[发明专利]一种确定三塔斜拉桥塔梁纵向约束刚度及优化基础的方法

说明书

本发明涉及一种确定三塔斜拉桥塔梁纵向约束刚度及优化基础的方法，包括以主梁在边塔处纵向自由伸缩为第一边界条件建立基本模型；以主梁在边塔处纵向弹簧约束为第二边界条件在基本模型中获取第二边界条件下的纵向弹簧刚度初始值；基于纵向弹簧刚度初始值分别在主力工况和主加附工况下确定纵向弯矩与纵向弹簧刚度之间的函数关系以及边塔桩基桩底反力与纵向弹簧刚度之间的函数关系；进而确定纵向弹簧刚度最优值并对中塔塔底的基础规模进行优化。本发明提供了一种确定纵向弹簧刚度最优值的方法，该方法目的明确、易于操作、效果明显。通过纵向弹簧刚度最优值对基础规模进行优化，可有效减少中塔桩基规模，降低工程造价。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种确定三塔斜拉桥塔梁纵向约束刚度及优化基础的方法。

背景技术

目前，由于三塔斜拉桥可布置两个通航孔以满足通航需求，而其经济性相比覆盖同等通航区域的两塔斜拉桥，具有绝对的优势。因此在桥梁方案比选中具有极强的竞争力。作为一种三塔斜拉桥结构，中塔有别于边塔，缺少边跨端锚索的约束作用，中塔的偏位比同跨径的两塔斜拉桥主塔大，进而主梁跨中位移大，结构刚度弱，中塔的塔底弯矩也大幅增加，结构设计难度增大，特别是针对软弱地基的三塔斜拉桥而言，过大的塔底弯矩会加大基础规模，进而会大幅增加工程造价。

为提高三塔斜拉桥结构的刚度，在相关技术中，有一些采用增加稳定索方案以限制中塔侧向偏位，如香港汀九大桥，但该方案破坏了斜拉桥简洁明快的景观效果；另有采用增加中塔结构尺寸及纵向刚度来“硬抗”荷载作用，如二七长江大桥，但该方案增加了中塔的塔底弯矩，在软弱地基情况下结构基础规模会大幅增加；另有采用增加塔、梁间纵向约束的方案，降低桥塔传递水平力的等效力臂，提高结构刚度并降低塔根纵向弯矩，该方案通过调整结构的约束体系，可有效地改变结构传力规律。但采用该方案时，如何确定三塔斜拉桥塔梁间的纵向约束刚度值？如何最大程度地降低结构基础规模？如何使三塔斜拉桥边、中塔纵向受力基本一致，以使桥塔结构尺寸统一从而保持结构景观一致性、韵律感？这些问题尚待研究。

研究发现，通过试算方式确定三塔斜拉桥塔梁间的纵向约束刚度值存在如下问题：试算时费时费力，工效因人而异，确定的刚度值不一定是最优解，主塔基础规模还存在较大优化的空间，以及边、中塔结构尺寸还需进一步优化统一。

发明内容

本发明实施例提供一种确定三塔斜拉桥塔梁纵向约束刚度及优化基础的方法，通过计算出纵向弹簧刚度最优值对中塔塔底的基础规模进行优化并实现最大程度优化中塔塔底的基础规模。

本实施例提供了一种确定三塔斜拉桥塔梁纵向约束刚度及优化基础的方法，其特征在于，其包括：以主梁在边塔处纵向自由伸缩为第一边界条件建立基本模型；以主梁在边塔处纵向弹簧约束为第二边界条件，在所述基本模型中获取第二边界条件下的纵向弹簧刚度初始值；基于所述纵向弹簧刚度初始值分别在主力工况和主加附工况下确定纵向弯矩与纵向弹簧刚度之间的函数关系；基于所述纵向弯矩与纵向弹簧刚度之间的函数关系确定边塔桩基桩底反力与纵向弹簧刚度之间的函数关系；基于所述边塔桩基桩底反力与纵向弹簧刚度之间的函数关系确定纵向弹簧刚度最优值；将所述纵向弹簧刚度最优值代入基本模型计算中塔桩基桩底反力值；若所述中塔桩基反力值小于第一边界条件下基本模型对应的初始中塔桩基桩底反力值，则优化中塔塔底的基础规模。

一些实施例中，所述以主梁在边塔处纵向弹簧约束为第二边界条件在所述基本模型中获取第二边界条件下的纵向弹簧刚度初始值，包括：在主梁跨中处施加单位水平力，记为P；所述纵向弹簧刚度初始值记为k₀；根据公式k₀＝P/(10*δ)计算所述k₀，其中，δ为主梁在中塔纵向固定约束处的位移。

一些实施例中，所述基于所述纵向弹簧刚度初始值分别在主力工况和主加附工况下确定纵向弯矩与纵向弹簧刚度之间的函数关系，包括：以所述纵向弹簧刚度初始值的不同倍数值为参数代入所述基本模型求得对应不同倍数值的计算结果；分别在主力工况和主加附工况下对所述计算结果进行拟合得到的对应的纵向弯矩与纵向弹簧刚度之间的函数关系。