一种多塔斜拉桥约束体系及其设计方法技术

本申请涉及一种多塔斜拉桥约束体系的设计方法，多塔斜拉桥约束体系包括弹性索约束体系和固定约束体系；弹性索约束体系包括弹性索，固定约束体系包括纵向固定支座，纵向固定支座与钢桁梁之间预留间隙；设计方法包括：建立多塔斜拉桥的有限元模型，按照铁路运营荷载对弹性索约束体系进行计算，确定弹性索的参数；通过有限元模型，按照附加荷载对固定约束体系进行计算，以弹性索的最大伸长量与间隙相等为条件，确定纵向固定支座的设计反力；安装弹性索

【技术实现步骤摘要】
一种多塔斜拉桥约束体系及其设计方法


[0001]本申请涉及桥梁工程
，具体涉及一种多塔斜拉桥约束体系及其设计方法
。

技术介绍

[0002]三塔或多塔斜拉桥中，中塔缺少锚墩及锚索的有效约束，整体刚度小
、
梁端位移大
、
中塔弯矩高，通过合理的结构约束体系，如在中塔处的塔
、
梁之间采用纵向固定或纵向弹性约束等方式，可以减小结构静
、
动力响应，提高结构整体刚度
、
降低梁端位移
。
[0003]但上述约束体系中，若在塔
、
梁之间采用纵向固定体系，固定约束作用下结构受地震
、
温度影响，荷载效应明显，设计难度大；若在塔
、
梁之间采用纵向弹性约束体系，弹性约束作用下，单纯由结构承受活载
、
纵向风等纵向力，导致拉索索力巨大
、
疲劳应力幅高，所需弹性拉索截面大，拉索锚固构造较为复杂
。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种多塔斜拉桥约束体系及其设计方法，以解决相关技术中固定约束作用下结构地震响应大和弹性约束作用下单纯由结构承受纵向力
、
拉索索力大的技术问题
。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种多塔斜拉桥约束体系的设计方法，采用如下技术方案：
[0006]一种多塔斜拉桥约束体系的设计方法，多塔斜拉桥约束体系包括弹性索约束体系和固定约束体系；所述弹性索约束体系包括位于中塔处钢桁梁与所述中塔之间的弹性索，所述固定约束体系包括安装于所述中塔的纵向固定支座，所述纵向固定支座与所述钢桁梁之间预留间隙；
[0007]所述多塔斜拉桥约束体系的设计方法包括以下步骤：
[0008]建立多塔斜拉桥的有限元模型，按照铁路运营荷载对所述弹性索约束体系进行加载计算，确定所述弹性索约束体系中弹性索的索力
、
面积和最大伸长量；
[0009]通过所述有限元模型，按照附加荷载对所述固定约束体系进行加载计算，以所述弹性索的最大伸长量与所述间隙相等为条件，确定所述固定约束体系中纵向固定支座的设计反力；
[0010]将所述弹性索安装于所述钢桁梁与所述中塔之间，将所述纵向固定支座安装于所述中塔上，形成所述多塔斜拉桥约束体系
。
[0011]在一些实施例中，所述确定所述弹性索约束体系中弹性索的面积包括：
[0012]所述弹性索的索力大小为
N
，确定所述弹性索的截面面积
A
s
；
[0013]计算公式为：
[0014]其中，
[
σ
s
]为弹性索的强度容许应力，
N
为弹性索的索力；
[0015]所述弹性索的疲劳索力幅为
N
，确定所述弹性索的截面面积
A
f
；
[0016]计算公式为：
[0017]其中，
[
σ
f
]为弹性索的疲劳容许应力；
[0018]确定所述弹性索的截面面积
A
＝
max{A
s
，
A
f
}。
[0019]在一些实施例中，所述弹性索的初张力
N0不小于
0.5N。
[0020]在一些实施例中，在铁路运营荷载作用下，所述弹性索的最大索力为
N
，最小索力为0，确定所述弹性索的疲劳索力幅为
N。
[0021]在一些实施例中，所述确定所述弹性索约束体系中弹性索的最大伸长量包括：
[0022]在铁路运营荷载作用下，所述弹性索的最大伸长量为
Δ
，
[0023]计算公式为：
[0024]其中，
N
为弹性索的最大索力，
N0为弹性索的初张力，
L0为弹性索的初始索长，
E
为弹性索的弹性模量，
A
为弹性索的截面面积
。
[0025]在一些实施例中，所述附加荷载包括汽车荷载
、
制动力
、
风荷载
、
温度荷载中的至少一种
。
[0026]第二方面，本申请实施例还提供一种多塔斜拉桥约束体系，采用如下技术方案：
[0027]多塔斜拉桥约束体系包括弹性索约束体系和固定约束体系；所述弹性索约束体系包括位于中塔处钢桁梁与所述中塔之间的弹性索；所述固定约束体系包括安装于所述中塔的纵向固定支座，所述纵向固定支座与所述钢桁梁之间预留间隙；
[0028]所述弹性索的最大伸长量与所述间隙相等
。
[0029]在一些实施例中，所述中塔处钢桁梁设置有钢牛腿，所述钢牛腿与所述纵向固定支座之间预留所述间隙
。
[0030]在一些实施例中，所述中塔处钢桁梁的底部设置弹性索锚固牛腿，所述中塔的下横梁处设置弹性索锚块，所述弹性索对称锚固于所述弹性索锚固牛腿和所述弹性索锚块之间
。
[0031]在一些实施例中，所述中塔为纵向
A
形结构
。
[0032]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0033]本申请提供一种多塔斜拉桥约束体系及其设计方法，多塔斜拉桥约束体系同时设置弹性索约束体系和固定约束体系，按照铁路运营荷载对弹性索约束体系进行加载计算以确定弹性索的参数；按照附加荷载对固定约束体系进行加载计算，以弹性索的最大伸长量与间隙相等为条件，以确定纵向固定支座的设计反力，从而形成多塔斜拉桥约束体系
。
[0034]在列车正常运营时，由列车产生的纵向力基本由弹性索约束体系承受，结构纵向位移随纵向荷载线性变化，在铁路运营荷载作用下，弹性索的伸长量不大于钢桁梁与纵向固定支座之间的间隙；在附加荷载作用下，纵向力变大，弹性索伸长直至钢桁梁与纵向固定支座的间隙变为零，弹性索的索力不再增加，全桥纵向力由纵向固定支座承担，结构变成固定约束体系
。
[0035]本申请提供的多塔斜拉桥约束体系，一方面保证在列车荷载作用下结构位移线性变化，不发生突变，提高结构整体刚度
、
降低梁端位移，满足列车高速运营的安全性和舒适
性要求；同时，尽量降低结构地震响应，解决了固定约束作用下结构地震响应大的难题；另一方面，解决了单纯由纵向弹性索承受纵向力导致的索力大
、
疲劳应力幅高
、
锚固困难等难题
。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多塔斜拉桥约束体系的设计方法，其特征在于，多塔斜拉桥约束体系包括弹性索约束体系
(3)
和固定约束体系
(4)
；所述弹性索约束体系
(3)
包括位于中塔
(1)
处钢桁梁
(2)
与所述中塔
(1)
之间的弹性索
(31)
，所述固定约束体系
(4)
包括安装于所述中塔
(1)
的纵向固定支座
(41)
，所述纵向固定支座
(41)
与所述钢桁梁
(2)
之间预留间隙
(42)
；所述多塔斜拉桥约束体系的设计方法包括以下步骤：建立多塔斜拉桥的有限元模型，按照铁路运营荷载对所述弹性索约束体系
(3)
进行加载计算，确定所述弹性索约束体系
(3)
中弹性索
(31)
的索力
、
面积和最大伸长量；通过所述有限元模型，按照附加荷载对所述固定约束体系
(4)
进行加载计算，以所述弹性索
(31)
的最大伸长量与所述间隙
(42)
相等为条件，确定所述固定约束体系
(4)
中纵向固定支座
(41)
的设计反力；将所述弹性索
(31)
安装于所述钢桁梁
(2)
与所述中塔
(1)
之间，将所述纵向固定支座
(41)
安装于所述中塔
(1)
上，形成所述多塔斜拉桥约束体系
。2.
如权利要求1所述的一种多塔斜拉桥约束体系的设计方法，其特征在于，所述确定所述弹性索约束体系
(3)
中弹性索
(31)
的面积包括：所述弹性索
(31)
的索力大小为
N
，确定所述弹性索
(31)
的截面面积
A
s
；计算公式为：其中，
[
σ
s
]
为弹性索的强度容许应力，
N
为弹性索的索力；所述弹性索
(31)
的疲劳索力幅为
N
，确定所述弹性索
(31)
的截面面积
A
f
；计算公式为：其中，
[
σ
f
]
为弹性索的疲劳容许应力；确定所述弹性索
(31)
的截面面积
A
＝
max{A
s
，
A
f
}。3.
如权利要求2所述的一种多塔斜拉桥约束体系的设计方法，其特征在于，所述弹性索
(31)
的初张力
N0不小于
0.5N。4.
如权利要求3所述的一种多塔斜拉桥约束体系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉顺，罗扣，黄细军，王东晖，陈志涛，郑晗，周健鸿，彭凌风，董学智，靳彦军，
申请(专利权)人：中铁大桥勘测设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：