外倾式矮塔斜拉桥Y型主塔结构优化及参数研究

为探讨外倾式双索面PC矮塔斜拉桥主塔合理结构设计问题,运用ANSYS10.0有限元分析软件对矩形实体结构进行了数值模拟分析。通过对模型进行拓扑法优化设计得到了结构初始模型,然后运用Midas Civil有限元软件建立了矮塔斜拉桥全桥的杆系模型。根据结构的实际功能并考虑结构的纵向刚度、横向刚度、稳定性对桥塔进行了参数敏感性分析,得到外倾式双索面主塔结构设计的最优方案。敏感性分析的参数分别为Y型主塔横桥向外倾角度、主塔肢间距、纵桥向塔身厚度、下塔柱纵桥向桥塔塔身坡率。分析结果表明:主塔施工完成阶段随着主塔外倾角度的增大,主塔上塔柱根部的弯矩与横桥向应力均有所增加,同时主塔肢间距对主塔施工完成阶段与成桥阶段的"上、中横梁主塔段"应力均影响较大;当主塔施工至最大悬臂状态时,纵桥向塔身厚度的增加可以明显提高主塔结构的稳定性,同时值得注意的是在主塔厚度不变的情况下,随着塔身坡率的增加,主塔结构1~4阶振型的稳定安全系数均降低,相对于纵桥向塔身厚度的变化,其对主塔结构稳定性效应的影响要小。建议在保证结构最大刚度的前提下,Y型主塔设计为左右两肢且两肢间设置3道横梁的结构,并考虑主塔两肢外倾及主梁从上横梁上通过。