范例04线性静力主塔索鞍的详细分析

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1、1.概要矮塔斜拉桥主塔采用索鞍可以避免斜拉索在该处进行锚固而且可以有效地减少斜拉索张拉力的损失，因此使用比较广泛。但是在该处由于拉索向下的作用力以及自重等荷载，也会在截面不连续的区域产生复杂的应力集中现象。本资料针对主塔的索鞍处，采用三维实体单元进行了仿真分析，对于该处的拉应力集中现象、是否会出现裂缝以及是否会发生受压破坏等进行了分析。1.1容许应力新公路规范7.2节中对于钢筋混凝土构件短暂状况下的应力大小要求如下：1)混凝土正截面压应力≤0.80fck′2)混凝土主拉应力≤ftk′3)受拉钢筋的应力≤0.75fsk1.2

2、主塔鞍座处详细分析事项对于主塔鞍座处的断面不连续区域主要分析其在拉索的向下分力和自重作用下的以下响应。1)鞍座处的纵桥向、横桥向以及竖向的应力2)拉索锚固区域的开裂应力验算以及相关的钢筋配筋计算3)拉索锚固区域的挤压应力以及相关的钢筋配筋计算2.结构信息2.1鞍座形状分析对象为矮塔斜拉桥的主塔，主塔内部穿过两个索面的拉索，每侧由六根拉索组成，具体构造如见下图所示。[主塔立面和侧面]2.2使用材料和尺寸主塔使用混凝土为40Mpa混凝土，钢筋使用HRB400，拉索采用钢铰线15.2mm-37EA，具体参数如下。区分单位重量弹性

3、模量(E)屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)混凝土25kN/m33.625E4Mpa2.89钢筋78.5kN/m32.0E5Mpa400拉索78.5kN/m31.95E5Mpa18603.模型3.1分析模型本例题使用详细分析专用软件midasFEA进行，考虑鞍座和主塔的受力特点使用了实体单元建模。两侧拉索的间距为0.9m，主塔的中间部分宽厚高为4.8mX1.3mX13.0m，主塔的两侧由两个反向对称的翼型结构构成，整个主塔的外轮廓尺寸为宽厚高6.0mX2.0mX14.8m。[模型状况]侧面立面3DView3.2边界条件主

4、塔的最下端因与主梁固接，故按固接边界条件处理。3.3荷载(1)恒荷载混凝土的容重为25kN/m3，自重由程序自动计算。(2)拉索的竖向荷载对于拉索的张力假设达到了容许拉应力，以此作为外力条件考虑。将拉索的竖向分力计算出来，给鞍座处受拉索压力的单元节点施加了向下的节点荷载。各拉索张力作用下的荷载计算如下。拉索锚固位置C1C2C3C4长度(m)4.8694.8824.94.926角度(deg)13.73214.91716.4818.634Sin(deg)0.2370.2570.2840.320竖向力(kN)25.91628.3

5、1631.46635.774C1C2C3C4C5C6[施加拉索引起的竖向力]4.分析结果在自重和拉索引起的竖向力作用下主塔以及鞍座的应力分布状况如下。4.1拉应力结果从分析结果上看，整个结构基本处于压应力状态，只有在一些拉索的锚固处出现部分拉应力。横桥向应力(MPa)纵桥向应力(MPa)竖直方向应力(MPa)产生最大拉应力处的剖断面图1)各方向最大拉应力位置拉应力(MPa)容许应力(MPa)验算纵桥向0.3022.89O.K.横桥向0.8882.89O.K.竖直方向0.3432.89O.K.4.2开裂应力验算对于拉索锚固区

6、域的开裂与否进行了确认。下图所示为锚固区域周边(Φ=267.4mm)产生的拉应力。纵桥向应力(MPa)横桥向应力(MPa)锚固区域周边节点产生的拉应力值如下。1)纵桥向节点号254325012516251025232531平均应力应力(kN/m2)60.32130.12102.433.32127.82101.6187.6042)横桥向节点号254325012516255225232531平均应力应力(kN/m2)888.24664.85334.58285.10312.55319.85467.528对于拉索锚固孔周围的应力按

7、各方向分别计算单位长度(m)的拉力可得，纵桥向为87.604X0.84X1.0=73.59kN，横桥向为467.53X0.84X1.0=392.72kN。3)计算加强钢筋量通过配置钢筋来抵抗开裂。所需钢筋量为钢筋使用HRB335钢筋的H16(As=1.986cm2)的话，,配筋最大间距为。即，每米的钢筋数量为10.69个，间距为9.35m。因此按9cm的间距配筋。由于实际发生的张拉力会比单位长度(m)计算的392.7kN小，因此可以看作是相对安全的设计。4.3挤压应力验算下面对于鞍座拉索处的挤压应力进行验算。竖向应力(MP

8、a)最大挤压应力:7.187MPa容许挤压应力:32MPa>7.187MPa由以上比较可知鞍座处由于拉索的竖向分力产生的挤压应力满足安全要求。5.小结本例题对于主塔拉索鞍座处进行了详细分析。验算了该处的拉应力、挤压应力等是否满足要求，并对不满足要求部位通过计算确定了配筋量。今后可以对于类似结构进行此类仿