橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究ppt課件

1、橋梁施工用組合鋼塔構(gòu)造橋梁施工用組合鋼塔構(gòu)造分析與研討分析與研討碩士學(xué)位論文爭(zhēng)辯1橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究論文綱要第一章 緒論第二章 組合式鋼塔設(shè)計(jì)方案擬定與計(jì)算模型 第三章 施工索塔構(gòu)造非線性分析實(shí)際 第四章 索塔整體構(gòu)造受力分析第五章 索塔部分節(jié)點(diǎn)有限元分析 結(jié)論2橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究第一章 緒論 1.1選題背景 橋梁為跨越構(gòu)造物，施工過(guò)程比起成橋運(yùn)用期來(lái)說(shuō)雖然時(shí)間短暫，但對(duì)復(fù)雜構(gòu)造而言，施工過(guò)程的構(gòu)造行為并不一定比成橋后的簡(jiǎn)單。橋梁施工技術(shù)是橋技術(shù)的重要組成部分，而且往往成為關(guān)鍵技術(shù)。 大跨度拱橋的無(wú)支架施工，多采用斜拉扣掛法。國(guó)內(nèi)，跨度在350m550m的巫山長(zhǎng)江大

2、橋、菜園壩長(zhǎng)江大橋、南寧永和大橋、盧浦大橋等均采用該法建成。隨著拱橋跨徑的增大，吊裝的節(jié)段分量相應(yīng)添加。同時(shí)，吊裝高度也相應(yīng)加大，施工過(guò)程中纜索吊裝系統(tǒng)包括主索塔和扣掛系統(tǒng)包括扣索塔受載復(fù)雜，施工方法對(duì)構(gòu)造的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性提出了很高的要求。同時(shí)，由于暫時(shí)索塔的桿件和節(jié)點(diǎn)眾多，計(jì)算復(fù)雜，且有非線性表現(xiàn)，至今沒(méi)有公用的計(jì)算分析軟件。在施工中，施工技術(shù)人員假設(shè)只憑閱歷用簡(jiǎn)單驗(yàn)算來(lái)設(shè)計(jì)，那么會(huì)導(dǎo)致橋梁施工中存在著相當(dāng)大的事故隱患。對(duì)南寧大橋纜索吊裝斜拉扣掛過(guò)程中的暫時(shí)施工索塔進(jìn)展全面的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算及研討很有必要性。3橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 1.2鋼管混凝土鋼箱拱橋施工方法簡(jiǎn)介主

3、要有支架施工法、斜拉懸臂法、轉(zhuǎn)體法、纜索吊掛法、大節(jié)段吊裝法等施工方法。對(duì)國(guó)內(nèi)跨徑超越100m的鋼管混凝土拱橋施工方法的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表 施工方法斜拉懸臂轉(zhuǎn)體支架其他小計(jì)拱支橋上承式531110有推力中承式394346飛鳥(niǎo)式1143119下承式鋼架系桿拱913114小計(jì)641210389拱梁組合體系426113其他431320合計(jì)7217294122由上表和圖可見(jiàn)，鋼管混凝土拱橋中最常用的架設(shè)方法是斜拉懸臂法，其次是轉(zhuǎn)體法和支架法。對(duì)于拱支橋來(lái)說(shuō)，采用斜拉懸臂法的占了72 。圖？架設(shè)方法與跨徑的關(guān)系 4橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究1.3 1.3 斜拉懸臂纜索吊裝體系簡(jiǎn)介斜拉懸臂纜索吊裝體系簡(jiǎn)介

4、斜拉懸臂纜索吊裝施工體系包括纜索吊裝系統(tǒng)、斜拉扣掛系統(tǒng)、索塔、穩(wěn)斜拉懸臂纜索吊裝施工體系包括纜索吊裝系統(tǒng)、斜拉扣掛系統(tǒng)、索塔、穩(wěn)定風(fēng)纜系統(tǒng)和錨碇五部分。斜拉懸臂纜索吊裝法施工總體布置表示見(jiàn)以下圖定風(fēng)纜系統(tǒng)和錨碇五部分。斜拉懸臂纜索吊裝法施工總體布置表示見(jiàn)以下圖1.4 斜拉懸臂纜索吊裝施工用索塔斜拉懸臂纜索吊裝施工用索塔 索塔方式多樣，受載復(fù)雜，是斜拉扣掛纜索吊裝系統(tǒng)中的關(guān)鍵施工設(shè)備。索塔方式多樣，受載復(fù)雜，是斜拉扣掛纜索吊裝系統(tǒng)中的關(guān)鍵施工設(shè)備。索塔的平安決議著橋梁施工的成敗，同時(shí)，索塔的經(jīng)濟(jì)與否又決議著施工工索塔的平安決議著橋梁施工的成敗，同時(shí)，索塔的經(jīng)濟(jì)與否又決議著施工工程造價(jià)的高低。下面

5、就索塔布置方式、索塔底部固定方式、吊扣一體化索塔程造價(jià)的高低。下面就索塔布置方式、索塔底部固定方式、吊扣一體化索塔吊塔與扣塔的銜接方式、索塔拼裝桿件的類(lèi)型等方面討論索塔。吊塔與扣塔的銜接方式、索塔拼裝桿件的類(lèi)型等方面討論索塔。5橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 索塔布置方式 吊扣塔分別式 、吊扣塔一體式。東莞水道大橋吊扣分別式索塔 菜園壩長(zhǎng)江大橋索塔照片 巫山長(zhǎng)江大橋索塔照片 吊扣分別式索塔的優(yōu)點(diǎn)在于纜索系統(tǒng)和扣索系統(tǒng)獨(dú)立任務(wù)，互不干擾，有利于合龍穩(wěn)定與拱軸線調(diào)整，其缺陷在于構(gòu)造功能根本一樣的兩組索塔，大大添加了設(shè)備的投入和工程量，增大了工程造價(jià)，延伸了施工周期，且對(duì)施工場(chǎng)地有要求。吊扣一體化

6、索塔的優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省資料，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)顯著。此外，吊扣一體索塔還能縮短安裝工期，降低對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求。其缺陷在于纜索系統(tǒng)和扣索系統(tǒng)相互關(guān)擾，添加了施工控制的難度。6橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 索塔底部固定方式 兩種方式可拱選擇：鉸支和固定 。 塔底理想鉸接方式，其優(yōu)點(diǎn)是索塔的每肢立柱受力均勻，但容易產(chǎn)生過(guò)大的塔頂偏移，并且塔底鉸的費(fèi)鋼量很大； 塔底固接方式，優(yōu)點(diǎn)是底部用鋼量小且穩(wěn)定，其缺陷是索塔根部容易產(chǎn)生過(guò)大的彎矩，導(dǎo)致每肢立柱受力不均勻。 圖1.7 扣塔底部固定方式 圖1.8塔鉸鋼箱梁構(gòu)造 7橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究吊扣一體化索塔吊塔與扣塔的銜接方式吊塔與扣塔鉸接 、吊塔與扣塔剛接

7、、吊塔扣塔作為一個(gè)整體索塔設(shè)計(jì)。 圖1.9 吊塔與扣塔鉸接的構(gòu)造方式 圖1.10吊塔鉸腳表示圖 吊塔與扣塔鉸接的方式，使吊塔在實(shí)際上傳送極少的程度推力給扣塔，只是微小添加扣塔的豎向位移，最大限制地減少吊塔對(duì)扣塔的變位影響，不會(huì)添加拱肋線型的調(diào)整難度，確保整個(gè)系統(tǒng)平安運(yùn)轉(zhuǎn)。 國(guó)內(nèi)的菜園壩大橋、巫山長(zhǎng)江大橋、茅草街大橋等施工索塔均采用吊塔與扣塔鉸接的方式。8橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究索塔拼裝桿件的類(lèi)型 索塔按所采用的資料可分為木質(zhì)索塔和鋼索塔；鋼索塔塔身普通采用萬(wàn)能桿件、六四式軍用梁、貝雷架組拼 。 橋梁施工常備式構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)是自重輕，搬運(yùn)、安裝、裝配均很方便，可多次反復(fù)運(yùn)用，經(jīng)濟(jì)效果好 。其

8、缺陷也是顯而易見(jiàn)的，當(dāng)索塔高度、寬度和作用在索塔上的荷載較大時(shí)，會(huì)呵斥用鋼量劇增、自重增大、承載力缺乏、拼裝作業(yè)繁重等不利問(wèn)題。 因此，在設(shè)計(jì)橋梁施工用索塔時(shí)，假設(shè)有目的的運(yùn)用空心鋼管、型鋼和萬(wàn)能桿件等構(gòu)件進(jìn)展組合，那么可以充分發(fā)揚(yáng)鋼管軸向承載力大、構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 國(guó)內(nèi)的南寧永和大橋、重慶巫山長(zhǎng)江大橋的施工用吊扣一體化索塔均采用鋼管、型鋼和萬(wàn)能桿件組合而成。 9橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究對(duì)國(guó)內(nèi)斜拉懸臂纜索吊裝施工用索塔的統(tǒng)計(jì)分析 由論文第9頁(yè)表1.2可知，施工索塔構(gòu)造布置方式多樣，拼接桿件多樣，索塔尺寸不一，最大吊重亦不同。其中重慶菜園壩長(zhǎng)江大橋施工索塔在高度152m、最大起

9、吊分量4200kN方面是目前大跨度橋梁重力吊裝體系中的最高目的。而南寧大橋施工索塔在寬度109m、橫梁跨中載重豎向力約7000kN，程度力約1000kN方面是目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)索塔的最高目的，在索塔高度m、最大載重2500kN方面也居于前列程度。 1.5空心鋼管在橋梁施工中的運(yùn)用 空心鋼管的優(yōu)點(diǎn)：體型好，受風(fēng)力小，回轉(zhuǎn)半徑大，且各向同性空心。在施工中還有軸向承載力大、構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 空心鋼管廣泛運(yùn)用于橋梁各種施工方法中的暫時(shí)設(shè)備中 ，例如少支架架設(shè)中的暫時(shí)墩，轉(zhuǎn)體施工法中索塔，斜拉扣掛纜索吊裝中的索塔，三大段吊裝法中提升塔，本論文中均有舉例?？招匿摴苓€可作為暫時(shí)支架運(yùn)用于斜拉橋施工中，例

10、如在世界第一高橋法國(guó)米約(Millau)高架橋頂推架設(shè)中，各墩間的暫時(shí)支架用的就是鋼管桁架，截面尺寸12m12m，高可達(dá)270m。國(guó)內(nèi)的蘇通大橋架設(shè)過(guò)程中所用的暫時(shí)墩采用的也是鋼管桁架。10橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究空心鋼管的運(yùn)用前景鋼管混凝土桁架構(gòu)造 與空心鋼管桁架構(gòu)造 在受力性能方面前者優(yōu)于后者，而在施工平安方便、經(jīng)濟(jì)等方面后者優(yōu)于前者工程實(shí)例 巫山長(zhǎng)江大橋、丫髻沙大橋的施工塔架均采用的鋼管混凝土桁架構(gòu)造 。南寧永和大橋施工索塔、廣州新光大橋提升塔架等許多施工用索塔均采用空心鋼管拼裝 。前景 只需對(duì)構(gòu)造的整體桿件及部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)展詳細(xì)的受力計(jì)算，在確保平安的條件下，是完全可用運(yùn)用空心鋼管

11、的。法國(guó)米約高架橋架設(shè)過(guò)程11橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究第二章 組合式鋼塔設(shè)計(jì)方案擬定與計(jì)算模型 2.1工程概略2.1.1主橋概略 南寧大橋工程采用雙向六車(chē)道、城市主干路級(jí)規(guī)范，工程全長(zhǎng)1315米，其中主橋長(zhǎng)300.5米，引橋長(zhǎng)434米，引道長(zhǎng)580米，橋?qū)挕⒙坊鶎挾?5米。南寧大橋主橋采用300米跨徑曲線梁非對(duì)稱(chēng)外傾拱橋非對(duì)稱(chēng)肋拱橋，兩岸引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土延續(xù)箱梁，分別上跨兩岸濱江路 。12橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究2.1.2主橋上部構(gòu)造吊裝施工過(guò)程主橋上部構(gòu)造吊裝施工過(guò)程總體施工方案：總體施工方案：“先拱后梁、以拱承梁，鋼肋拱經(jīng)過(guò)斜拉扣掛懸臂拼裝先拱后梁、以拱承梁，鋼肋拱經(jīng)過(guò)

12、斜拉扣掛懸臂拼裝 拱肋架設(shè)采用拱肋架設(shè)采用“纜索吊機(jī)吊裝，斜拉扣掛方案纜索吊機(jī)吊裝，斜拉扣掛方案 ；主梁架設(shè)采用；主梁架設(shè)采用“纜索吊機(jī)吊裝，纜索吊機(jī)吊裝，拱肋支承方案拱肋支承方案 。13橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究2.1.3南寧大橋施工用纜索吊機(jī)引見(jiàn)南寧大橋施工用纜索吊機(jī)引見(jiàn) 每條拱肋共分為每條拱肋共分為15個(gè)吊裝節(jié)段，節(jié)段最小吊重個(gè)吊裝節(jié)段，節(jié)段最小吊重121.6t，最大吊重，最大吊重218.0t。全。全橋鋼箱梁分為橋鋼箱梁分為30個(gè)吊裝節(jié)段，階段最小吊重個(gè)吊裝節(jié)段，階段最小吊重119.3t，最大吊重，最大吊重.6t。 纜索吊機(jī)主跨采用纜索吊機(jī)主跨采用L452m，北岸上游邊跨，北岸上游

13、邊跨L1240m，北岸下游邊跨，北岸下游邊跨L2264m，南岸邊跨，南岸邊跨L3280m。全橋架設(shè)。全橋架設(shè)4組主索道，上下游各兩組，每組主索道設(shè)組主索道，上下游各兩組，每組主索道設(shè)計(jì)凈起吊才干計(jì)凈起吊才干110t，各采用，各采用2組纜索吊機(jī)對(duì)東、西側(cè)鋼拱肋進(jìn)展抬吊、采用內(nèi)側(cè)組纜索吊機(jī)對(duì)東、西側(cè)鋼拱肋進(jìn)展抬吊、采用內(nèi)側(cè)2組纜索吊機(jī)對(duì)鋼箱梁進(jìn)展抬吊組纜索吊機(jī)對(duì)鋼箱梁進(jìn)展抬吊 。 由于兩條拱肋向外傾斜，拱腳到跨中兩拱肋間距不斷增大，兩鋼箱拱中心線由于兩條拱肋向外傾斜，拱腳到跨中兩拱肋間距不斷增大，兩鋼箱拱中心線之間最大間隔可達(dá)之間最大間隔可達(dá)92.577m，因此主吊點(diǎn)必需可以橫向挪動(dòng)才干滿(mǎn)足拱肋吊

14、裝的，因此主吊點(diǎn)必需可以橫向挪動(dòng)才干滿(mǎn)足拱肋吊裝的要求。要求。在鋼拱肋吊裝時(shí)，西側(cè)在鋼拱肋吊裝時(shí)，西側(cè)2組索道最大橫移間隔為組索道最大橫移間隔為16.66m，東側(cè)，東側(cè)2組索道最大橫移間組索道最大橫移間隔為隔為14.39m。鋼箱梁吊裝時(shí)，西側(cè)索道從拱肋。鋼箱梁吊裝時(shí)，西側(cè)索道從拱肋8#節(jié)段位置橫移節(jié)段位置橫移38.89m，東側(cè)索道，東側(cè)索道從拱肋從拱肋8#節(jié)段位置橫移節(jié)段位置橫移29.54m 。 14橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究2.2組合式鋼索塔構(gòu)造擬定組合式鋼索塔構(gòu)造擬定2.2.1索塔構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)索塔構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)2.2.2索塔構(gòu)造設(shè)計(jì)原那么索塔構(gòu)造設(shè)計(jì)原那么滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件指點(diǎn)性施工組織設(shè)計(jì)

15、中對(duì)扣塔構(gòu)造承載和縱向構(gòu)造尺寸滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件指點(diǎn)性施工組織設(shè)計(jì)中對(duì)扣塔構(gòu)造承載和縱向構(gòu)造尺寸 的根本的根本 要求以及箱型梁節(jié)段吊裝內(nèi)凈空的要求；要求以及箱型梁節(jié)段吊裝內(nèi)凈空的要求；滿(mǎn)足纜索起重機(jī)最大吊裝滿(mǎn)足纜索起重機(jī)最大吊裝250t的要求；的要求；滿(mǎn)足索塔構(gòu)造構(gòu)件制造、運(yùn)輸、安裝、裝配的施任務(wù)業(yè)要求；滿(mǎn)足索塔構(gòu)造構(gòu)件制造、運(yùn)輸、安裝、裝配的施任務(wù)業(yè)要求；滿(mǎn)足索塔構(gòu)件可以反復(fù)利用，工程造價(jià)低的要求。滿(mǎn)足索塔構(gòu)件可以反復(fù)利用，工程造價(jià)低的要求。15橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 2.2.4索塔構(gòu)造設(shè)計(jì)引見(jiàn) 青山岸索塔總高128m，橫橋向總寬109.16m，順橋向塔底總寬18.52m，塔頂總寬6m；

16、蟠龍新城岸索塔總高m，橫橋向總寬109.16m，順橋向塔底總寬19.82m，塔頂總寬6m。兩索塔門(mén)式內(nèi)凈空65.08m。青山岸索塔總重1795t，蟠龍新城岸索塔總重1858t。 索塔采用組合式鋼塔構(gòu)造，主要由下部空心鋼管構(gòu)造、上部H型鋼扣塔、中間萬(wàn)能桿件橫梁、對(duì)拉錨梁、塔頂分配梁等部分組成 。 2.2.3索塔構(gòu)造設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和難點(diǎn)索鞍最大橫移間隔可達(dá)38.89m 。吊裝鋼箱梁時(shí)有強(qiáng)大的纜索吊裝力豎向力約7000kN，程度力約1000kN作用在65m橫梁的中部。外傾式的拱肋使得錨梁在索塔上的分布極為分散 以上特點(diǎn)決議了該索塔的受力與常規(guī)的索塔完全不同。如何設(shè)計(jì)橫梁，如何思索橫梁與兩側(cè)塔柱的聯(lián)絡(luò)，以

17、及扣錨索系統(tǒng)對(duì)索塔的影響等成為了該索塔設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。16橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究圖2.5 青山岸索塔構(gòu)造表示圖17橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究2.3作用在索塔上的荷載研討作用在索塔上的荷載研討2.3.1索塔構(gòu)造受力特點(diǎn)索塔構(gòu)造受力特點(diǎn)豎向荷載：豎向荷載：塔自重塔自重1740018000kN約約130kN/m扣錨索豎向分力扣錨索豎向分力18800kN纜索起重機(jī)豎向分力纜索起重機(jī)豎向分力7000kN纜風(fēng)索豎向分力纜風(fēng)索豎向分力2400kN總計(jì)總計(jì)45600kN，折算單管平均受力約，折算單管平均受力約3800kN程度荷載：程度荷載：纜索起重機(jī)程度分力纜索起重機(jī)程度分力1100kN風(fēng)荷載：風(fēng)

18、荷載：順橋向風(fēng)荷載順橋向風(fēng)荷載2320kN，約，約200kg/m2橫橋向風(fēng)荷載橫橋向風(fēng)荷載810kN，約，約260kg/m22.3.2構(gòu)造自重構(gòu)造自重2.3.3吊裝荷載吊裝荷載18橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究2.3.4扣索、錨索、纜風(fēng)索索力扣索、錨索、纜風(fēng)索索力 拱肋安裝過(guò)程的總體控制目的是拱肋安裝過(guò)程的總體控制目的是“在拱肋合龍時(shí)使拱肋各節(jié)點(diǎn)到達(dá)設(shè)計(jì)實(shí)際在拱肋合龍時(shí)使拱肋各節(jié)點(diǎn)到達(dá)設(shè)計(jì)實(shí)際軸線，即當(dāng)拱肋合龍后，松扣索及錨索前，各節(jié)點(diǎn)軸線，即當(dāng)拱肋合龍后，松扣索及錨索前，各節(jié)點(diǎn)Y向和向和Z向位移到達(dá)設(shè)計(jì)實(shí)向位移到達(dá)設(shè)計(jì)實(shí)際軸線，或誤差很小。際軸線，或誤差很小。 為了簡(jiǎn)化施工，防止頻繁調(diào)理錨

19、索及扣索索力，在施工為了簡(jiǎn)化施工，防止頻繁調(diào)理錨索及扣索索力，在施工過(guò)程中采取僅張拉當(dāng)前扣錨索的原那么，在拱肋合龍的前一階段調(diào)理全部錨索及過(guò)程中采取僅張拉當(dāng)前扣錨索的原那么，在拱肋合龍的前一階段調(diào)理全部錨索及扣索索力，使拱肋各節(jié)點(diǎn)到達(dá)設(shè)計(jì)實(shí)際軸線。根據(jù)以上原那么，優(yōu)化錨索、扣索、扣索索力，使拱肋各節(jié)點(diǎn)到達(dá)設(shè)計(jì)實(shí)際軸線。根據(jù)以上原那么，優(yōu)化錨索、扣索、橫向?qū)骷皞?cè)向風(fēng)纜索力。橫向?qū)骷皞?cè)向風(fēng)纜索力。 2.3.5風(fēng)荷載風(fēng)荷載 由于暫時(shí)施工用組合式鋼塔構(gòu)造的構(gòu)造體型不同于各種規(guī)范中列舉的由于暫時(shí)施工用組合式鋼塔構(gòu)造的構(gòu)造體型不同于各種規(guī)范中列舉的取值體型，確定其體型系數(shù)成為風(fēng)荷載計(jì)算中的難點(diǎn)。經(jīng)

20、過(guò)綜合比較各規(guī)取值體型，確定其體型系數(shù)成為風(fēng)荷載計(jì)算中的難點(diǎn)。經(jīng)過(guò)綜合比較各規(guī)范，最后采用范，最后采用GB 50009-2001作為風(fēng)荷載計(jì)算的作為風(fēng)荷載計(jì)算的根據(jù)。根據(jù)。2.4有限元模型研討有限元模型研討2.4.1索塔節(jié)點(diǎn)的處置索塔節(jié)點(diǎn)的處置空間桁架模型 空間剛架模型 混合單元模型 南寧大橋施工索塔的空心鋼管、H型鋼立柱按梁?jiǎn)卧幹?；銜接系桿件也按梁?jiǎn)卧幹?；跨中、塔頂萬(wàn)能桿件按空間桿單元處置。19橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 南寧大橋施工索塔整體模型分析中，空心鋼管、H型鋼柱、柱間的槽鋼銜接系、拱肋、肋間橫梁采用beam44建立，跨中、塔頂萬(wàn)能桿件采用link8建立，前扣索、后錨索

21、、壓塔索、纜風(fēng)采用link10建立。 塔腳節(jié)點(diǎn)按固接處置，索單元在跨中、拱肋和地壟處的節(jié)點(diǎn)也按固接處置，跨中拱肋節(jié)點(diǎn)按對(duì)稱(chēng)約束處置。20橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究第三章施工索塔構(gòu)造非線性分析實(shí)際 3.1引言引言吊扣一體化索塔這種構(gòu)造高度大，截面小，柔度大，且接受較大的軸向壓力與程吊扣一體化索塔這種構(gòu)造高度大，截面小，柔度大，且接受較大的軸向壓力與程度力。構(gòu)造具有很強(qiáng)的非線性效應(yīng)。不但索的受力和變形關(guān)系表現(xiàn)出非線性，而度力。構(gòu)造具有很強(qiáng)的非線性效應(yīng)。不但索的受力和變形關(guān)系表現(xiàn)出非線性，而且門(mén)架柱桿身在大的起吊荷載作用也存在明顯的且門(mén)架柱桿身在大的起吊荷載作用也存在明顯的P效應(yīng)。故采用思索幾

22、何非效應(yīng)。故采用思索幾何非線性的有限元方法對(duì)其進(jìn)展整體受載分析。線性的有限元方法對(duì)其進(jìn)展整體受載分析。在對(duì)部分節(jié)點(diǎn)有限元分析時(shí)，思索到詳細(xì)的細(xì)節(jié)構(gòu)造，在設(shè)計(jì)荷載下微小的部分在對(duì)部分節(jié)點(diǎn)有限元分析時(shí)，思索到詳細(xì)的細(xì)節(jié)構(gòu)造，在設(shè)計(jì)荷載下微小的部分區(qū)域難免會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中景象，應(yīng)力能夠會(huì)超越屈服點(diǎn)，此外，在極限荷載下我區(qū)域難免會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中景象，應(yīng)力能夠會(huì)超越屈服點(diǎn)，此外，在極限荷載下我們也需求察看節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)的開(kāi)展情況。同時(shí)，法蘭分析有其特殊性，要思索到法們也需求察看節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)的開(kāi)展情況。同時(shí)，法蘭分析有其特殊性，要思索到法蘭接頭各元件間的非線性相互作用上下盤(pán)面、盤(pán)面與螺栓等。因此，在對(duì)空蘭接頭各元件

23、間的非線性相互作用上下盤(pán)面、盤(pán)面與螺栓等。因此，在對(duì)空心管規(guī)范法蘭和異形承壓法蘭節(jié)點(diǎn)分析時(shí)，思索了資料非線性和接觸非線性。在心管規(guī)范法蘭和異形承壓法蘭節(jié)點(diǎn)分析時(shí)，思索了資料非線性和接觸非線性。在對(duì)有節(jié)點(diǎn)板銜接空心鋼管節(jié)點(diǎn)分析時(shí)，思索了幾何非線性和資料非線性。對(duì)有節(jié)點(diǎn)板銜接空心鋼管節(jié)點(diǎn)分析時(shí)，思索了幾何非線性和資料非線性。21橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究3.2幾何非線性有限元根本實(shí)際幾何非線性有限元根本實(shí)際 3.2.1總體拉格朗日列式法總體拉格朗日列式法(T.L) 3.2.2更新的拉格朗日列式法更新的拉格朗日列式法U.L3.3資料非線性有限元根本實(shí)際資料非線性有限元根本實(shí)際 3.3.1屈服準(zhǔn)

24、那么屈服準(zhǔn)那么 3.3.2流動(dòng)準(zhǔn)那么流動(dòng)準(zhǔn)那么 3.3.3強(qiáng)化準(zhǔn)那么強(qiáng)化準(zhǔn)那么 3.3.4 ANSYS資料模型資料模型 采用雙線性等向強(qiáng)化模型來(lái)表示鋼材的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，曲線包括采用雙線性等向強(qiáng)化模型來(lái)表示鋼材的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，曲線包括兩個(gè)斜率兩個(gè)斜率:彈性斜率彈性斜率(E)和塑性斜率和塑性斜率(ET)。 圖3.4 Q235B鋼資料應(yīng)力-應(yīng)變曲線 圖3.5 6.8級(jí)螺栓資料應(yīng)力應(yīng)變曲線22橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究3.4接觸非線性問(wèn)題引見(jiàn)接觸非線性問(wèn)題引見(jiàn) 3.4.1接觸問(wèn)題概述接觸問(wèn)題概述 3.4.2接觸問(wèn)題分類(lèi)接觸問(wèn)題分類(lèi) 3.4.3接觸問(wèn)題求解過(guò)程接觸問(wèn)題求解過(guò)程 3.4.4 An

25、sys接觸分析功能接觸分析功能3.5斜拉索幾何非線性處置方法斜拉索幾何非線性處置方法 由于斜拉索存在有一定的自重垂度，在拉力的作用下，其兩端發(fā)生由于斜拉索存在有一定的自重垂度，在拉力的作用下，其兩端發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而變形，使斜拉索內(nèi)力與變形關(guān)系是非線性的。思索這種非線相對(duì)運(yùn)動(dòng)而變形，使斜拉索內(nèi)力與變形關(guān)系是非線性的。思索這種非線性影響的一種方法還可以用多段直桿法、曲線索單元法等是把斜拉性影響的一種方法還可以用多段直桿法、曲線索單元法等是把斜拉索視為與它的弦長(zhǎng)等長(zhǎng)度的桁架直桿，并引入索視為與它的弦長(zhǎng)等長(zhǎng)度的桁架直桿，并引入Ernst公式來(lái)修正其資料彈公式來(lái)修正其資料彈性模量。性模量。2223112o

26、eqXoEEw LEA其中：Lx 斜拉索的程度投影長(zhǎng)度；Eo 垂直索的彈性模量；w 鋼索單位長(zhǎng)度的重力；A 鋼索中鋼絲的橫截面面積； 鋼索中的應(yīng)力。23橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究3.6非線性有限元方程的求解方法非線性有限元方程的求解方法 求解非線性方程的根本思想，是把非線性方程逐漸線性化，經(jīng)過(guò)迭求解非線性方程的根本思想，是把非線性方程逐漸線性化，經(jīng)過(guò)迭代使其逼近真實(shí)解。常用的幾種方法：直接法，增量法，迭代法和弧長(zhǎng)代使其逼近真實(shí)解。常用的幾種方法：直接法，增量法，迭代法和弧長(zhǎng)法。法。3.6.1直接求解法直接求解法3.6.2增量法增量法3.6.3迭代法迭代法3.6.4弧長(zhǎng)法弧長(zhǎng)法3.6.5收

27、斂準(zhǔn)那么收斂準(zhǔn)那么24橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究第四章 索塔整體構(gòu)造受力分析 4.2施工階段劃分 根據(jù)全橋施工流程，有限元模型的共劃分為46個(gè)施工階段，詳細(xì)施工階段劃分見(jiàn)P50 表4.1 。計(jì)算時(shí)分4種受載形狀對(duì)索塔受力進(jìn)展計(jì)算： 1、吊裝鋼拱肋階段索塔各桿件的受力情況，不思索風(fēng)荷載作用。2、張拉扣索階段索塔各桿件的受力情況，不思索風(fēng)荷載作用。3、吊裝鋼箱梁階段索塔各桿件的受力情況，不思索風(fēng)荷載作用。4、思索風(fēng)荷載作用的不利影響，選取鋼箱拱肋最大懸臂階段102、104與順橋向和橫橋向風(fēng)荷載作用分別組合，計(jì)算索塔各桿件的受力情況。 4.3索塔內(nèi)力及應(yīng)力分析索塔內(nèi)力及應(yīng)力分析 4.3.1空心

28、鋼管及空心鋼管及H型鋼立柱型鋼立柱 索塔立柱是分析的重點(diǎn)，為了解索塔立柱在各工況下的內(nèi)力、應(yīng)力分布及變索塔立柱是分析的重點(diǎn)，為了解索塔立柱在各工況下的內(nèi)力、應(yīng)力分布及變化情況，按四種工況對(duì)其進(jìn)展分析及驗(yàn)算?；闆r，按四種工況對(duì)其進(jìn)展分析及驗(yàn)算。吊裝鋼拱肋階段吊裝鋼拱肋階段 索塔立柱內(nèi)力分析索塔立柱內(nèi)力分析25橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 圖4.2各工況下鋼管軸力最值分布 圖4.3各工況下H型鋼軸力最值分布 由上圖可見(jiàn)，各工況鋼管、大H型鋼立柱軸力最值均發(fā)生在內(nèi)側(cè)立柱處，并隨著施工工況的進(jìn)展而增大。在工況10吊裝鋼箱拱肋W8、E8階段到達(dá)最大值。鋼管立柱最大軸力值為-5477kN，發(fā)生在西拱

29、靠岸側(cè)內(nèi)側(cè)鋼管最頂部桿件。大H型鋼立柱最大軸力值為-4378kN，發(fā)生在西拱靠岸側(cè)內(nèi)側(cè)立柱最底部桿件。26橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 圖4.4鋼管軸力圖N 圖4.5鋼管順橋向剪力圖N圖4.6鋼管順橋向彎矩圖Nm 圖4.7鋼管橫橋向彎矩圖Nm 圖4.8大H型鋼軸力圖(N) 圖4.9小H型鋼立柱軸力圖(N) 27橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究B.索塔立柱應(yīng)力分析 圖4.10鋼管軸力產(chǎn)生的應(yīng)力S軸力 圖4.11鋼管組合應(yīng)力Smin 圖 4.12型鋼柱軸力產(chǎn)生的應(yīng)力S軸力 圖4.13型鋼柱組合應(yīng)力SminS軸力-MPaSmin-160MPaS軸力-152MPaSmin-185MPa28橋梁施工

30、用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究表4.2立柱應(yīng)力最值匯總表單位：MPa項(xiàng)目空心鋼管立柱型鋼大立柱型鋼小立柱外側(cè)中間內(nèi)側(cè)外側(cè)中間內(nèi)側(cè)立柱及斜腿SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力MIN-156-124-154-123-160-137-121-100-122-109-185-152-156-113162162162172172180143應(yīng)力比0.770.760.850.580.630.850.79由圖4.104.13及表4.2可以看出，各工況下索塔立柱的應(yīng)力均在允許范圍以?xún)?nèi)。值得留意的是，軸力最大處桿件的應(yīng)力并不一定最大。也就是說(shuō)最大軸力產(chǎn)生

31、的應(yīng)力和最大應(yīng)力不一定在同一位置。應(yīng)力空心鋼管立柱大H型鋼立柱min 比例軸力比例min 比例軸力比例最大處最大處最大處最大處min-160.351-152.151-185.061-170.391軸力-123.4377.00%-136.7689.90%-130.2470.40%-150.888.50%momy-36.0222.50%-12.17.90%-31.617.10%-0.430.30%momz-0.90.60%-3.32.20%-23.2212.50%-19.1611.20%表4.3立柱組合應(yīng)力min分解表單位：MPa29橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究張拉扣、錨索階段張拉扣、錨索階段

32、 A.索塔立柱內(nèi)力分析 圖4.14 各工況下鋼管軸力最值分布 圖4.15各工況下H型鋼軸力最值分布各工況鋼管、大H型鋼立柱軸力最值均發(fā)生在內(nèi)側(cè)立柱處，并隨著施工工況的進(jìn)展而增大。在工況9-4張拉扣索WKS7階段到達(dá)最大值。鋼管立柱最大軸力值為-5421kN，發(fā)生在西拱靠岸側(cè)內(nèi)側(cè)鋼管最頂部桿件。大H型鋼立柱最大軸力值為-4355kN，發(fā)生在西拱靠岸側(cè)內(nèi)側(cè)立柱最底部桿件。30橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究B.索塔立柱應(yīng)力分析 圖4.16鋼管軸力產(chǎn)生的應(yīng)力S軸力 圖4.17鋼管組合應(yīng)力Smin 圖 4.18型鋼柱軸力產(chǎn)生的應(yīng)力S軸力 圖4.19型鋼柱組合應(yīng)力SminS軸力-MPaS軸力-151MP

33、aSmin-156MPaSmin-173MPa31橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究項(xiàng)目空心鋼管立柱型鋼大立柱型鋼小立柱外側(cè)中間內(nèi)側(cè)外側(cè)中間內(nèi)側(cè)立柱及斜腿SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力MIN-147-118-136-109-156-135-101-80-117-101-173-151-149-112162162162172172180143應(yīng)力比0.730.670.840.460.590.840.78表4.4立柱應(yīng)力最值匯總表單位：MPa由圖4.16圖4.19及表4.4可以看出，各工況下索塔立柱的應(yīng)力均在允許范圍以?xún)?nèi)。吊裝鋼箱梁

34、工況吊裝鋼箱梁工況A.索塔立柱內(nèi)力分析圖4.20各工況下鋼管軸力最值分布 圖4.21各工況下H型鋼軸力最值分布32橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究立柱軸力在工況L13吊裝13號(hào)鋼箱梁階段到達(dá)最大值。鋼管立柱最大軸力值為-3428kN，發(fā)生在東拱靠河心側(cè)內(nèi)側(cè)鋼管最頂部桿件。大H型鋼立柱最大軸力值為-2670kN，發(fā)生在東拱靠河心側(cè)內(nèi)側(cè)立柱最底部桿件。 圖4.22鋼管軸力圖N 圖4.23鋼管順橋向剪力圖N 圖4.24鋼管順橋向彎矩圖Nm 圖4.25鋼管橫橋向彎矩圖Nm 圖4.26大H型鋼軸力圖(N) 圖4.27小H型鋼立柱軸力圖(N) 33橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 由以上分析可知，吊裝鋼箱

35、梁階段，各工況下的立柱內(nèi)力均比吊裝鋼拱肋階段、張拉扣錨索階段要小的多，究其緣由，那么是在吊裝鋼箱梁階段，索塔上的扣錨索曾經(jīng)撤除，作用在索塔上的荷載減小頗多。同時(shí)由于主索索鞍橫移至萬(wàn)能桿件橫梁跨中，其受力形狀與前述工況不同：內(nèi)側(cè)鋼管立柱頂部桿件軸力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中間和外側(cè)鋼管立柱頂部桿件軸力；內(nèi)側(cè)型鋼立柱桿件軸力也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中間和外側(cè)型鋼立柱桿件軸力；萬(wàn)能桿件橫梁此時(shí)處于最不利受載形狀。 B.索塔立柱應(yīng)力分析圖4.28鋼管軸力產(chǎn)生的應(yīng)力S軸力 圖4.29鋼管組合應(yīng)力SminS軸力-86MPaSmin-105MPa34橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 圖4.30型鋼柱軸力產(chǎn)生的應(yīng)力S軸力 圖4.31型

36、鋼柱組合應(yīng)力Smin項(xiàng)目空心鋼管立柱型鋼大立柱型鋼小立柱外側(cè)中間內(nèi)側(cè)外側(cè)中間內(nèi)側(cè)立柱及斜腿SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力MIN-85-69-79-63-105-86-35-24-52-38-122-93-121-81162162162172172180143應(yīng)力比0.430.390.530.140.220.520.57表4.5立柱應(yīng)力最值匯總表單位：MPa由圖4.284.31及表4.5可以看出，各工況下索塔立柱的應(yīng)力均在允許范圍以?xún)?nèi)。S軸力-93MPaSmin-122MPa35橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究風(fēng)荷載作用思索風(fēng)荷

37、載作用時(shí)僅將其與安裝扣、錨索階段荷載組合，不與吊裝階段荷載組合。本部分中選取安裝鋼箱拱肋E8、W8節(jié)段工況與順、橫橋向風(fēng)荷載進(jìn)展組合，思索的風(fēng)荷載工況如下：10(順風(fēng))10-2(順風(fēng))安裝W8節(jié)段10-4(順風(fēng))安裝E8節(jié)段10(橫風(fēng))10-2(橫風(fēng))安裝W8節(jié)段10-4(橫風(fēng))安裝E8節(jié)段A.索塔立柱內(nèi)力分析圖4.32各工況下鋼管軸力最值分布 圖4.33各工況下H型鋼軸力最值分布-5583kN-4460kN36橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 由于橫橋向沒(méi)有浪風(fēng)索約束索塔位移，故在張拉扣索階段，對(duì)索塔受力來(lái)說(shuō)，組合橫橋向的風(fēng)荷載要比組合順橋向的風(fēng)荷載更為不利。圖4.34鋼管軸力圖N 圖4.3

38、5鋼管順橋向剪力圖N 圖4.36鋼管順橋向彎矩圖Nm 圖4.37鋼管橫橋向彎矩圖Nm圖4.38大H型鋼軸力圖 (N) 圖4.39 小H型鋼立柱軸力圖 (N) 37橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究B.索塔立柱應(yīng)力分析圖4.40鋼管軸力產(chǎn)生的應(yīng)力S軸力 圖4.41鋼管組合應(yīng)力Smin圖4.42型鋼柱軸力產(chǎn)生的應(yīng)力S軸力 圖4.43型鋼柱組合應(yīng)力SminS軸力-MPaSmin-161MPaS軸力-155MPaSmin-189MPa38橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究施工空心鋼管立柱型鋼大立柱型鋼小立柱工況外側(cè)中間內(nèi)側(cè)外側(cè)中間內(nèi)側(cè)立柱、斜腿SminS軸力SminS軸力SminS軸力SminS軸力Smi

39、nS軸力SminS軸力SminS軸力MIN-159-130-140-116-161-139-107-86-119-102-189-155-162-114162162162172172180143應(yīng)力比0.810.680.860.50.580.860.8表4.7 立柱應(yīng)力匯總表 單位：MPa應(yīng)力空心鋼管立柱大H型鋼立柱min 最大處比例軸力比例min 最大處比例軸力比例最大處最大處min-160.631-156.841-188.511-173.831軸力-122.4976.30%-139.3988.90%-133.7270.90%-154.4788.90%momy-35.622.20%-12.4

40、88.00%-22.3511.90%-0.20.10%momz-2.541.60%-4.973.20%-32.4417.20%-19.1611.00%由圖4.404.43及表4.7可以看出，各工況下索塔立柱的應(yīng)力均在允許范圍以?xún)?nèi)。由于軸力最大處桿件的應(yīng)力并不一定最大。因此有必要分析一下最大組合應(yīng)力的構(gòu)成，即軸力和兩方向彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)總應(yīng)力的奉獻(xiàn)。表4.8立柱組合應(yīng)力min分解表(MPa)39橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究4.3.2索塔結(jié)合系受力分析索塔結(jié)合系受力分析對(duì)截面有減弱的桿件，應(yīng)做凈截面強(qiáng)度驗(yàn)算，即nNfA 對(duì)出現(xiàn)軸心壓力的桿件進(jìn)展穩(wěn)定計(jì)算，即NfA 對(duì)構(gòu)件進(jìn)展最大長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算，根據(jù)

41、，有150200350受壓弦桿、斜桿、橫桿 輔助桿 受拉桿 對(duì)于索塔銜接系桿件，我們?nèi)〕鐾瑢觾?nèi)同種桿件的最大壓力值和最大拉力值進(jìn)展驗(yàn)算。由論文由P65P67表4.9表4.11可知，索塔銜接系桿件滿(mǎn)足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求 40橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究4.3.3萬(wàn)能桿件受力分析萬(wàn)能桿件受力分析 南寧大橋施工用組合式鋼索塔的橫梁及扣塔塔頂2m高度范圍內(nèi)的桿件均為萬(wàn)能桿件拼接而成，在布置萬(wàn)能桿件時(shí)按照力線的走向，在受力大的地方布置4肢桿件，在受力小的地方布置2肢桿件。這樣既可以減輕橫梁自重，滿(mǎn)足受力要求，又可以節(jié)省鋼材。論文中P68表4.12列出了各施工階段下索塔萬(wàn)能桿件軸力最值與控制允許應(yīng)力的

42、比較。各萬(wàn)能桿件的最大軸力均小于控制允許應(yīng)力。 下面兩圖為吊裝鋼箱梁L13時(shí)，4N1和2N3、4N3的軸力圖。 圖4.44 4N1軸力圖N 圖4.45 2N3、4N3軸力圖N41橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究以下圖為吊裝鋼箱梁L13節(jié)段時(shí)，橫梁最上面4根4N1上弦和最下面4根4N1下弦桿的軸力分布情況圖中坐標(biāo)原點(diǎn)為橫梁跨中，負(fù)值方向?yàn)槲鞴啊⒄捣较驗(yàn)闁|拱。由于遭到豎向力和程度分力的組協(xié)作用，塔頂橫梁靠岸側(cè)4N1跨中桿件軸壓力最大，為-1510kN，靠河心側(cè)4N1跨中桿件軸壓力為-630kN。橫梁底部靠河心側(cè)4N1跨中桿件軸拉力最大，為1128kN，靠岸側(cè)4N1跨中桿件軸拉力為733kN。42

43、橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究4.4索塔位移分析索塔位移分析論文中P69表4.13列出了各施工工況下索塔順橋向及橫橋向位移值。 從表中可以看出，在張裝索塔階段，在索塔通纜風(fēng)索每組初始程度安裝力為500kN及索塔后纜風(fēng)索每組初始程度安裝力為700kN的作用下，青山岸索塔向岸預(yù)偏6cm左右。順橋向索塔最大位移為106.8mm，發(fā)生在吊裝東拱1號(hào)鋼拱肋節(jié)段工況。此時(shí)， 滿(mǎn)足塔腳固接時(shí)對(duì)鋼構(gòu)造塔頂位移 的限制值的規(guī)定。隨著施工的進(jìn)展，越來(lái)越多的索對(duì)索塔產(chǎn)生較強(qiáng)的約束，此時(shí)索塔位移可以得到很好的控制 。圖4.47工況3-1的UZ(順橋向)位移表示圖/10.68/126001/1180h/10.68/1

44、26001/1180h/400126/400315Hmm43橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究4.5索塔整體穩(wěn)定性分析索塔整體穩(wěn)定性分析4.5.1等效壓桿法驗(yàn)算索塔整體穩(wěn)定性等效壓桿法驗(yàn)算索塔整體穩(wěn)定性等效壓桿法驗(yàn)算主塔穩(wěn)定性的計(jì)算公式如下： NF 整體穩(wěn)定驗(yàn)算： 424560 10109.491822 0.9435 0.2207NNMPaMPaFm滿(mǎn)足規(guī)范要求。44橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究4.5.2空間有限元法驗(yàn)算索塔整體穩(wěn)定性空間有限元法驗(yàn)算索塔整體穩(wěn)定性 下表4.14列出了各施工階段下索塔一階整體穩(wěn)定系數(shù)，其中最不利工況為10-4(順風(fēng))，其一階穩(wěn)定系數(shù)為6.183，構(gòu)造失穩(wěn)發(fā)生在

45、索塔西拱側(cè)底部220a和216a銜接系桿件。圖4.48為該工況下的索塔失穩(wěn)模態(tài)。45橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究圖4.48施工階段10-4(順風(fēng))索塔一階失穩(wěn)模態(tài)表示圖=6.18以上兩種方法闡明：不論是采用等效壓桿方法來(lái)驗(yàn)算索塔的整體穩(wěn)定承載才干，還是采用空間有限元方法來(lái)驗(yàn)算索塔的特征值穩(wěn)定系數(shù)，南寧大橋施工用組合式鋼索塔設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足整體穩(wěn)定的要求。46橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究4.6本章小結(jié)本章小結(jié) 本章利用思索了幾何非線性的有限元方法對(duì)青山岸索塔系統(tǒng)進(jìn)展整體受載分析，得到如下結(jié)論： 由于索塔構(gòu)造與常規(guī)橋梁施工用索塔構(gòu)造方式不同，索塔立柱的最大內(nèi)力發(fā)生在內(nèi)側(cè)鋼管立柱頂部，而不是發(fā)生在

46、塔底桿件處。對(duì)索塔立柱和結(jié)合系桿件來(lái)講，安裝合龍段西拱8號(hào)鋼拱肋節(jié)段+橫向風(fēng)荷載時(shí)為最不利施工階段。對(duì)萬(wàn)能桿件橫梁來(lái)講，跨中吊裝鋼箱梁時(shí)，萬(wàn)能桿件處于最不利受力形狀。 計(jì)算構(gòu)造闡明，各施工工況下索塔構(gòu)造構(gòu)件應(yīng)力或承載才干均能滿(mǎn)足規(guī)范的要求。 吊裝東拱1號(hào)鋼拱肋節(jié)段時(shí)索塔發(fā)生最大順橋向位移106.8mm，滿(mǎn)足施工控制對(duì)塔頂位移的要求 等效壓桿法和空間有限元方法計(jì)算結(jié)果闡明，索塔滿(mǎn)足整體穩(wěn)定的要求。47橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究第五章 索塔部分節(jié)點(diǎn)有限元分析 5.2空心鋼管規(guī)范法蘭受力分析空心鋼管規(guī)范法蘭受力分析5.2.1有限元計(jì)算模型有限元計(jì)算模型圖5.4第一類(lèi)規(guī)范法蘭模型平面及三維圖圖5

47、.5第二類(lèi)規(guī)范法蘭模型平面及三維圖48橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究5.2.2有限元計(jì)算結(jié)果分析有限元計(jì)算結(jié)果分析5.2.2.1法蘭接頭的極限承載力確實(shí)定法蘭接頭的極限承載力確實(shí)定 有限元模型計(jì)算中采用位移增量加載方式，將鋼管一端邊境固結(jié)，另一端施加位移。一共設(shè)置60個(gè)時(shí)間子步，每一個(gè)時(shí)間子步施加0.5mm的豎向位移(Z方向) 圖5.6荷載-位移曲線圖荷載值2140kN是第一類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的屈服荷載 ；荷載值5352kN是第二類(lèi)規(guī)范法蘭的屈服荷載 ；第二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的屈服荷載約為第一類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)屈服荷載的2.5倍 。49橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究5.2.2.2法蘭變形及彎矩分布法蘭

48、變形及彎矩分布圖5.8兩類(lèi)法蘭節(jié)點(diǎn)在屈服荷載下的變形圖(單位：mm)放大倍數(shù)2050橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究5.2.2.3法蘭應(yīng)力分析法蘭應(yīng)力分析對(duì)空心鋼管、加勁肋的應(yīng)力分析a一類(lèi)規(guī)范法蘭 b二類(lèi)規(guī)范法蘭圖5.9屈服荷載下兩類(lèi)規(guī)范法蘭不包括螺栓的等效應(yīng)力云圖MPa 在鋼材用量添加有限的條件下，第二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)要比第一類(lèi)規(guī)范法蘭的資料利用率高，在抗拉性能方面，第二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)也更接近于與管桿等強(qiáng)。51橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究對(duì)銜接螺栓的應(yīng)力分析a一類(lèi)規(guī)范法蘭 b二類(lèi)規(guī)范法蘭 圖5.10屈服荷載下兩類(lèi)規(guī)范法蘭螺栓的等效應(yīng)力云圖MPa490MPa 26MPa 497MPa 20M

49、Pa 52橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究其他強(qiáng)度實(shí)際下的應(yīng)力云圖圖5.11屈服荷載下兩類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的z方向應(yīng)力云圖圖5.12屈服荷載下兩類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的第一強(qiáng)度實(shí)際應(yīng)力云圖53橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究圖5.13屈服荷載下兩類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的第二強(qiáng)度實(shí)際應(yīng)力云圖圖5.14屈服荷載下兩類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的第三強(qiáng)度實(shí)際應(yīng)力云圖54橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 圖5.11圖5.14詳細(xì)展現(xiàn)了法蘭節(jié)點(diǎn)圖中沒(méi)有包括螺栓在各個(gè)應(yīng)力強(qiáng)度實(shí)際下的主應(yīng)力分布。由于所加荷載為鋼管的軸向方向，因此，Z方向的應(yīng)力云圖也一并列出。 由Z方向應(yīng)力云圖，第一強(qiáng)度實(shí)際最大拉應(yīng)力實(shí)際及第二強(qiáng)度實(shí)際最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變實(shí)際應(yīng)力

50、云圖可知，鋼管與法蘭板的焊縫銜接處，加勁肋板與鋼管的銜接端頭，加勁肋板與法蘭板焊縫銜接處的應(yīng)力集中主要是由拉應(yīng)力引起的。 由第三強(qiáng)度實(shí)際最大剪應(yīng)力實(shí)際應(yīng)力云圖可以看到，法蘭板螺栓孔周?chē)膽?yīng)力集中主要是由螺栓與法蘭板之間的擠壓所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力所引起的。節(jié)點(diǎn)區(qū)的應(yīng)力分布及塑性區(qū)擴(kuò)展一類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=745 kN 二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=2080 kN55橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 一類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=2140 kN 二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=5352 kN 一類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=2687 kN 二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=6684 kN 56橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究一類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=3

51、030 kN 二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=7545 kN 一類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=3307 kN 二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn) P=8863 kN 圖5.15 兩類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布及塑性區(qū)擴(kuò)展云圖57橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究 由兩類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力云圖可以看出，開(kāi)場(chǎng)時(shí)候最大Von Mises應(yīng)力出如今鋼管和法蘭板的焊縫銜接處，加勁肋板與鋼管的銜接端頭，加勁肋底部邊緣以及法蘭板螺栓孔周?chē)觿虐逯g和之上的鋼管部分應(yīng)力集中系數(shù)較小。 隨著荷載的添加，這些區(qū)域首先進(jìn)入屈服并逐漸構(gòu)成塑性區(qū)，但此時(shí)并不意味著節(jié)點(diǎn)立刻破壞，荷載仍可以繼續(xù)添加。隨著荷載的添加這些應(yīng)力集中區(qū)域開(kāi)場(chǎng)不斷擴(kuò)展。由于塑性應(yīng)力重分布，

52、應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力值和非集中區(qū)域的應(yīng)力值的差值逐漸減少。整個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布開(kāi)場(chǎng)趨于均勻。 整個(gè)加載過(guò)程中，加勁肋板之間的鋼管部分應(yīng)力集中系數(shù)那么不斷較小，而加勁肋板底部邊緣、鋼管與法蘭板焊縫銜接處以及法蘭板螺栓孔周?chē)膽?yīng)力集中不斷較大。 由于在荷載一位移曲線上無(wú)法觀測(cè)到極值點(diǎn)，因此取第一類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的屈服荷載2140 kN作為該類(lèi)節(jié)點(diǎn)的極限荷載。取第二類(lèi)規(guī)范法蘭節(jié)點(diǎn)的屈服荷載5352 kN作為該類(lèi)節(jié)點(diǎn)的極限荷載。58橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究5.3異形承壓法蘭節(jié)點(diǎn)的受力分析異形承壓法蘭節(jié)點(diǎn)的受力分析圖5.18無(wú)傳力板異形法蘭節(jié)點(diǎn)三維圖 圖5.19有傳力板異形法蘭節(jié)點(diǎn)三維圖 由于幾何變形

53、對(duì)此類(lèi)節(jié)點(diǎn)的剛度影響不大，因此本章有限元分析只思索資料非線性和接觸非線性。模型計(jì)算中沒(méi)有思索節(jié)點(diǎn)區(qū)焊縫以及剩余應(yīng)力對(duì)鋼管節(jié)點(diǎn)承載力的影響，并假定焊縫銜接與構(gòu)造等強(qiáng)。59橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究5.3.2有限元計(jì)算結(jié)果分析有限元計(jì)算結(jié)果分析5.3.2.1應(yīng)力對(duì)比分析應(yīng)力對(duì)比分析大H型鋼立柱和節(jié)點(diǎn)板WJB36無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)的 有傳力板節(jié)點(diǎn)的圖5.20異形法蘭節(jié)點(diǎn)型鋼立柱和節(jié)點(diǎn)板WJB36的Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今節(jié)點(diǎn)板WJB36的螺栓孔處，為248.21MPa。節(jié)點(diǎn)板WJB36與H型鋼立柱翼緣銜接處的底部、加勁肋FLP11與H型鋼立柱翼緣銜接處應(yīng)力程度較

54、高，該三處某些區(qū)域屈服進(jìn)入塑性階段； 對(duì)有傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今節(jié)點(diǎn)板WJB36的螺栓孔處，為247.41MPa。應(yīng)力程度較高的區(qū)域與無(wú)銜接板節(jié)點(diǎn)的類(lèi)似，只是應(yīng)力程度較前者低、塑性區(qū)面積減少。60橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究大H型鋼立柱加勁肋FLP11無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)的 有傳力板節(jié)點(diǎn)的圖5.21異形法蘭節(jié)點(diǎn)型鋼立柱加勁肋FLP11 的Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今加勁肋FLP11與H型鋼翼板銜接處，為289.5MPa，在H型鋼腹板平面內(nèi)的加勁肋應(yīng)力程度較高，全截面進(jìn)入塑性階段。 對(duì)有傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今型鋼腹板平面內(nèi)的加勁肋與H型鋼銜接處頂部，

55、為240.5MPa，加勁肋板角點(diǎn)部分區(qū)域進(jìn)入塑性階段。61橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究上法蘭盤(pán)上法蘭盤(pán) 無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)的 有傳力板節(jié)點(diǎn)的圖5.22異形法蘭節(jié)點(diǎn)的上法蘭盤(pán)Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今型鋼腹板平面內(nèi)加勁肋FLP11與上法蘭盤(pán)面的接觸處，為259.5MPa。H型鋼翼板及翼板平面內(nèi)的加勁肋、腹板平面內(nèi)的加勁肋與上法蘭盤(pán)的接觸處應(yīng)力程度較高，某些區(qū)域進(jìn)入塑性階段。 對(duì)有傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今節(jié)點(diǎn)板WJB36下方的上法蘭邊緣處，為243.1MPa。由于法蘭盤(pán)面有傳力板的支撐作用，盤(pán)面中部變形較小，因此，H型鋼翼板、腹板及其平面內(nèi)的加勁肋與上法蘭盤(pán)

56、接觸處應(yīng)力程度較高。整個(gè)上法蘭盤(pán)面上只需最大應(yīng)力處的很小部分區(qū)域進(jìn)入塑性階段。62橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究下法蘭盤(pán) 無(wú)傳力板的 有傳力板的圖5.23 異形法蘭節(jié)點(diǎn)的下法蘭盤(pán)的Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今節(jié)點(diǎn)板WJB36附近的法蘭盤(pán)螺栓孔處，為281.9MPa。下法蘭盤(pán)與空心鋼管接觸處的圓環(huán)形區(qū)域應(yīng)力程度較高，部分區(qū)域進(jìn)入塑性階段。 對(duì)有傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今下法蘭邊緣與傳力板接觸處，為195.5MPa。下法蘭盤(pán)與空心鋼管接觸處的圓環(huán)形區(qū)域、下法蘭盤(pán)與傳力板接觸區(qū)域應(yīng)力程度較高。整個(gè)盤(pán)面沒(méi)有出現(xiàn)塑性區(qū)域。63橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究空心鋼

57、管空心鋼管無(wú)傳力板的 有傳力板的圖5.24異形法蘭節(jié)點(diǎn)的空心鋼管Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今空心鋼管頂部?jī)?nèi)緣與下法蘭盤(pán)接觸處，為303.2MPa，鋼管頂部部分區(qū)域進(jìn)入塑性階段。由圖可見(jiàn)，H型鋼頂板、腹板下方的加勁肋高度范圍內(nèi)的管壁應(yīng)力程度較高，加勁肋下方角點(diǎn)與管壁接觸處部分進(jìn)入塑性階段。 對(duì)有傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今傳力板下方與管壁接觸處，此處存在應(yīng)力集中，最大應(yīng)力為241.4MPa。3塊傳力板與管壁接觸處下方區(qū)域應(yīng)力程度較高。64橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究沿空心管壁角度劃分圖 Z=20mm管頂處Z=299.2mm加勁肋下方處 Z=649.6傳力板

58、下方處圖5.25 空心管壁上不同高度處沿圓周的應(yīng)力分布圖65橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究空心鋼管加勁肋 無(wú)傳力板的 有傳力板的圖5.26異形法蘭節(jié)點(diǎn)的空心鋼管加勁肋Von Mises應(yīng)力云圖 對(duì)無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今節(jié)點(diǎn)板WJB36下方的加勁肋下部與鋼管接觸處，為250.5MPa。節(jié)點(diǎn)板WJB36下方的加勁肋應(yīng)力程度較高，該處加勁肋下部角點(diǎn)處進(jìn)入塑性階段。 對(duì)有傳力板節(jié)點(diǎn)而言，最大應(yīng)力出如今節(jié)點(diǎn)板WJB36下方的加勁肋下部與鋼管接觸處，為129.1MPa。加勁肋板應(yīng)力程度普遍較低。66橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究傳力板圖5.27異形法蘭節(jié)點(diǎn)的傳力板Von Mises應(yīng)力云圖

59、傳力板的作用是和空心鋼管壁一同接受H型鋼柱傳送下來(lái)的壓力，并最終把壓力傳送到空心管壁上。由圖可見(jiàn)，最大應(yīng)力出如今節(jié)點(diǎn)板WJB36下方傳力板角點(diǎn)處，為268.3MPa。 其中，傳力板底部與空心鋼管壁接觸處存在應(yīng)力集中景象，應(yīng)力程度較高。板件中部應(yīng)力程度較低。67橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究應(yīng)力小結(jié)有傳力板與無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)各板件應(yīng)力最值對(duì)比表單位：MPaH型鋼柱型鋼加勁肋上法蘭盤(pán)下法蘭盤(pán)空心鋼管鋼管加勁肋傳力板無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)248.2289.5259.5281.9303.2250.5有傳力板節(jié)點(diǎn)247.4240.5243.1195.5241.4129.1268.3 無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)H型鋼柱、節(jié)點(diǎn)板WJ

60、B36、型鋼加勁肋FLP11的應(yīng)力分布與有銜接板類(lèi)似，只是前者應(yīng)力程度、塑性區(qū)面積較后者高、大。由于沒(méi)有傳力板的支撐，無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)的上下法蘭盤(pán)面受力較后者不利。無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)和有傳力板節(jié)點(diǎn)應(yīng)力分布不同：無(wú)傳力板節(jié)點(diǎn)空心管壁在加勁肋板高度范圍內(nèi)應(yīng)力程度較高，部分管壁進(jìn)入塑性階段，加勁肋下方管壁應(yīng)力分散，趨于平均；有傳力板節(jié)點(diǎn)空心管壁在傳力板高度范圍內(nèi)應(yīng)力程度較低，傳力板下方管壁部分應(yīng)力集中假設(shè)在該處采用過(guò)焊孔，那么不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中景象，在該處附近區(qū)域，應(yīng)力分散，趨于平均。68橋梁施工用組合鋼塔結(jié)構(gòu)分析與研究5.3.2.2節(jié)點(diǎn)變形分析節(jié)點(diǎn)變形分析 無(wú)傳力板的 有傳力板的圖5.28 異形法蘭節(jié)點(diǎn)空心鋼