２０１４年１Ｏ月第１０期 ０ 城市道桥与防洪 ０ 日 专 好据 Ｏ Ｏ ０ ０ 一桥梁结构７１ 求甚高。该专题研究的重点用有限元法分析界面 剪力，利用国内外研究成果对界面粘结强度进行 检算，并采取必要措施。 ２－２＿１钢管与混凝土界面剪应力 采用有限元法对钢混凝土界面剪应力进行数 值模拟。计算出不同荷载工况下界面剪应力沿塔 身分布曲线。界面剪应力沿塔高方向逐渐增大，塔 顶最大组合界面剪应力为０．６７５ ＭＰａ（见图６），在 约２倍管径高度范围类界面剪应力较大，主要影 响因素是轴向力。 ．．。 ￡ 雹 ｏ４６ ｌ２ｌ４ｌ６】翰０ 舶２吕３０８２３４３６３８∞ ２ｄ４ｄ６４８ 菘ｉｊ６ 图６分项界面剪应力分布曲线图 ２－２＿２增加钢管与混凝土之间粘结力的措施 国内外一些设计规范给出了钢管与混凝土之 间粘结强度的设计值。国内ＤＢＪ１３—６１—２００４和日 本规范ＡＵ规定圆形钢管混凝土的粘结强度设计 值为０．２２５ ＭＰａ，英国规范ＢＳ５４００规定粘结强度 设计值为０．４ ＭＰａ，欧洲规范ＥＣ４规定圆形钢管混 凝土的粘结强度设计值为０．５５ ＭＰａ。塔顶附近最 大粘结力为０．６７５ ＭＰａ，大于四种规范给出的粘结 强度设计值。 钢管混凝土一般假设钢和混凝土之间的应变 是连续的，而实际上它们之间的应变并非完全连 续，钢和混凝土之间存在着一定的滑移和粘结强 度。影响混凝土粘结强度的因素较多，主要有截面 形式、混凝土龄期和强度、钢管径厚比、长细比及 混凝土浇筑方式等。国内外很多学者对管内混凝 土做推出试验来测定混凝土与钢管之间的粘结强 度，大部分研究结论认为圆钢管与混凝土粘结破 坏强度为１～２ ＭＰａ，塔顶附近最大界面剪力虽大 于粘结强度设计值，但也不会发生粘结破坏，规范 中给出的粘结强度是偏于安全，系综合考虑了钢 管混凝土自身缺陷等因素而定的，但计算结果已 经表明了塔顶附近区域钢管与混凝土粘结安全储 备较低，需要采取措施增加两者之间的粘结力。 ２．２．２＿１设置剪力钉 根据粘结应力分布特点，塔顶以下５ ｍ范围 内焊钉间距取２００ ｍｍ，５ ｍ一１０ ｍ范围内间距取 ３００ ｍｍ，其余部分焊钉间距取４００ ｍｍ。设置焊钉 后钢管与混凝土之间最大粘结强度可达３．１ ＭＰａ。 ２．２＿２＿２采用自应力混凝土 研究表明钢管混凝土粘结强度主要由界面摩 擦力提供，所以除设置剪力钉外，钢管混凝土采用 过补偿收缩的自应力混凝土，在界面处要求产生 １．１～１．４ ＭＰａ的压应力。 ２．３钢管混凝土桥塔抗震性能研究 钢管混凝土桥塔的抗震性能国内外均未有研 究，桥址区地震烈度较高且两岸地震动参数不同。 主要采用理论计算分析，通过反应谱、非线性地震 响应时程响应分析，分析比较多点线性一致激励、 多点非线性一致激励，以及多点非一致激励下钢 管混凝土桥塔内力和位移响应结果，研究高震区 和两岸地震动参数不同条件下钢管混凝土桥塔抗 震性能。 ２．３．１抗震结构体系模拟 刘家峡大桥为地锚式悬索桥，属于柔性缆索 竖向支承体系桥梁，梁端纵向设置滑动支座。为了 限制纵向位移，在跨中设置了一组中央扣。中央扣 除了起到限制地震位移的作用外，还可以限制大 风作用下加劲梁的纵向位移。在梁端需设置有横 向抗风支座，梁端横向位移被限制，为地震作用下 加劲梁横向提供刚性约束，吊索横向力可对其余 梁端横向位移提供柔性约束。 ２．３．２地震反应谱分析结果（见图７） 各种工况作用下，桥塔最大轴力为一５９ ３４４．８２ ｋＮ， 最大纵向剪力为一４ １２４．６１ ｋＮ，最大横向剪力为 １ ７０３．７３ ｋＮ，最大纵向弯矩为８４ ０４０．８９ ｋＮ・Ｉｎ，最 大横向弯矩为５３ ９９０．７５ ｋＮ・ｍ。 ２．３．３地震反应非线性时程分析结果（见图８） Ｅ２水准地震作用下桥塔最大轴力为 一３ ２７３．６３ ｋＮ，最大剪力为一４ ５５１．３２ ｋＮ，最大弯矩 为９０ ３７２．４４ ｋＮ・Ｉｎ。 ２．３．４非一致激励地震反应的分析结果【见图９、 图１０） ２．３．５桥塔易损部位的判断（见图１ １） Ｅ２水准下，偶然组合最大值大于基本组合最 大值，偶然组合控制设计。塔底和距塔底４５ ｍ处 截面是潜在易损部位。 ２．３．６抗震性能研究结论 （１）通过分别对三个方向激励的地震反应进行 反应谱分析和一致激励时程分析，纵向地震激励 的地震反应较大。两种方法分析的地震反应较接 近，但采用时程分析法的结果略大。在Ｅ２水平的 地震作用下，桥塔最大轴力为３ ９８５．４５ ｋＮ，最大剪 力为３１６．６１ ｋＮ，最大弯矩为５ ２２９．３８ ｋＮ・ｍ。 （２）在纵向抗震体系优化方面，设置两组中央 ２０１４年ｌ０月第ｌＯ期 城市道桥与防洪 桥梁结构７３ 试件对自由状态和限制状态下不同膨胀剂掺量混 凝土的膨胀率和干缩率进行测试，对测试结果进 行比较，选择适宜于大直径自应力钢管混凝土的 配合比，并对钢管混凝土波速进行测试，确定出钢 ４结语 刘家峡大桥采用世界首座自应力钢管混凝土 桥塔，地震烈度高且两岸地震动参数不同，该桥所 管混凝土无损检测指标。 ３．１．１混凝土自应力（见表１） 表１混凝土自应力测定值一览表 ３．１．２膨胀率（见表２） 表２混凝土膨胀率测定值一览表 从结果上进行分析。两者差别不大，并且与室 内试验数据接＿近，最终选用１０％掺量的混凝土作 为施工配合比控制依据。 ３．１．３无损检测标准 超声波检测试验段钢管混凝土波速均在 ４２６１～４９７３ ｍ／ｓ之间，小于声波在钢管中的波速 （约５ ４００ ｍ／ｓ）。按１０％掺量配比波速平均值 ４ ６８５．９ ｍ／ｓ作为实体混凝土的无损检测标准值。 ３．２自爬升门架的设计和应用 结合现场条件和结构特性通过对起重机械调 研，自行设计和加工了自爬升起重机械。 设备结构的设计原理是：（１）利用常规龙门吊 起重桁架和起重系统作为吊装机构，起重荷载通 过门架支腿的轻型桁架结构配合托盘传递到桥塔 实体上，整个系统受力简单明确。（２）爬升门架提升 扁担梁系统，直接支撑于钢管实体上利用门架起重 系统完成门架的爬高，利用预埋在桥塔实体上的 锚固装置为起重提供足够的支撑力。爬升龙门安 装节段钢管模拟见图ｌ２所示。 图１２爬升龙门安装节段钢管模拟图 在地一甘肃省临夏州是中国伊斯兰教胜地，民族 风情和宗教建筑特色鲜明。这些独特的自然人文条 件带来了技术的复杂性。通过设计、施工关键技术 研究，达到了如下效果或结论： （１）桥梁的地域文化标志作用得到清晰的体现， 从而使桥梁使用功能、结构性能、经济、景观等各式 皆备，增强了大桥的社会效应。 （２）掌握了大直径钢管混凝土悬索桥桥塔界面 剪应力分布规律，确定了合理的自应力混凝土设计 和施工参数。在同质模拟试验基础上，综合考虑不 同温度情况下钢管的变形规律及变形量，得到了混 凝土与钢管粘结程度参数。自应力混凝土能够避免 高温阶段钢管膨胀变形与之产生的脱空现象，同时 也不会对钢管产生过大的破坏力，且钢管混凝土组 合结构的力学性能更佳。在模拟试验和实体检测数 据基础上总结出的带剪力钉的大直径自应力钢管 混凝土超声波检测标准，对同类工程和相关规范修 编具有借鉴意义。 （３）掌握了高烈度、两岸地震动峰值不同条件 下的钢管混凝土桥塔悬索桥抗震性能，指导了该桥 抗震设计。 （４）研发的自爬升门架保证了刘家峡大桥索塔 长大节段安全、顺利吊装就位；解决了山区悬崖峭 壁、便道蜿蜒曲折、施工场地狭窄等特殊地形条件 下，设备无安装条件和大型设备无法顺利进场的施 工难题。充分利用桥塔实体结构作为起重架附着的 基础，使该起重架吊装高度范围无限增大，且自重 轻，附属设备少，有效地降低了成本和缩短了工期。 参考文献 【１】饶蕾，徐红．浅论伊斯兰风格的服饰图案与色彩【Ｊ】．江苏丝绸， ２０１０，（１）． ［２］蔡绍怀．钢管混凝土结构【ｚ】．北京：中国建筑科学研究院， １９９２． ［３】韩林海．钢管混凝土结构［Ｍ】．北京：科学出版社，２００ｏ． ［４】陈宝春．钢管混凝土拱桥（第二版）【Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２００７． ［５】唐茂林，沈锐利，强士中．大跨度悬索桥非线性静动力分析与软 件开发［Ｊ］．桥梁建设，２０００，（１）：９—１２． 【６］周福霖．工程结构减震控制［Ｍ】．北京：地震出版社，１９９６． 【７］ＪＴＧ，ｒ Ｂ０２—０１—２００８．公路桥梁抗震设计细则【ｓ］． 【８】范立础．大跨度桥梁抗震设计［Ｍ】．北京：人民交通出版社， ２００】