獨(dú)塔單索面斜拉橋主塔穩(wěn)定性

獨(dú)塔單索面斜拉橋主塔穩(wěn)定性分析1理論分析結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是指結(jié)構(gòu)在外力增加到某一量值時(shí)，穩(wěn)定性平衡狀態(tài)開始喪失，稍有擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)變形迅速增大，使結(jié)構(gòu)失去正常工作能力的現(xiàn)象。穩(wěn)定性問題可分為兩類[1]：第一類穩(wěn)定，分支點(diǎn)失穩(wěn)問題；第二類穩(wěn)定，極值點(diǎn)失穩(wěn)問題。其中第一類穩(wěn)定問題是屈曲問題,它以小位移理論為基礎(chǔ);第二類穩(wěn)定問題是極值失穩(wěn)問題,它以大位移非線性理論為基礎(chǔ)。斜拉橋的主塔承受很大的軸向壓力，特別是獨(dú)塔單索面斜拉橋的主塔在空間受力和穩(wěn)定性方面都較薄弱，由于塔與梁的長(zhǎng)細(xì)比較大，隨著塑性區(qū)的發(fā)展和結(jié)構(gòu)變位的加大，位移迅速增加，以致出現(xiàn)第二類失穩(wěn)，導(dǎo)致橋梁失去承載能力，因此大跨度斜拉橋穩(wěn)定問題表現(xiàn)為第二類穩(wěn)定問題。但第一類穩(wěn)定問題是特征值問題，且在許多情況下兩類問題臨界值相差不大，對(duì)第一類穩(wěn)定問題的研究仍有重要的意義。獨(dú)塔單索面斜拉橋的主塔穩(wěn)定分析有多種方法，其中常用的為靜力平衡法與能量法，靜力平衡法是從平衡狀態(tài)來研究壓桿屈曲特征的，即研究荷載達(dá)到多大時(shí)，彈性系統(tǒng)可以發(fā)生不同的平衡狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是求解彈性系統(tǒng)的平衡路徑（曲線）的分支點(diǎn)對(duì)應(yīng)荷載值（臨界荷載）。能量法則是求彈性系統(tǒng)的總勢(shì)能不再是正定時(shí)的荷載值。以下介紹的是主塔彈性穩(wěn)定與彈塑性穩(wěn)定的簡(jiǎn)化分析方法[2]：1.1彈性穩(wěn)定簡(jiǎn)化分析如圖1,失穩(wěn)線形假定為，表示主塔側(cè)向位移，為塔頂位移，分解到斜拉索平面內(nèi)和平面外分別為：平面內(nèi)：(1)平面外：(2)圖1主塔整體變形示意圖由能量法導(dǎo)出主塔勢(shì)能的表達(dá)式為：(3)式中：為主塔高度；為主塔側(cè)向剛度；為沿塔高度分布的靜風(fēng)力；為塔中實(shí)際軸力；，分別表示的一階、二階導(dǎo)數(shù)；，分別為拉索在面外和面內(nèi)彈性支撐的等代剛度。由最小勢(shì)能原理，將式(3)對(duì)求偏導(dǎo)即得：(4)一般情況下，，則，表明的取值只能在坐標(biāo)軸上，即主塔失穩(wěn)必然在拉索平面內(nèi)或與其垂直的平面內(nèi)。對(duì)于側(cè)向失穩(wěn)，。由此，簡(jiǎn)化后對(duì)求偏導(dǎo)后可得主塔側(cè)向穩(wěn)定安全系數(shù)為:(5)爽喂這在拉索平更面內(nèi)同樣營(yíng)得到相應(yīng)濁的穩(wěn)定安詠全系數(shù)，紛式廟(5裂)鑒中除風(fēng)荷積載一項(xiàng)涉部及塔頂位嫩移以外，消其余各項(xiàng)顯均為已知鋒項(xiàng)；式，腔分別為形袍函數(shù)頭的一階、應(yīng)二階導(dǎo)數(shù)摘；敗為私第選i仇根拉索的之豎向坐標(biāo)寬；紙為塔上某殼點(diǎn)的豎向值位移，失無穩(wěn)意味著害位移的突虜然發(fā)散，嚼因此柏必然較大朱，且橋塔賓側(cè)向風(fēng)力森相比主塔通軸力和拉桑索拉力非垃常小，故賭風(fēng)力影響婆可略去不回計(jì)。肥1.2宋獄彈塑性穩(wěn)戰(zhàn)定簡(jiǎn)化分獄析脈海軟結(jié)構(gòu)中壓蔑桿的分析駐分為彈性淘和彈塑性瀉兩種，上衛(wèi)面的分析泳實(shí)際是彈奇性屈曲分戴析。更精態(tài)確的分析突便需進(jìn)行蝴彈塑性分億析，此時(shí)捉應(yīng)考慮結(jié)父構(gòu)的施工遙誤差等引采起的初始醬變形、初梢始內(nèi)力及體溫度、側(cè)歐向風(fēng)荷載至等作用。勤搭巴由于斜拉復(fù)橋在拉索沈平面內(nèi)失柄穩(wěn)的可能社性很小，愈因此主要?jiǎng)偡治銎鋫?cè)都向穩(wěn)定。些在對(duì)獨(dú)塔旋單索面斜叔拉橋主塔源側(cè)向變形鉤后受力狀偶態(tài)進(jìn)行適撞當(dāng)簡(jiǎn)化之推后（如努圖直2誕），此時(shí)就問題就簡(jiǎn)驢化為一個(gè)收有位移壓套桿的彈塑獲性穩(wěn)定臨遼界內(nèi)力（央或安全系開數(shù)）的求踐解。泰圖洗2每萌主塔受力甘簡(jiǎn)化模領(lǐng)型毛澇算移拳稀辯面董圖靈3鑒塑彎慚矩菊—悲軸力關(guān)系眨圖絮勻辣如稱圖室2趟所示，假額定變形曲祝線為正弦軌曲線，根犯據(jù)內(nèi)力變牢形微分方流程及邊界硬條件可解厭得桿中彎料矩竭—改軸力關(guān)系造為：魄舉蛋簡(jiǎn)吉(宅6)兔式中：產(chǎn)；嫁為壓桿初抱變形最大胞值；物為壓桿長(zhǎng)陜度。再考絕慮風(fēng)力和衫自重的作畜用，塔中躺彎矩可表珍達(dá)為：吹筒(7)治式中：功為主塔重裕心位置；女確定紫需考慮主屈塔施工誤司差、日照凝誤差和風(fēng)漁荷載等不鳥利因素的弱疊加，根鍵據(jù)危式執(zhí)(8獅)著計(jì)算。繼議蜓一般獨(dú)塔動(dòng)單索面斜志拉橋主塔鳴的截面都?xì)庾兓淮笮呋驗(yàn)榈冉厥置?，因此插可認(rèn)為彎展矩最大點(diǎn)豬即是塑性醫(yī)鉸位置。光主塔與合兆力作用線運(yùn)之間距離小沿主塔高騎度分布摸為繼:碗暗銀(籍8)怪服痕由折可簡(jiǎn)單求弱得主塔至好合力作用慚線距離的寨最大值及包相應(yīng)位置勸，這便是滾拉索在塔技上引起彎挺矩的最大簽點(diǎn)。由于知風(fēng)載和自起重的作用什，彎矩最鋒大點(diǎn)實(shí)際脂上要向塔披根偏移一芳些，所以摧還需對(duì)其撓作適當(dāng)修叛正，根據(jù)泊兩者對(duì)主喜塔彎矩影攀響的不同活，修正系繳數(shù)菌按下式計(jì)善算：助缺米庭莊廉衡(9膛)紙式中：顧，切分別為拉剩索引起的癢最大彎矩桌和風(fēng)載重曠力引起的位最大彎矩墨。,第式臣中制:砍為屈服時(shí)漲軸力，應(yīng)撤按彈塑性哪安全系數(shù)剖乘以實(shí)際隨軸力計(jì)算肺，這便出音現(xiàn)一個(gè)迭膠代過程，庸使估算變非得復(fù)雜。位實(shí)際計(jì)算貸時(shí)可按一勾般安全系輩數(shù)軍2.犯5賞取棉值斤,礎(chǔ)估算時(shí)不趨必進(jìn)行迭膛代請(qǐng).肝則彈塑性奶破壞點(diǎn)位紋置可確定恒為績(jī):魄環(huán)梅張占異棟詠(10賄)位彈芬在截面形雀式和配筋討確定倡后曬,靜其在壓彎焰受力下的施彎爪矩扮-捧軸力破壞婆面便可確日定檔,臣如酸圖買3跪所射示農(nóng),膏其變化曲園線可用拋轎物線加以坑擬鋤合內(nèi).匪然后將盡式器(10較)廊結(jié)果代入竟式江(7功)摘得到的方把程與陸圖純3笨中曲線方惠程聯(lián)立后覽求得該斷姨面進(jìn)入塑肉性狀態(tài)的還內(nèi)力描值墓.排如假設(shè)拉誤索拉力逐兩級(jí)增扁加榮:丙,獻(xiàn)代入后便薦可求得主魯塔的彈塑此性穩(wěn)定安管全系數(shù)注。載2SA鵲P200槍0掃程序計(jì)算悠某獨(dú)塔單艱索面斜拉寧橋，主跨茶為扛100悶m飽，邊跨屑為難71誓m短。主梁采孩用單箱五怪室截面，嫩梁游高渠2.6m瓶,領(lǐng)寬與29.2日m緒,即主跨范圍扇內(nèi)輪每掙6遙m慣設(shè)置一道奔橫隔酬梁運(yùn),拖邊跨繡每矛4.5勁m循設(shè)置一道扔橫隔脾梁斜,慈與斜拉索鐵在梁上錨得固位置對(duì)餃應(yīng)績(jī);淘斜拉索采姨用半扇型滔索面布達(dá)置損,抗在梁上的梢索距主跨朋為啊6m付,到邊跨奇為惱4.5m修,膜共色有也1腿3孕對(duì)斜拉索江。索塔為玻獨(dú)柱式鋼悄筋混凝土羅結(jié)構(gòu)，拉茫索交叉錨陡固在塔柱獎(jiǎng)上，主塔認(rèn)高度自橋項(xiàng)面以上瓦為苦50令m貪，塔梁固穴結(jié)。設(shè)計(jì)愧荷載標(biāo)準(zhǔn)伙為畝城健—嫌A畜級(jí)，人柿群勾2.4K料N/m凝2仆。材目帥以下創(chuàng)用哭SAP2據(jù)00窯0咸程序?qū)υ撊~橋的兩類馳穩(wěn)定性問胡題進(jìn)行分足析，并與舒理論簡(jiǎn)化跪分析結(jié)果普進(jìn)慶行比較閑[沸3村]午。泊2.1霧泰主塔第一解類穩(wěn)定分蛾析束縣攀首先用理揭論公式計(jì)背算索對(duì)主槽塔的縱向諷約束作用測(cè)。侄聰域一端固結(jié)懸的酷34壩m焰長(zhǎng)單懸臂哭壓桿結(jié)構(gòu)冊(cè)和一端固殺結(jié)一端鉸寺接墨的蔽34皆m括長(zhǎng)壓桿結(jié)殊構(gòu)，第一喂類穩(wěn)定性船承載力為獲：（kN）（kN）車罪屬然后箱用要SAP2胃00尚0舞軟件座經(jīng)畜Buck暗lin宮g課分析后，早主塔第一寒類穩(wěn)定性收承載力為木：（kN）座這表明兩菌側(cè)群索對(duì)越主塔的縱止向約束很畝強(qiáng)，相當(dāng)臘于在塔頂栽（索的錨勾固點(diǎn)）作存用一側(cè)向恭支撐，從粒而有效地牛減少了塔搶的計(jì)算長(zhǎng)候度。在正循常使用階廚段，縱向圍力偏心影卵響系數(shù)拔為換0.97返8鴉，平面內(nèi)鴿彎矩對(duì)主蛋塔縱向穩(wěn)角定性影響似很小，可特見該橋縱臉向失穩(wěn)的億可能性并簡(jiǎn)不大。般尊主塔橫向止穩(wěn)定性的臂計(jì)算可簡(jiǎn)殲化為一端傻固結(jié)一端惑自由優(yōu)的踏34寇m帶長(zhǎng)的單懸邪臂壓桿模鍋型。由于淹索對(duì)主塔寒橫向失穩(wěn)浪有扶正作蠶用，為了捧分析該扶帖正作用，幸可以建立靈兩個(gè)計(jì)算飯模型：一婦個(gè)為有索誕的本橋?qū)嵦?hào)際模鍛型幕,綠另一個(gè)為坊無索模型劇。對(duì)比兩奧個(gè)模型的像計(jì)算結(jié)果杯，即可知蹈影響的程資度。貝經(jīng)過模型婦計(jì)算比較尚可知慕，貸“岔扶正散力腐”伐可提高主悔塔奴11%(典7.12塘/6.4曬1=1.孕11降)肺的橫向穩(wěn)激定承載力逗。繭這說明由針于塔柱與籃橋面系有廁較強(qiáng)的橫患向聯(lián)系，煙塔柱在橫稈向失穩(wěn)的肺過程中，儀由斜拉索掠傳遞的荷薪載方向是籃不斷改變幻的，斜拉移索具有非撲保向力效毒應(yīng)，從而孫提高了斜衣拉橋塔的慈側(cè)向穩(wěn)定喇性。品2.2械貧主塔第二壁類穩(wěn)定分認(rèn)析撤對(duì)于該橋惠主塔的第沿二類穩(wěn)定象分析采少用籍SAP2雅00簽0融的沉PUSH微OVE衣R儲(chǔ)分析解決宏。耗攪盞由于塔柱妹較高，因脹此壓屈極罪限承載力洲分析是設(shè)育計(jì)的重點(diǎn)忠。柔局顆使柜用朋FRAM尾E蛛單元模擬蠢主塔，在據(jù)塔頂增加旨一個(gè)水平洽構(gòu)件，模困擬偏心受曲壓。其中笛幾何非線賤性參數(shù)選狠擇策“雕P-De情lt包a漂和大位年移結(jié)”芒。度SAP2境00余0籍第二類穩(wěn)汁定性計(jì)算疤結(jié)果如鳳圖廉4歷所示：棕圖中4灰取第二類穩(wěn)方定性計(jì)算告結(jié)果揚(yáng)室可圖中嫂，支A壓點(diǎn)壓力數(shù)拳值效為特1642嘉56k乓N江，指塔使森用階段遇芽到的最大鉤壓力往；懸B圣點(diǎn)壓力數(shù)牧值估為之2570僻48k眉N謝，指塔達(dá)罵到彈性極翻限壓力翁；帽C孝點(diǎn)壓力數(shù)饒值患為柳3861桶16k馳N靜，指塔達(dá)較到塑性極估限壓力約；芳C肢點(diǎn)壓力數(shù)希值爹為股2298論69k羅N賴，指塔失民穩(wěn)后大變喘形駐點(diǎn)古；蜻C貢D墳段曲線為馬第二類失仇穩(wěn)曲線。譽(yù)S跑AP20遲0獅0居分析結(jié)果掉顯示，塔寫在最不利置狀態(tài)下，儉尚處于彈奴性階段，刃安全系數(shù)川為租3861屈16/1唐6425瘡6=2.受3幼，這與彈負(fù)塑性穩(wěn)定返簡(jiǎn)化分析匙結(jié)果虛=2.狹9給較接近且奮滿足要求蓮。3結(jié)語論輪本文在對(duì)摘穩(wěn)定問題召的基本理座論進(jìn)行論不述后，通污過彈性與腸彈塑性穩(wěn)病定簡(jiǎn)化分帽析方法分讀析獨(dú)塔單六索面斜拉抖橋主塔穩(wěn)娘定性，并寸用峰SAP2鎖00摘0貫有限元程愧序進(jìn)行了久計(jì)算驗(yàn)證援，證實(shí)