大跨徑獨(dú)塔斜拉橋幾何非線性靜力分析

文 新

(湖南省高速公路集團(tuán)有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410015)

近年來(lái)，由于我國(guó)橋梁建設(shè)水平飛速發(fā)展，跨越高山峽谷與江河湖海的大橋越來(lái)越多，各類型橋梁也向著大跨徑方向發(fā)展，斜拉橋以其強(qiáng)大的跨越能力成為橋梁設(shè)計(jì)中的一種常用橋型。獨(dú)塔斜拉橋的跨徑由于其結(jié)構(gòu)組成而受到限制，大部分獨(dú)塔斜拉橋均為中小跨徑橋梁，設(shè)計(jì)大跨徑獨(dú)塔斜拉橋時(shí)其結(jié)構(gòu)安全顯得尤為重要。斜拉橋的幾何非線性效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響較大[1]，本文以某大跨徑獨(dú)塔斜拉橋?yàn)槔捎肕IDAS/CIVIL建立該橋空間有限元模型，計(jì)算并分析了該橋考慮垂度效應(yīng)、梁柱效應(yīng)與大位移效應(yīng)時(shí)主梁的內(nèi)力響應(yīng)特征，研究成果可為同類型橋梁內(nèi)力計(jì)算提供一定參考。

1 斜拉橋幾何非線性分析方法

1.1 垂度效應(yīng)

斜拉索在自重作用下產(chǎn)生下?lián)系默F(xiàn)象為垂度效應(yīng)，且斜拉索越長(zhǎng)其自重作用越明顯。本文采用等效彈性模量法考慮垂度效應(yīng)，利用Ernst公式對(duì)斜拉索的彈性模量進(jìn)行修正[2]，即在彈性伸長(zhǎng)公式中計(jì)入垂度的影響，Ernst公式為：

(1)

式中：Eeq為考慮修正后的等效彈性模量，KPa；Ee為斜拉索鋼材彈性模量，KPa；L為斜拉索水平投影長(zhǎng)度，m；γ為斜拉索單位體積重力，kN/m3；σ為確定工況斜拉索應(yīng)力，KPa。

在MIDAS/CIVIL中采用桁架單元模型斜拉索，并用Ernst公式對(duì)其彈性模量進(jìn)行修正即可考慮垂度效應(yīng)。

1.2 梁柱效應(yīng)

在斜拉橋結(jié)構(gòu)中，由于斜拉索的拉力作用，使得主梁與主塔承受了巨大的軸力而始終處于壓彎狀態(tài)，在二者變形過(guò)程中，彎矩與軸力相互影響，即為梁柱效應(yīng)[3]。……