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《荆岳长江公路大桥钢锚梁索塔锚固区单节段模型有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、40世界桥梁2010年第2期荆岳长江公路大桥钢锚梁索塔锚固区单节段模型有限元分析胡贵琼,郑舟军(中铁大桥局集团桥科院有限公司,湖北武汉430034)摘要:钢锚梁索塔锚固区中钢锚梁承担了绝大部分的斜拉索水平分力,混凝土塔壁只承担小部分,而水平分力是引起索塔锚固区混凝土开裂的主要原因,荆岳长江公路大桥索塔锚固区设计中布置了一定的预应力以增加混凝土的安全储备。通过有限元仿真计算分析手段,分别对索塔锚固区在预应力、钢锚梁设计支承方式、钢锚梁设计支承方式(无预应力)工况下的应力进行分析。结果显示钢锚梁设计支承方式下,锚固区的应力均满足要求,但在设计支承方式(无预应力)时,锚固区混凝土
2、塔壁存在较大的主拉应力集中,因此在索塔锚固区上施加一定的预应力也是必要的。关键词:索塔锚固区;钢锚梁;预应力;有限元法中图分类号:U448.27;U441.5文献标志码:A文章编号:1671-7767(2010)02-0040-051前言荆岳长江公路大桥(本文简称荆岳大桥)位于湖北、湖南交界处的长江城螺河段上,是湖北省“六纵五横一环”骨架公路网中随州至岳阳高速公路跨越长江的特大型桥梁。大桥主桥为主跨816m混合梁斜拉桥,跨度布置为(100+298)m+816m+(80+2×75)m。桥塔为H形,南塔高224.5m,北塔高267m,索塔锚固区采用钢锚梁+钢牛腿结构型式。钢锚梁
3、索塔锚固区就是在索塔内部钢牛腿上设图2索塔锚固区节段竖向构造置钢锚梁,斜拉索锚固在钢锚梁两端,钢牛腿与桥塔分的成桥斜拉索水平分力,混凝土塔壁承担较小部内壁采用剪力钉连接。斜拉索的水平分力主要由钢分,这样减小了混凝土开裂的风险。钢锚梁最终两锚梁承担,竖向分力则通过牛腿传递至混凝土塔壁端固定,增加了锚固区构件连接的可靠性。钢锚梁[1]上,结构受力简单、可靠。荆岳大桥索塔锚固区结两端固定时的索力小于恒载索力,有助于成桥后钢构布置如图1和图2所示。牛腿和混凝土塔壁之间始终存在一定的压应力,能[3]防止钢牛腿与混凝土塔壁脱开。荆岳大桥钢锚梁的约束方式已尽可能地减小了混凝土塔壁承担斜拉
4、索水平力的比例,但对大跨度斜拉桥而言,二期恒载和活载也相对较大,在部分工况混凝土塔壁还承担绝对值较大的斜拉索水平分力。本文利用有限元软件对索塔锚固区进行建模,主要对锚固区在预应力、钢锚梁设计支承方式、钢锚图1荆岳大桥索塔锚固区平面构造梁设计支承方式(无预应力)工况下的应力进行分析。钢锚梁索塔锚固区钢锚梁的约束方式在国内有[2]2空间分析模型两端滑动、一端固定一端滑动和两端固定等多种方式。荆岳大桥采用在斜拉索初张拉前为边跨固定2.1有限元模型中跨滑动,初张拉后两端固定。钢锚梁承担绝大部有限元仿真计算选择南桥塔(斜拉索不对称布收稿日期:2010-03-29作者简介:胡贵琼(19
5、64-),女,高级工程师,1985年毕业于华中工学院力学系固体力学专业,工学学士(E2mail:huguiqiong@126.com)。荆岳长江公路大桥钢锚梁索塔锚固区单节段模型有限元分析胡贵琼,郑舟军41置)最顶部的第26桥塔节段,采用三维实体单元模口U形筋和顺桥向直筋,每节索塔锚固区由5对预拟实际斜拉索锚固区混凝土的实际构造与形状。板应力筋组成,预应力平面布置如图1所示。预应力壳单元模拟钢锚梁和牛腿结构,杆单元模拟预应力采用ASTMA416290a标准270公称直径高强度低筋,梁单元模拟劲性骨架。整个节段模型共定义了松弛预应力钢绞线,在混凝土强度达到设计强度的10436
6、0个节点,93964个单元,有限元分析模型如85%后张拉,两端张拉,每束张拉控制力为图3所示。计算材料为线弹性材料,各构件材料属2346.3kN。4模拟施工过程中,预应力张拉时仅混凝土桥塔性具体为:①混凝土:E=3.45×10MPa,泊松比μ=5受力,钢锚梁为两端滑动状态不参与受力。混凝土0.167;②钢板:E=2.1×10MPa,泊松比μ=0.3;③劲性骨架:E=2.1×105MPa,泊松比μ=0.3;④桥塔在预应力的作用下,整体以受压为主,在索导管5开口处由于截面削弱有较小主拉应力集中,同时在预应力筋:E=1.95×10MPa,泊松比μ=0.3。内倒角的变截面处也有一定
7、主拉应力集中。中跨侧索导管出口面的应力分布如图4、图5所示,中跨侧索导管出口面最大主拉应力为1.94MPa,主要集中导管出口面开孔斜向45°方向。最大主压应力为-6.34MPa,位于导管口上、下两侧位置。图3有限元分析模型总体而言,中跨侧索导管出口面以受压为主,受2.2边界条件索孔局部削弱和泊松比效应影响在索导管口局部极钢锚梁与钢牛腿之间约束关系根据实际模型及小范围内有主拉应力集中,且应力极值小于规范允计算工况采用接触单元模拟,当为可滑动时,钢-混凝土界面采用摩擦接触关系,其中摩擦系数按设计值取0.05;当焊接时,
