钢拱塔斜拉索锚固区局部应力分析

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1、文章编号：1009—9441(2010)04-0006一02钢拱塔斜拉索锚固区局部应力分析口口孑j：l、兆会(中铁十八局集团第二工程有限公司，河北唐山063030)摘要：以实际工程为背景，利用有限元分析软件ABAQUS建立了桥梁钢拱塔斜拉索锚固区局部构件的空间计算模型，对承受最大索力和钢拉杆力的锚固段进行了有限元静力分析，研究了该锚固区各板件及焊缝的应力分布及大小。结果表明，该耳板式锚固结构传力流畅，力在各板件和焊缝上分布较均匀，耳板应力水平最高，由耳板控制设计，适当增加耳板厚度和长度可以提高结构承载能力。关键词：斜拉桥；钢拱塔；锚固

2、区；局部应力；有限元中图分类号：U441文献标识码：A引言江苏省宜兴市荆邑大桥是1座钢拱塔斜拉桥(见图1)，跨径为173m。主副塔相衬成双套拱，主塔高73．6In，倾角8。；副塔高61．7m，倾角17。。主塔和副塔均为八角形钢箱，外包圆弧形导角，主塔长宽为4．0m×3．5m，副塔钢箱长宽为3．5m×3．0m。主副塔钢箱壁厚均为30nUll，塔内设竖向加劲肋和横向环向加劲肋。主副塔之间采用钢拉杆连接，拱塔上的索距2．2～2．6m，钢拉杆与斜拉索一一对应。图1索塔外形图1计算模型1．1有限元力学模型简化根据该桥中索塔锚固区的结构形式和受力

3、大小，选取受力最为不利的一个节段进行空间分析。采用大型通用有限元程序ABAQUS建模，结构的几何模型和有限元模型见图2。由于桥塔为全钢结构，模型采用三维壳单元SIR单元，即4节点四边形有限薄膜应变线性减缩积分壳单元进行建模。该单元性能稳定，适合进行线性、大转角或非线性大应变分析。考虑到结构构件的尺寸，选择单元划分尺寸为0．02m，并在耳板及其附近进行了加密，其单元划分尺寸为0．005m。图2几何模型和有限兀模型1．2计算载荷将索力和钢拉杆力作为外载荷作用于耳板上，考虑应力的扩散作用，外载荷按1／4圆弧上的均布线荷载作用于耳板轴孔的前端

4、。斜拉索索力取设计值2004．749kN，钢拉杆拉力取设计值2282．616kN。2计算结果及分析2．1结构整体应力情况钢拱塔锚固区采用耳板锚固形式，耳板焊接于结构整体Mises应力见图3。由图3可以看出，钢箱拱中横隔板上。由于钢拱塔和斜拉索、拱间拉索塔锚固区的传力途径较为清楚，在钢拉杆拉力和杆形成空间结构，使得锚固区内相应板件的构造较斜拉索索力作用下，荷载由耳板及其加劲板传递到为特殊，尺寸很不规则，且板件多、空间少、制作困横隔板和塔壁上，并最终由塔壁吸收。整个模型均难。锚固区板件最大厚度达到40lnln，最小厚度也只承受拉应力，而不

5、承受压应力，最大拉应力出现在有22into，焊接量、残余应力与残余变形大，力学特耳板内侧，即耳板与插销的接触处，为166．5MPa。性复杂。因此，有必要对钢拱塔锚固区的受力性能2．2各板件应力情况进行系统地研究。2．2．1耳板应力情况·6·Research＆ApplicationofBundingMaterials圉3结构整体Mises应力图选取应力水平更高的钢拉杆锚固耳板，其Mises应力见图4。由图4可以看出，钢拉杆的拉力通过插销作用于耳板上，耳板拉应力最大处也是模型拉应力最大处，其在耳板轴孔内侧，即与插销接触的部位及其附近区域，

6、此处应力最大值为166．5MPa，应力水平相对其他部位要大，成为耳板设计的控制部位。此外，耳板加劲板之后与拱塔壁之前的这一段区域，其应力水平也较高，局部在120MPa以上。由此可知，耳板的应力水平与结构的其他部位相比是最高的，因而成为整个锚固区设计的控制部位。图4耳板Mises应力图2．2．2耳板各加劲板应力情况耳板各加劲板的Mises应力见图5和图6。从图中可以看出，1、17加劲板较为成功地起到了应力分流的作用，使耳板前端的应力更好地传递到了拱塔壁，其自身应力水平不高，最大Mises应力为110MPa左右；2、2’加劲板应力水平较低

7、，其作用主要是加强耳板、横隔板和拱塔壁的连接，以增强整体性。图6耳板加劲板2、2Mises应力图接处的应力。考察焊缝的应力情况，只需考察板件连接处节点的Mises应力即可。2．3．1耳板与拱塔壁焊缝应力情况耳板与拱塔壁焊缝应力见图7。由图7可以看出，该焊缝两端应力较大，约为90MPa，中部应力较小，并在与3段耳板加劲板相交处及附近出现局部应力峰值。该焊缝总体应力水平不高，且长度短于耳板与横隔板焊缝，为次要承力焊缝。图7耳板与拱塔壁焊缝Mises应力图2．3．2耳板与横隔板焊缝应力情况耳板与横隔板焊缝应力见图8。由图8可以看出，该焊缝的

8、应力水平均在50MPa以上，且随着与0点距离的增加而逐渐增大，在距离O点800-9000inlIl时，焊缝应力升高较快，最大达116．293MPa。该焊缝总体应力水平较高，且相对较长，是主要承力焊缝。图8耳板与横隔板焊缝