独塔单索面斜拉桥主塔稳定性

独塔单索面斜拉桥主塔稳定性分析1理论分析结构失稳是指结构在外力增加到某一量值时，稳定性平衡状态开始丧失，稍有扰动，结构变形迅速增大，使结构失去正常工作能力的现象。稳定性问题可分为两类[1]：第一类稳定，分支点失稳问题；第二类稳定，极值点失稳问题。其中第一类稳定问题是屈曲问题,它以小位移理论为基础;第二类稳定问题是极值失稳问题,它以大位移非线性理论为基础。斜拉桥的主塔承受很大的轴向压力，特别是独塔单索面斜拉桥的主塔在空间受力和稳定性方面都较薄弱，由于塔与梁的长细比较大，随着塑性区的发展和结构变位的加大，位移迅速增加，以致出现第二类失稳，导致桥梁失去承载能力，因此大跨度斜拉桥稳定问题表现为第二类稳定问题。但第一类稳定问题是特征值问题，且在许多情况下两类问题临界值相差不大，对第一类稳定问题的研究仍有重要的意义。独塔单索面斜拉桥的主塔稳定分析有多种方法，其中常用的为静力平衡法与能量法，静力平衡法是从平衡状态来研究压杆屈曲特征的，即研究荷载达到多大时，弹性系统可以发生不同的平衡状态，其实质是求解弹性系统的平衡路径（曲线）的分支点对应荷载值（临界荷载）。能量法则是求弹性系统的总势能不再是正定时的荷载值。以下介绍的是主塔弹性稳定与弹塑性稳定的简化分析方法[2]：1.1弹性稳定简化分析如图1,失稳线形假定为，表示主塔侧向位移，为塔顶位移，分解到斜拉索平面内和平面外分别为：平面内：(1)平面外：(2)图1主塔整体变形示意图由能量法导出主塔势能的表达式为：(3)式中：为主塔高度；为主塔侧向刚度；为沿塔高度分布的静风力；为塔中实际轴力；，分别表示的一阶、二阶导数；，分别为拉索在面外和面内弹性支撑的等代刚度。由最小势能原理，将式(3)对求偏导即得：(4)一般情况下，，则，表明的取值只能在坐标轴上，即主塔失稳必然在拉索平面内或与其垂直的平面内。对于侧向失稳，。由此，简化后对求偏导后可得主塔侧向稳定安全系数为:(5)桂展脊在拉索平面内言同样得到相应毅的稳定安全系姿数，式众(浸5狮)境中除风荷载一皮项涉及塔顶位俯移扯以外，其余各贿项均为已知项兔；滑，凉分别为形函数醋的一阶、二阶黎导数；他为贱第复i唤根拉索的竖向贱坐标；妥为塔上某点的妥竖向位移，失植稳意味着位移崖的突然发散，燃因此滴必然较大，且椒桥塔封侧向风力相比超主塔轴力和拉电索拉力非常小充，故风力影响投可略去不计。回1卸.2但弹塑性稳定简宅化分析雾换尊结工构中压杆的分柿析分为弹性和械弹塑性两种，截上面的趋分析实际是弹争性屈曲分析。此更精确的分析郑便需进行弹塑抹性分析，此时相应考虑结构的给施工误差等引停起的初始变形喝、初始内力及嫌温度、侧向风拉荷载等作用。景伙海由于斜拉桥在舅拉索平面内唇失稳的可能性貌很小，因此主现要分析其侧向喉稳定。是在对独塔单索温面斜拉桥主塔识侧向变形后受摔力状态进行适遮当简化之后（编如镰图张2低），此时问题宣就简化为一个垃有位移压杆的姓弹塑性稳定临睡界内力（或安抱全系数）的求吊解。柿伸真图煌2疗主塔受力简化血模型奶者口窗衰焦删图氧3炒弯咽矩秆—狡轴力关系图萌步如图平2光所示，假定变解形曲线为正弦挎曲线，根据内竭力变形微分方罩程及边界条件严可解临得杆中弯战矩耍—但轴力关系为：夹属孔咏首(鞠6坝)话式中：阀；忍为压杆初变形假最大值；镜为压杆长度障。仪再考虑风力和址自重的作用，多塔中弯矩可表历达为浩：聋京妹(若7垄)它式中：抹为主塔重心位晕置；确定骄需考虑主塔施娱工误差、日照命误差和风荷载企等不利因素的点叠加，根据式蚊(毕8化)其计算。找群抵一般独塔单索欣面斜拉桥主塔钉的截面都变化快不大或为等截苏面，因此可认锅为弯矩最大点考即是塑性铰位望置。主塔与合慨力作用线之间酸距离沿主塔高病度分布为朽:磁坦阴汪番位撇猜欲(和8有)救傍读由灭可简单求得主泡塔至合力作用伪线距离的最大倦值及相应位置远，这便是拉索缺在塔上引起弯获矩的最大点。罢由于风载和自谊重的作用，弯殊矩最大点实际输上要向塔根偏配移一些，所以矩还需对其作适流当修正，根据泉两者对主塔弯烘矩影响的不同哪，谊修正系数助按下式计算：竿弊晓垮裙灿为萄港蔬夕(内9秃)康式中：像，鸭分别为拉索引裂起的最大弯矩档和风载重力引拥起的最大弯矩荒。,宴式中丈:苏为屈服时轴力惨，应按弹塑性桃安全系数乘以染实际轴力计算蛙，这便出现一脾个迭代过程，险使估算变得复准杂。实际计算挪时可按一般安怜全系祝数主2.润5巩取遣值悄,部估算时不必进虚行迭扛代吐.搭则弹塑性破坏砍点位置可确定候为贝:泽骤铜链足捉座窄史葛畏候恶君(随10皮)野拖骨在截面形式和枕配筋确定趋后抚,筹其在压弯受力著下的弯聋矩受-衰轴力破坏面便屈可确偷定向,裤如以图暮3惠所蝴示执,毯其变化曲线可出用抛物线加以渗拟昏合跪.葡然后将式签(女1蜂0烦)每结果代入式北(奔7撕)小得到的方程与炭图续3李中曲线方程输联立后求得该茧断面进入塑性奸状态的内力禾值葬.医如假设拉索拉撞力逐级增跨加手:蕉,街代入后便可求撒得主塔的弹塑表性稳定安全系颜数颂。吃舒概球惑马推做短注止新业承柱饥什警吨北沾忆绸沾妹谨浓凡娱百宅蔬照赵裳却裕部辅押央科北冷袖拜柔霸伯末喉扑冤2累眉SAP200扔0今程序计算环某洲独塔单索面斜趟拉桥，主跨为嗽100m驻，边跨为矿71m册。主梁采用单赔箱五室截面，鼓梁高混2.6m酒,火宽执29.2m北,帅主跨范围内每播6m能设置一道横隔脏梁厦,触边跨每期4.5m焰设置一道横隔屈梁篇,违与斜拉索在梁崭上锚固位置对例应圣;首斜拉索采用半吴扇型索面布译置缠,翠在梁上的索距窃主跨为惭6m幼,度边跨为择4.5m蝴,拦共葵有榜1澡3贩对斜拉索。索俩塔为独柱式钢趋筋混凝土结构剪，拉索交叉锚哨固在塔柱上，跃主塔高度自桥石面以上山为四50井m度，塔梁固结。但设计荷载标准幻为浴城厘—听A兔级，人冤群蜂2.4KN/偷m滑²讯。拨恼遥以下贞用岁SAP200嫩0染程序对该垒桥巨的两类稳定性劳问题进行分析套，并与理论简祝化分析结果进堪行比较雄[皮3换]第。弱2长.1捎主塔第一类稳涂定分析没亩匹飞鸽首先昏用姨理论公式计算秀索微对主塔的纵向详约束作用。矛便仔嫂一端固结的钞34m闹长单悬臂压杆嘉结构和一端固窝结一端铰接的陶34m规长压杆结构，丑第一类稳定性亮承载力像为子：穴铸戒容（晨kN赌）识部俩（凭kN妥）碎捐史然后饿用火SAP200庭0肚软件密经如Buckli都ng禽分析佩后，豆主塔第一类稳蓝定性承载力为掘：饰择猴娃创（淹kN钢）准这表明恭两侧群索对主本塔的纵向约束悼很强，相当于晒在塔顶（索的劫锚固点）作用丧一侧向支撑，烦从而有效地减聚少了塔的计算耽长度。染在正常使用阶圆段，纵向力偏傲心影响系数胸为绵0.978跨，平面内弯矩狗对主塔纵向稳部定性影响很小马，危可见劫该稍桥纵向书失稳的可能性探并惯不大划。资烈主塔横向稳定进性的计算可简矮化为一端固结丹一端自由的慧34m者长的单悬臂压婚杆模型。案由于路索对主塔横向吹失稳有扶恶正作用，器为了分析该斑扶正作用，可绪以建立两个计勒算模型：一个罚为有索的本桥偿实际模型初,懂另一个为无索傍模型骡。红对比两个模型叛的计算结果，倘即可知影响的演程度。最经过模型计算心比较可知某，持“复扶正姨力没”各可提高主炭塔借11%(7.工12/6.4宫1=1.11行)燥的横向稳定承冰载力。菊这说明由于塔每柱与桥面系有纺较强的横向联叨系，塔柱在横船向失稳的过程篮中，由斜拉隐索传递的荷载娘方向是不断改屿变的，斜拉索储具有非保向力隔效应扛，从而提高了册斜拉桥塔的侧茎向稳定性。敌2拢.2章主塔第二类稳像定分析型敢不对于该桥主塔接的第二类稳定辱分析采言用右SAP200咬0庄的权PUSHOV辨E站R陆分析解决。帖绸题由于塔柱较高乘，因此压屈极首限承载力分析雀是设计的重点走。突搅病使裳用纤FRAM傲E定单元模拟主塔吓，阔在塔顶增加一庆个水平构件，储模拟偏心受压郑。哈其中几何非线花性参数选阻择榜“奥P-Delt讲a杠和大位俊移牲”期。鄙SAP200弟0坟第二类稳定性凑计算结果如图糟4绕所示：影图蹄4端叮猛第二类稳定性乘计算结果彻功亩图中茄，蹦A志点压力数值为强164256轻kN郑，指塔使用阶顺段遇到的最大梦压力斤；活B薯点压力数值为信257048饺豪kN杏，指塔达到弹辱性地极限压力瓦；沾C铲点压力数值为汪386116世kN牺，指塔达到塑耻性极限压力远；弟C礼点压力数值为勿229869揭kN盏，指塔失稳后固大变形驻点慢；情C夹D筑段曲线为第二愤类失稳曲线。舰SAP锤200啊0购分析结果显示编，塔在最不利滚状态下，尚处通于弹性阶段，飞安全系数为拉386116赔/16425难6=2.3部，闻这与弹塑性稳晨定简化分析结茫果种=2.9大较接近术且满足要求绝。3结语拨凝税本文在对蚂稳定问题的基粒本核理论进行论述为后，通过弹性是与弹塑性稳定此简化羞分析千方法分析独塔竟单索面斜拉桥倒主塔稳定性，味并败用奥SAP200啄0险有限元程序进灭行了计算验证阁，证实