第39卷第1期建筑结构2009年1月大跨度钢斜拉桥稳定性分析武芳文1,赵雷2(1长安大学公路学院,西安710064;2西南交通大学土木工程学院,成都610031)[摘要]考虑结构的非线性和构件的极限承载能力,计入施工过程的变形和应力的叠加效应,对南京长江第三大桥初步设计方案(双塔双柱钢斜拉桥)进行了分析,重点研究施工全过程中的稳定性问题。计算得出结构的线性稳定安全系数为416~916,非线性稳定安全系数为216~719。表明该桥在施工过程中的线性稳定性和非线性稳定性都是足够的。[关键词]钢斜拉桥;非线性稳定性;材料;几何;安全系数;极限承载能力Stabilityanalysisoflong-spansteelcable-stayedbridgeWuFangwen1,ZhaoLei2(1ChangpanUniv.,Xipan710064,China;2SchoolofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniv.,Chengdu610031,China)Abstract:TheNanjingNo.3Bridge(steelcable-stayedbridgewithtwotowersandtwopoles)areinvestigatedbyconsideringthenonlinearityofstructureandtheultimateload-carryingcapacityofcomponents.Andintheinvestigation,thesuperpositioneffectsofdeformationsandstressesarealsoincludedduringtheconstruction.Theresearchisfocusedonthestabilityofstructureduringtheconstruction.Theresearchresultshowsthattheelasticstabilityfactorsare416to916andthenonlinearstabilityfactorsare216to719,whichindicatethattheelasticstabilityandnonlinearstabilityareadequateinconstructionstage.Keywords:steelcable-stayedbridge;nonlinearstability;material;geometric;safetyfactor;ultimateloadcapacity作者简介:武芳文,博士,讲师,Email:wufangwen2004@163.com。特大跨径斜拉桥由于斜拉索轴力的水平作用,在主梁和桥塔所产生的轴向压力随跨度的增大而增大,正确计算和分析斜拉桥的稳定性,对完善大跨度斜拉桥的设计理论,确保桥梁结构施工阶段安全性和运营阶段健康监测有着特别重要的意义。考虑结构的材料非线性和几何非线性、构件的极限承载能力以及施工过程中变形和应力叠加效应的影响,结合南京第三长江大桥初步设计方案,研究大跨度钢斜拉桥在施工全过程中的结构稳定问题。1结构非线性稳定分析方法及临界点判别准则111分析方法大跨径斜拉桥是柔性结构体系,非线性变形的影响较为突出,斜拉索垂度对结构的非线性影响也较为显著,稳定性分析中必须计入,同时,斜拉桥的主梁和塔承受较大的轴向力,轴力对结构刚度的影响也不能忽略。按文[1]的方法考虑了这些非线性影响后的增量型平衡方程为:[KT]{$u}={$F}(1)式中[KT]为结构整体切线刚度矩阵,与当前的结构变形和应力水平有关;{$u}为位移增量列阵;{$F}为等效节点荷载增量列阵。计算表明,采用增量迭代法求解式(1)具有较好的精度和较快的计算速度,而且荷载增量大小的选择较为方便。112临界点判别准则切线刚度矩阵的行列式值为零表示结构处于临界状态,相应的荷载为结构极限荷载,即:det[KT]=0(2)2工程概况及有限元计算分析模型211工程概况南京长江三桥双塔双柱斜拉桥方案的主跨为648m,桥跨布置为63+255+648+255+63m,如图1(a)所示。主梁为全闭口断面的钢箱梁(图1(b)),且横向抗扭刚度较大,为提高主梁的抗风稳定性,在主腹板外侧设置轻型风嘴。除近塔零号段外,主梁节段标准长度为15,12m。箱梁全宽为36140m(包括风嘴),中心线处梁高5m,斜拉索通过锚箱与钢箱梁相连。塔身造型为A形,如图1(c)所示。塔柱为分离的两柱,其外间距为7313m。塔身总高282115m(包括1512m的塔冠装饰段),由两种材料构成,承台向上4819m为C50混凝土,其余部分为16Mn钢。塔梁连接采用弹性支承,塔底固结,施工时两边对称吊装。斜拉索采用<7平行钢绞线,钢绞线强度为1860MPa,斜拉索共20@8根;梁上索距为15和12m,塔上索距为4m。除了在梁上及塔上均设置斜拉桥减振装置以减小风振外,在斜拉索外层防护套上设置阻断雨线80图1结构基本尺寸装置以减小雨振影响。212施工流程利用浮吊起吊无索区梁段和第一对索区梁段,并在托架上焊接各梁段间的接缝,完成后第一次张拉第一对斜拉索,然后在梁上拼装主梁吊机后,第二次张拉第一对斜拉索。以后开始施工标准梁段,其标准工序如下:1)吊装快件,端口精匹配...
