斜拉桥异形截面预应力混凝土索塔锚固区受力性能的研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringMechanicalBehaviorResearchofAbnormalShapedAnchorageZoneofCable-stayedBridgePylonCandidate:LiYueMajor:StructuralEngineeringSupervisor:Prof.ZhuHongpingH

2、uazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaSeptember,2011独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解

3、学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打―√‖）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要斜拉桥主塔索塔锚固区是斜拉桥的关键部位，斜拉桥索塔锚固区受力性能的分析一直以来都是桥梁研究领域

4、的热点。虽然近几年来，国内外针对斜拉桥索塔锚固区积累了不少的研究成果，这些研究成果对斜拉桥的设计、建造都具有一定的参考价值。但我们也注意到目前针对斜拉桥索塔锚固区的研究还存在一些不足和亟待解决的问题，例如：针对异形截面索塔的研究成果很少；计算机分析通常采用基于线弹性理论的有限元方法；未考虑收缩、徐变等混凝土的长期效应因素；索塔锚固区设计与优化方法的研究资料很少，等等。因此，探讨和揭示具有复杂形状截面的索塔锚固区的受力性能和优化设计方法就显得尤为必要，具有重要的实践指导意义。本文以马岭河特大桥为工程背景，

5、以索塔锚固区足尺模型试验为基础，结合空间有限元仿真分析、STM（拉-压杆模型）分析方法以及数学规划法等结构力学与优化分析方法，对索塔截面形式采用非双轴对称六边形的这一类预应力混凝土异形截面索塔锚固区，展开相关问题研究。研究内容分为：索塔锚固区足尺模型试验研究、索塔锚固区整体分析研究、异形截面索塔锚固区优化设计研究和索塔锚固区日照温度场及应力分析研究四个部分，共6章。主要研究成果如下：（1）索塔锚固区足尺模型试验与有限元计算分析均表明：马岭河特大桥异形截面索塔的“连接部位外侧”以及“折线型长边内侧转角”两

6、个区域是索塔结构的易裂区域，应注意加强该两区域的配筋构造；折线型长边的抗裂能力要低于直线型长边，折线型长边由于截面的局部削弱，使得外侧压应力分布发生变化，在中部受压显著；在混凝土未开裂前，测点荷载与应力保持较好的线性关系，实测应力值和有限元计算值基本吻合，说明所建有限元模型具有较好的准确性；索塔模型的抗裂安全系数不低于1.3，破坏安全系数不低于1.6，结构有足够的安全储备。（2）整体模型与节段模型的有限元对比分析表明：在设计索力作用下，整体模型与节段模型在相应节段位置的应力分布大体一致，说明节段模型的理

7、论分析是正确的，节段模型的选取以及边界条件的处理是可行的；在预应力钢筋锚固端靠近长边外侧附近存在“预应力盲区”，在索力作用下，该区域形成较大的附加拉应力区，因此，建议将此区域的水平箍筋适当加密，以抵抗较大的附加拉应力，抑制裂缝的I华中科技大学博士学位论文开展；在整体模型的基准节段上单独施加预应力及设计索力时，整体模型内产生的应力效应沿高度及厚度扩散衰减很快，模型短边的应力效应沿高度方向的衰减要明显显著于长边，说明短边的应力效应传递范围小，应力效应主要集中在索力加载面附近，因此，应尽量将U形预应力钢筋布置

8、在斜拉索锚固点附近，以取得良好的受力效果。（3）拉-压杆模型分析方法（STM）是一种准确、可靠的斜拉桥索塔锚固区预应力设计与优化方法，STM分析结果依据索塔锚固区内部实际―力流‖的分布，反映了索塔锚固区实际受力的需要，更符合结构受力合理性的要求；STM分析结果不仅优化了索塔锚固区预应力筋的用量，而且优化了预应力筋的平面布置，预应力筋在索塔截面短边处靠外侧布置，在长边处靠内侧布置更有利于受力；索塔截面形式对索塔锚固区的预应力配置和受力性能有较