橫桁梁整體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯亢陀邢拊治?但既有研究對(duì)象多為鋼桁（箱）梁和混凝土箱梁，而對(duì)于高速鐵路槽型截面斜拉橋上塔梁墩固結(jié)區(qū)而言，其應(yīng)力分布情況尚不明確.

本文以滬昆客運(yùn)專線某槽形截面塔梁墩固結(jié)斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立局部空間實(shí)體單元模型，分析塔墩梁墩固結(jié)區(qū)受力特點(diǎn)、應(yīng)力分布規(guī)律和傳力機(jī)理，并對(duì)構(gòu)造細(xì)節(jié)進(jìn)行比較研究.

1局部分析方法

結(jié)構(gòu)局部受力分析方法主要包括子模型法和直接建模法[8].子模型法又稱切割邊界位移法，是在整體模型的基礎(chǔ)上切割邊界生成考慮了結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)的子模型，將切割邊界上的位移值施加至子模型上，通過(guò)對(duì)子模型網(wǎng)格細(xì)分進(jìn)行受力分析[9].子模型技術(shù)理論嚴(yán)謹(jǐn)，但要求整體模型必須是全橋?qū)嶓w單元或殼單元模型.直接建模法則根據(jù)局部結(jié)構(gòu)建立實(shí)體單元模型，從整體計(jì)算模型中取出位移或內(nèi)力結(jié)果施加至局部模型上，通過(guò)驗(yàn)證局部模型與整體模型在相同位置處的計(jì)算結(jié)果保證局部模型的正確性.直接建模法的思想實(shí)質(zhì)跟子模型是一致的，且由于其整體模型中能考慮施工過(guò)程、混凝土收縮徐變和預(yù)應(yīng)力鋼筋等因素，在工程實(shí)踐中應(yīng)用較多，本文即采用該方法.

2工程背景

3空間有限元模型

整體有限元模型見(jiàn)圖3，主梁和塔柱采用空間梁?jiǎn)卧M，拉索采用桿單元模擬，為正確模擬拉索的空間位置，主梁和塔柱拉索錨固位置建立剛臂形成魚(yú)刺梁模型.

在隔離體范圍內(nèi)建立局部模型時(shí)須保證邊界截面遠(yuǎn)離應(yīng)力分析區(qū)域，對(duì)矩形梁而言，通常認(rèn)為影響范圍為一個(gè)梁高[12].本文局部模型橫橋向取橋梁全寬，豎橋向沿主梁底板上下側(cè)分別長(zhǎng)為11 m和7.641 m，順橋向沿橋塔中心線小跨側(cè)長(zhǎng)9.5 m，大跨側(cè)長(zhǎng)11.6 m.塔柱為矩形空心截面，單根塔柱順橋向?qū)? m，橫橋向?qū)? m；槽型梁寬10.8 m，梁高不超過(guò)3.7 m，隔離體范圍均大于兩倍梁高.力的邊界條件以剛域形式施加（在邊界截面的質(zhì)心處建立主節(jié)點(diǎn)，截面其余節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間形成剛域，荷載施加至主節(jié)點(diǎn)上）而非集中力，可消除邊界處荷載分布不均勻的影響.

6結(jié)論

將斜拉橋槽型梁兩側(cè)邊箱插入塔柱中形成塔梁墩剛接體系，可壓縮結(jié)構(gòu)尺寸，減小轉(zhuǎn)體重量.在設(shè)計(jì)荷載作用下，該橋塔梁墩固結(jié)區(qū)其整體應(yīng)力水平滿足規(guī)范要求，并且應(yīng)力水平相對(duì)于固結(jié)區(qū)范圍以外截面較低，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理.

固結(jié)區(qū)中心截面腹板和底板應(yīng)力的分析結(jié)果表

明，槽型截面的存在使得固結(jié)區(qū)沿橫橋向存在一定水平拉應(yīng)力，建議在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)橫向普通鋼筋配置.

對(duì)槽型斷面塔梁剛接的斜拉橋而言，槽型梁底板上緣與塔柱交接角處，以及內(nèi)部縱向過(guò)人洞與豎向過(guò)人洞交接角處存在較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象.

在響應(yīng)位置加設(shè)圓弧倒角，可使結(jié)構(gòu)形狀過(guò)渡平緩，能較大幅度地減小應(yīng)力集中程度.建議工程設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)避免在塔梁墩固結(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)尖角和折角，可通過(guò)加設(shè)倒角等措施使結(jié)構(gòu)過(guò)渡平緩.

參考文獻(xiàn)

[1]林元培. 斜拉橋 [M]. 北京：人民交通出版社， 2004： 32-33.

[2]付嵐嵐， 肖海珠. 斜拉橋鋼桁梁索桁錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力分析 [J]. 橋梁建設(shè)， 2013， 43（2）： 87-92.

[3]張清華，李喬. 超大跨度鋼箱梁斜拉橋索梁錨固結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2011，44（7）：71-80.

[4]衛(wèi)星.鄭州黃河公鐵兩用斜拉橋斜桁節(jié)點(diǎn)受力性能研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2011，33（9）：90-93.

[5]吳美艷，楊光武，鄭舟軍.馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋塔梁固結(jié)處模型試驗(yàn)研究[J].橋梁建設(shè)，2011，41（3）：13-16.

[6]虞廬松， 朱東生. 部分斜拉橋塔梁墩固結(jié)點(diǎn)局部應(yīng)力分析 [J]. 橋梁建設(shè)， 2008， 38（1）： 54-57.

[7]XUE Dongyan， LIU Yuqing， HE Jun， et al. Experimental study and numerical analysis of a composite truss joint [J]. Journal of Constructional Steel Research， 2011， 67（6）： 957-964.

[8]錢竹. 三主桁連續(xù)鋼桁拱橋整體節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布規(guī)律與構(gòu)造研究 [D]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 2009：5-7.

[9]陳啟飛，李愛(ài)群，趙大亮，等.預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋主梁局部應(yīng)力子模型分析及實(shí)驗(yàn)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版.2007， 37（2）： 287-290.

[10]閆斌， 戴公連. 高速鐵路斜拉橋上無(wú)縫線路縱向力研究[J].鐵道學(xué)報(bào)， 2012，34（3）：83-87.

[11]戴公連， 粟淼. 高速鐵路獨(dú)塔斜拉橋塔梁墩固結(jié)區(qū)局部應(yīng)力研究報(bào)告 [R]. 長(zhǎng)沙： 中南大學(xué)土木工程學(xué)院， 2012.

[12]曾寧燁. 大跨度軌道交通斜拉橋塔梁墩固結(jié)段局部應(yīng)力分析 [D]. 成都： 西南交通大學(xué)， 2012.

[13]肖挺松. ANSYS三維模型中SOLID65單元的內(nèi)力提取問(wèn)題 [J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， （03）：74-79.

[14]徐偉，李智，張肖寧.子模型法在大跨徑斜拉橋橋面結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2004，37（6）：30-34.