斜塔斜拉桥桥塔三维应力分析.pdf

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1、斜塔斜拉桥桥塔三维应力分析芦群(杭州城建设计研究院有限公司，浙江杭州310001)桥梁工程器BridgeEngineering摘要：大连白云山斜拉桥是单塔竖琴式空间双索面斜拉桥，由于横梁结构形式奇特，塔梁同结处厚度有所变化，构造复杂，加之预应力的作用，使其成为该桥中的关键部位，有必要对塔梁部位进行实体模型仿真分析。通过使用大型有限元分析软件ANSYS分析．以彩色图形给出了塔梁捌结处的主拉、主压应力空间分布图。分析结果可为T程设计和施T单位提供参考。关键词：斜托桥：桥塔；应力；有限元中图分类号：U441．5文献标志码：B文章编号：1009—7767(2010)0

2、2一006l_03Three—-DimensionalStressAnalysisofEccentricallyCompressedTowerofaCable-StayedBridgeLuQual工程背景大连白云山斜拉桥座落在旅顺口区盐场，是1座单塔竖琴式空间双索面斜拉桥．桥梁结构为不对称的斜塔斜拉桥。跨径为85m，索塔主索一侧有3对拉索，锚同在横梁两端的吊耳上：背索一侧有2对手《)=索，锚同在隧道锚上(见图1)。全桥为稀索体系斜塔斜拉桥，梁上平均索距为21．25m。主梁采用预应力混凝土结构，为3室箱梁，全宽13m，梁高1．3m，顶、底板厚度均为20cm。边腹

3、板厚度70cm，中腹板厚度30cm。在中梁上拉索锚同区的横梁段。顶、底板都加厚至40cm。主梁的顶、底板及腹板中设置纵向预应力钢绞线。横梁采用预应力混凝土箱梁结构，拉索和主梁连接处设有拉索锚固结构。塔柱采用混凝土实体结构．向主跨一侧倾15o。塔上设有托索锚同锯齿及锚下垫板。塔柱的锚同区内设置劲性骨架以固定索管位置。主跨拉索锚固于主梁与桥塔上，与主跨拉索相平衡的另一侧拉索锚固于桥塔与山体的隧道锚基础上。拉索采用矽7镀锌低松弛高强钢丝，极限强度为l670MPa，采用双层热挤PE护套防护。锚具采用冷铸锚，拉索锚头端设防护罩、减震器及防水罩lu。图1大连白云山桥立面图

4、(cm)该桥的跨度虽然不大，但是桥塔的形状、倾斜方式造型奇特(见图2)，背索采用隧道锚的锚同方式，尤其是拉索与横梁连接在横梁两端的吊耳上，构思新颖。因此，进行应力分析时需特别注意以下几点：1)该桥2010m-$2期(3一)第28毫-爷荭投木一盯61器桥梁工程BridgeEngineering为稀索体系。索的拉力都很大。这当中又以主索当中的B3索拉力最大：2)桥塔上酷似蝴蝶结的横梁部分厚度有变化，受力比较复杂，因此，对主塔进行三维有限元分析，明确塔梁固结处的空间应力。对整个桥塔进行空间应力仿真分析，对整个结构正确安全性评价和合理的形式具有重要的意义；3)由于主塔

5、向主拉索方向倾斜，背索锚同在隧道锚上。因此背索的拉力格外重要【2l。

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7、—】LjUI’iI’760990图2桥塔立面图(cm)2空间有限元分析2．1有限元离散对主塔应力分析时，单元形式的选择必须根据结构的布置与其受力特点来确定。有限元离散时，根据对称结构受对称荷载，取其半部分作为受力构件进行离散。这样的简化，计算模型客观地模拟了实际结构I，I。计算模型见图3。由于该桥塔计算模型十分复杂，边界极其不规则，为了划分高质量的网格及顺利进行有限元求解提供前提条件。单元形式选取了10节点四面体单元。每个单元中有4个角节点，6个边节点。

8、该单元为二次非线性单元．其优点是划分网格时，它能适应复杂的边界条件。确保形状极不规则的实体顺利划分网格。此模型共离散为25601个节点．14204个实体单元。材料特性作以下简化：索塔按各向同性的均质弹性体考虑，未计入普通钢筋的影响。塔体混凝土强度C50，弹性模量E=3．5x107kPa，泊松比jz=O．167。2．2边界条件由于主要考察索塔的局部受力状态，所以简化桥塔模型的位移边界条件时。把索塔的根部同结。即约束索塔断面所有方向的位移。由于横梁为对称结构，荷载亦对称，反对称力为零，故中轴面处也进行固结假设。62啼荭投毒一ET2010No．2(Mar．)V01．

9、28图3计算模型2．3荷载及荷载工况2．3．1自重荷载取混凝土的重度为25kN／m3。2．3．2预应力预应力的作用换算为等效外荷载。有效预应力的计算中主要考虑了摩阻力以h锚具变形、钢筋回缩损失吼，预应力筋的松弛损失盯d。2．3．3主索和背索的拉力根据成桥状态下理想索力．根据平面杆系有限元程序可分别得出3对主索和2对背索的拉力，作用在有限元实体模型上。2．3．4荷载工况为仔细考察索塔在各个阶段的受力状态。考虑了3种荷载工况。T况l：结构自重+主索拉力+背索拉力。此工况为虚拟的，设置此丁况仅为考察索塔在强大的集中力作用下，横梁的应力分布情况，为合理布置横梁预应力筋

10、提供依据。工况2：结构自重+横梁预应力