拱塔斜拉桥预应力索塔锚固区节段应力分析

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1、拱塔斜拉桥预应力索塔锚固区节段应力分析郝翠，王建国，曹新垒43拱塔斜拉桥预应力索塔锚固区节段应力分析郝翠1，王建国2，曹新垒2(1．安徽省交通规划设计研究院，安徽合肥230088；2．合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009)摘要：某桥为主跨260m三塔双索面预应力混凝土拱塔斜拉桥，采用空间有限元法对5种荷载工况下索塔锚固区节段应力进行分析。结果表明：空心矩形索塔内布置双向井字形预应力筋能够有效抵消斜拉索水平分力产生的拉应力；索力及预应力分别作用下，距离基准节段中心分别为1．2m和1

2、．5m范围内，应力呈现渐进衰减趋势；设计计算中可通过控制侧墙与倒角交界处、斜拉索出口处以及锚块与塔壁交界等处混凝土应力，来控制整个索塔锚固区的应力分布。关键词：斜拉桥；拱形塔；索塔锚固区；预应力混凝土结构；预应力精轧螺纹钢；应力；有限元法中图分类号：U443．38；U441．5文献标志码：A文章编号：1671—7767(2010)04—0043—041引言构体系。主梁采用预应力混凝土双边箱梁，梁高3．2近年来，混凝土斜拉桥以其结构新颖、受力性能m。顺桥向为3个不等高的拱形桥塔[见图1(a)]，好

3、等特点，在桥梁工程中应用日趋广泛。塔柱作为均采用空心矩形截面。斜拉索塔上标准间距为2．0主要承重构件之一，不仅承受巨大的轴向压力，索塔m，中塔单侧共20对斜拉索。索塔锚固区采用锚垫锚固区还要承担索力产生的巨大水平力。因此，仅板形式[见图1(b)]，锚垫板下设置钢筋网；塔壁配靠塔内普通钢筋来平衡该水平拉力是不合理的。因置双向井字形432mm预应力精轧螺纹粗钢筋(本此常在索塔锚固区布置预应力钢束以抵抗斜拉索产文简称预应力筋)[见图1(c)]，其竖向间距为15～生的水平力n,zj。40cm，满布于整个

4、索塔锚固区。塔柱竖向主筋采用预应力混凝土拱塔斜拉桥在国内外尚为少见，432133．133．的Ⅲ级钢筋。相关建设及施工资料较少。本文结合某拱塔斜拉桥，运用空间有限元方法，对预应力混凝土空心矩形3有限元分析模型索塔节段应力进行了分析，指出了其受力特点，并对计算分析中选取中塔索力最大的3个节段作为类似结构的设计提出了相应的建议。研究对象，对应中塔最外3对索(编号C1～C3)，为了避免节段下端位移边界效应对应力分布产生较大2工程概况影响，选取的计算节段高8．0m[见图1(a)]。顺桥某桥为三塔双索面预应

5、力混凝土斜拉桥，跨度向为z方向，横桥向为z方向，竖向为y方向。以中布置为(38+82+2×260+82+38)m，为半漂浮结间节段(C2对应节段)作为基准节段，研究斜拉索、一L!塑=i塑．i一恒靼叫§旧蜷一o。h一(a)中塔立面(b)塔上斜拉索锚固构造(c)索塔锚固区预应力筋布置单位：cm图1桥塔结构布置示意收稿日期：2010—05—21作者简介：郝翠(1985一)，女，2007年毕业于合肥工业大学土木工程专业，工学学士，2010年毕业于合肥工业大学市政工程(路桥)专业，工学硕士(E—mail：

6、hc3188@163．corn)。44世界桥梁2010年第4期预应力作用的荷载效应分布及其相互作用。C3索力分别为N1—7450kN、N2—7200kN、N33．1有限元离散—7050kN。索力以面力的形式作用在锚垫板扣除有限元计算采用通用有限元程序ANSYS10．0。索孔面积以外的部分上，其方向与索力实际方向在对模型进行有限元离散时计人了塔上锚固齿槽和一致。预留孔，齿槽和预留孔的位置、尺寸均与实际结构一(3)荷载工况。为了详细了解索塔锚固区在施致。根据索塔锚固区的构造特点，采用8节点三维工过程

7、、运营阶段的应力状态以及预应力和索力的实体单元Solid45模拟塔体，采用Linkl0单元模拟荷载效应分布情况，主要考虑5种荷载工况：①工况钢束。采用四面体和六面体单元自由划分网格，该1，张拉基准节段斜拉索索力，研究索力作用下节段模型(见图2)共离散67486个节点、356317个单模型应力分布及其沿高度方向衰减规律；②工况2，元。材料特性做了以下简化：塔壁按各向同性的匀张拉3个节段斜拉索索力，研究索力作用下塔体受质弹性体考虑，未计入劲性骨架及普通钢筋；混凝土力特点，为合理布束提供依据；③工况3

8、，仅张拉基(C55)弹性模量E。一3．55×104MPa，泊松比肚一准节段范围内的预应力筋，研究预应力作用下节段0．2；预应力筋采用直径32113．111预应力精轧螺纹粗模型应力分布及其沿高度方向衰减规律；④工况4，钢筋，．厂pk一930MPa，E。一2．0X105MPa，线膨胀系张拉3个节段范围内预应力筋，研究预应力作用下数口一1．2×10一。塔体受力特点；⑤工况5，施加3个节段预应力及斜拉索索力，研究各对斜拉索作用的相互影响及其在高度方向的分布。4计算结果及设计建议由前述数据建立空间分析模型