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)爽喂这在拉索平更面内同样营得到相应浊的稳定安咏全系数，纷式庙(5裂)鉴中除风荷积载一项涉部及塔顶位嫩移以外，消其余各项显均为已知锋项；式，腔分别为形袍函数头的一阶、应二阶导数摘；败为私第选i仇根拉索的之竖向坐标宽；纸为塔上某壳点的竖向值位移，失无稳意味着害位移的突虏然发散，嚼因此柏必然较大朱，且桥塔宾侧向风力森相比主塔通轴力和拉桑索拉力非垃常小，故赌风力影响婆可略去不回计。肥1.2宋狱弹塑性稳战定简化分狱析脉海软结构中压蔑杆的分析驻分为弹性淘和弹塑性泻两种，上卫面的分析泳实际是弹奇性屈曲分戴析。更精态确的分析突便需进行蝴弹塑性分亿析，此时捉应考虑结父构的施工遥误差等引采起的初始酱变形、初梢始内力及体温度、侧欧向风荷载至等作用。勤搭巴由于斜拉复桥在拉索沈平面内失柄稳的可能社性很小，愈因此主要刚分析其侧都向稳定。些在对独塔旋单索面斜叔拉桥主塔源侧向变形钩后受力状偶态进行适撞当简化之推后（如努图直2诞），此时就问题就简驴化为一个收有位移压套杆的弹塑获性稳定临辽界内力（央或安全系开数）的求践解。泰图洗2每萌主塔受力甘简化模领型毛涝算移拳稀辩面董图灵3鉴塑弯惭矩菊—悲轴力关系眨图絮匀辣如称图室2趟所示，假额定变形曲祝线为正弦轨曲线，根犯据内力变牢形微分方流程及边界硬条件可解厌得杆中弯料矩竭—改轴力关系造为：魄举蛋简吉(宅6)兔式中：产；嫁为压杆初抱变形最大胞值；物为压杆长陕度。再考绝虑风力和衫自重的作畜用，塔中躺弯矩可表珍达为：吹筒(7)治式中：功为主塔重裕心位置；女确定紫需考虑主屈塔施工误司差、日照凝误差和风渔荷载等不鸟利因素的弱叠加，根键据危式执(8狮)着计算。继议蜓一般独塔动单索面斜志拉桥主塔鸣的截面都气变化不大羞或为等截手面，因此插可认为弯展矩最大点猪即是塑性医铰位置。光主塔与合兆力作用线运之间距离小沿主塔高骑度分布摸为继:碗暗银(籍8)怪服痕由折可简单求弱得主塔至好合力作用惭线距离的寨最大值及包相应位置劝，这便是滚拉索在塔技上引起弯挺矩的最大签点。由于知风载和自起重的作用什，弯矩最锋大点实际脂上要向塔披根偏移一芳些，所以摧还需对其挠作适当修叛正，根据泊两者对主喜塔弯矩影攀响的不同活，修正系缴数菌按下式计善算：助缺米庭庄廉衡(9膛)纸式中：顾，切分别为拉剩索引起的痒最大弯矩桌和风载重旷力引起的位最大弯矩墨。,第式臣中制:砍为屈服时涨轴力，应撤按弹塑性哪安全系数剖乘以实际随轴力计算肺，这便出音现一个迭胶代过程，庸使估算变非得复杂。位实际计算贷时可按一勾般安全系辈数军2.犯5赏取棉值斤,础估算时不趋必进行迭膛代请.肝则弹塑性奶破坏点位纹置可确定恒为绩:魄环梅张占异栋咏(10贿)位弹芬在截面形雀式和配筋讨确定倡后晒,静其在压弯焰受力下的施弯爪矩扮-捧轴力破坏婆面便可确日定档,臣如酸图买3跪所射示农,膏其变化曲园线可用抛轿物线加以坑拟锄合内.匪然后将尽式器(10较)廊结果代入竟式江(7功)摘得到的方把程与陆图纯3笨中曲线方惠程联立后览求得该断姨面进入塑肉性状态的还内力描值墓.排如假设拉误索拉力逐两级增扁加荣:丙,献代入后便荐可求得主鲁塔的弹塑此性稳定安管全系数注。载2SA鹊P200枪0扫程序计算悠某独塔单艰索面斜拉宁桥，主跨茶为扛100闷m饱，边跨屑为难71誓m短。主梁采孩用单箱五怪室截面，嫩梁游高渠2.6m瓶,领宽与29.2日m绪,即主跨范围扇内轮每挣6遥m惯设置一道奔横隔酬梁运,拖边跨绣每矛4.5劲m循设置一道扔横隔脾梁斜,慈与斜拉索铁在梁上锚得固位置对饺应绩;淘斜拉索采姨用半扇型滔索面布达置损,抗在梁上的梢索距主跨朋为啊6m付,到边跨奇为恼4.5m修,膜共色有也1腿3孕对斜拉索江。索塔为玻独柱式钢悄筋混凝土罗结构，拉茫索交叉锚陡固在塔柱奖上，主塔认高度自桥项面以上瓦为苦50令m贪，塔梁固穴结。设计愧荷载标准伙为亩城健—嫌A畜级，人柿群勾2.4K料N/m凝²仆。材目帅以下创用哭SAP2据00窑0咸程序对该叶桥的两类驰稳定性问胡题进行分足析，并与舒理论简化跪分析结果普进庆行比较闲[沸3村]午。泊2.1雾泰主塔第一解类稳定分蛾析束县攀首先用理揭论公式计背算索对主槽塔的纵向讽约束作用测。侄聪域一端固结悬的酷34坝m焰长单悬臂哭压杆结构册和一端固杀结一端铰寺接墨的蔽34皆m括长压杆结殊构，第一喂类稳定性船承载力为获：（kN）（kN）车罪属然后箱用要SAP2胃00尚0舞软件座经畜Buck暗lin宫g课分析后，早主塔第一寒类稳定性收承载力为木：（kN）座这表明两菌侧群索对越主塔的纵止向约束很亩强，相当腊于在塔顶栽（索的锚勾固点）作存用一侧向恭支撑，从粒而有效地牛减少了塔抢的计算长候度。在正循常使用阶厨段，纵向围力偏心影卵响系数拔为换0.97返8鸦，平面内鸽弯矩对主蛋塔纵向稳角定性影响似很小，可特见该桥纵脸向失稳的亿可能性并简不大。般尊主塔横向止稳定性的臂计算可简歼化为一端傻固结一端惑自由优的踏34寇m带长的单悬邪臂压杆模锅型。由于淹索对主塔寒横向失稳浪有扶正作蚕用，为了捧分析该扶帖正作用，幸可以建立灵两个计算饭模型：一妇个为有索诞的本桥实号际模锻型幕,绿另一个为坊无索模型剧。对比两奥个模型的像计算结果杯，即可知蹈影响的程资度。贝经过模型妇计算比较尚可知慕，贷“岔扶正散力腐”伐可提高主悔塔奴11%(典7.12塘/6.4晒1=1.孕11降)肺的横向稳激定承载力逗。茧这说明由针于塔柱与篮桥面系有厕较强的横患向联系，烟塔柱在横秆向失稳的肺过程中，仪由斜拉索掠传递的荷薪载方向是篮不断改变幻的，斜拉移索具有非扑保向力效毒应，从而孙提高了斜衣拉桥塔的慈侧向稳定喇性。品2.2械贫主塔第二壁类稳定分认析撤对于该桥惠主塔的第沿二类稳定象分析采少用籍SAP2雅00签0融的沉PUSH微OVE衣R储分析解决宏。耗搅盏由于塔柱妹较高，因胀此压屈极罪限承载力洲分析是设育计的重点忠。柔局颗使柜用朋FRAM尾E蛛单元模拟蠢主塔，在据塔顶增加旨一个水平洽构件，模困拟偏心受曲压。其中笛几何非线贱性参数选狠择策“雕P-De情lt包a漂和大位年移结”芒。度SAP2境00余0籍第二类稳汁定性计算疤结果如凤图廉4历所示：棕图中4灰取第二类稳方定性计算告结果扬室可图中嫂，支A压点压力数拳值效为特1642嘉56k乓N江，指塔使森用阶段遇芽到的最大钩压力往；悬B圣点压力数牧值估为之2570僻48k眉N谢，指塔达骂到弹性极翻限压力翁；帽C孝点压力数饶值患为柳3861桶16k驰N静，指塔达较到塑性极估限压力约；芳C肢点压力数希值爹为股2298论69k罗N赖，指塔失民稳后大变喘形驻点古；蜻C贡D坟段曲线为马第二类失仇稳曲线。誉S跑AP20迟0狮0居分析结果掉显示，塔写在最不利置状态下，俭尚处于弹奴性阶段，刃安全系数川为租3861屈16/1唐6425疮6=2.受3幼，这与弹负塑性稳定返简化分析匙结果虚=2.狭9给较接近且奋满足要求莲。3结语论轮本文在对摘稳定问题召的基本理座论进行论不述后，通污过弹性与肠弹塑性稳病定简化分帽析方法分读析独塔单六索面斜拉抖桥主塔稳娘定性，并寸用峰SAP2锁00摘0贯有限元程愧序进行了久计算验证援，证实