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矮塔斜拉桥是近些年来在斜拉桥基础上发展起来的一种新型的桥梁结构形式,就结构特性而言,矮塔斜拉桥是介于连续梁桥与斜拉桥之间的一种新桥型。目前,国内修建的矮塔斜拉桥比较少,对其结构特性了解不够,桥梁的建设经验和研究资料也相应较少,桥梁施工中需要解决的问题较多。因此,开展矮塔斜拉桥力学性能分析和施工监控研究具有重要的理论意义和实用价值,本文所做工作正是在此背景下开展的。 本文以正在施工的阿深线开封黄河二桥主桥——7塔8跨预应力混凝土矮塔斜拉桥为工程实例,根据该桥的结构特点,采用有限元法对桥梁进行离散,主梁、桥墩、桥塔采用空间梁单元模拟,斜拉索采用只受拉空间杆单元模拟,建立了该矮塔斜拉桥的空间有限元计算模型。利用桥梁有限元计算程序Midas/Civil对该桥进行了成桥运营状态下的静力分析、动力分析和稳定分析,探讨了矮塔斜拉桥与一般斜拉桥在力学性能上的区别,采用正装法对该桥的施工过程进行了仿真模拟,探讨了矮塔斜拉桥的施工监控内容。综合以上工作,本文得出以下结论: 1.该矮塔斜拉桥主梁在成桥运营阶段全截面受压,活载作用对主梁的挠度、拉索应力影响不明显;活载作用引起桥塔有一定的偏移,但偏移量不大,桥塔不会受到较大的偏心受压;桥梁其它各构件受力均在桥梁设计规范规定范围之内,表明桥梁结构受力合理。 2.该矮塔斜拉桥第1阶自振频率为0.6086Hz(桥面系的整体竖向振动),桥梁的低阶振动主要表现为桥面系的整体竖向振动和桥塔横向振动,由于桥梁宽跨比较大,桥面整体竖向振动出现比较早,前2阶振动均为桥面的整体竖向振动;桥梁第1阶扭转频率与桥面系的整体第1阶竖弯频率之比为4.01,表明该桥有良好的气动稳定性。 3.该矮塔斜拉桥在成桥运营阶段的第1阶稳定安全系数为15.16,桥梁稳定系数较大,失稳主要表现为桥塔压曲失稳。 4.利用Midas/Civil程序能够有效地模拟矮塔斜拉桥的施工过程,并且能够准确地计算出每个施工阶段的纯位移,简化了梁段立模标高的计算方法。对该矮塔斜拉桥进行施工过程仿真分析,计算结果表明:在整个桥梁的施工过程中,拉索应力幅变化比较小,充分体现了矮塔斜拉桥的特点;主梁、主塔的内力分布比较合理,变化较小,具有较高的安全储备。 5.矮塔斜拉桥施工控制原则应针对不同施工阶段进行相应变化。在主梁架设阶段施工监控中,以主梁的线形控制,即标高控制为主,尽可能兼顾索力和结构应力;在二期恒载施工中,以拉索张拉索力为主,即以减小斜拉索索力的离散性和改善结构受力性能为主。 6.矮塔斜拉桥施工监控计算一般应按正装法计算,能正确模拟各施工步骤;矮塔斜拉桥施工过程的监测应综合对结构的应力、变形、索力和温度进行测试,对比实测值