不同跨度斜拉桥变形的几何非线性效应分析.pdf

不同跨度斜拉桥变形的几何非线性效应分析 吕 明 (广东省公路勘察规划设计院有限公司，广州 510507) 摘 要：以三座不同跨度斜拉桥为工程背景，按线性、只考虑斜拉索垂度的部分几何非线性和完全几何非线性 三种模式计算 了结构施工全过程的效应，主要分析了悬臂施工过程中起吊和拉索两个控制工况的几何非线性 效应 ，结果表明：对于每座斜拉桥来说，施工过程中主梁的竖向变形以及非线性影响随着悬臂长度的增加而增 大 ，在悬臂长度达到一定值后 ，非线性效应的趋势有所加强；对于不同跨度的斜拉桥来说，主梁竖向变形的非 线性效应随着跨度的不断增大 ，非线性的效应逐渐增大，而且增大的趋势有所加剧 ；斜拉索垂度效应在斜拉桥 几何非线性影响因素中起主导作用，随着悬臂长度的增大，所占的比重逐渐增大。 关键词： 几何非线性效应；主梁变形；起 吊；拉索 现出明显的几何非线性行为_2J。特别是在施工过 1 概述 程中，由于斜拉桥 尚未合龙，其结构整体刚度较 几何非线性问题，就是放弃小位移假定，从几 低，且大部分索力和成桥索力相比都较小，斜拉桥 何上严格分析单元体的尺寸、形状变化，得到非线 表现出更大的变形 ，导致施工过程中的几何非线 性的几何运动方程，从而造成基本控制方程的非 性问题更为突出。归纳起来，斜拉桥的几何非线 线性问题。结构刚度除了与材料及初始构形有关 性效应主要有三方面因素：斜拉索的垂度效应、 外，与荷载作用后的应力、位移状态也有关。对线 梁一柱效应和大位移效应 J。 性问题，一般是根据变形前的位置来建立平衡方 本文主要针对苏通长江大桥 (主跨 1088m)、 程，因为其问题的基本特征不因变形而改变。但 南京长江三桥 (主跨648m)、安庆长江大桥 (主跨 对几何非线性问题 ，由于位移较大，荷载一变形关 510m)三座有代表性的钢箱梁斜拉桥，进行分析比 系为非线性，此时叠加原理不再适用，整个结构的 较，最后得出结论。 平衡方程应按变形以后的位置来建立。桥梁工程 2 施工控制工况及非线性影响的定义 中柔性桥梁结构的恒载状态确定问题；柔性结构 的恒、活载计算问题；桥梁结构的稳定分析问题等 目前国内外大跨度钢箱梁斜拉桥的施工都采 均属于几何非线性问题范畴…。 用悬臂拼装法，悬臂拼装法通常可分为五个基本 大跨度斜拉桥是高次超静定结构，即使在正 步骤：1．起吊；2．精匹焊接；3．一张；4．吊机前移；5． 常荷载作用下，往往会产生较大位移，结构几何形 二张。图1所示为从一片钢箱梁起 吊到下一片钢 状发生显著的变化，整个结构由于有限变形而表 箱梁起 吊的一个循环施工过程 。 2．调整粱段标高、精匹配、 3．斜拉索挂索，第一 环缝焊接、形成体系。 次张拉斜拉索。 。 4．吊机前移就位 5．第二次张拉斜拉索 吊下一粱段． L—— — 图I 钢箱梁标准梁段施工顺序示意图 · 5 · 施工控制工况