厦漳大桥索梁锚固结构承载力试验研究.pdf

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1、２０１５年第１４期（总第１６７期）江西建材交通工程厦漳大桥索梁锚固结构承载力试验研究１１２■张帆，熊健民，周金枝■１．湖北大学，湖北武汉４３００６８；２．湖北工业大学土木工程与建筑学院，湖北武汉４３００６８摘要：对厦漳大桥的索梁锚固结构１∶１足尺模型进行有限元分析及静载试验，分析和研究了索梁锚固区关键部位在静力荷载作用下的力学性能，并对该部位设计的正确性和制造工艺的可行性进行验证。关键词：索梁锚固区承载力试验有限元分析斜拉桥ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｂｅａｒｉｎｇｔｅｓｔｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｈｅｆ

2、ｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｆｕｌｌｓｉｚｅｍｏｄｅｌｏｎｔｈｅｃａｂｌｅａｎｃｈｏｒａｇｅｚｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｇｉｒｄｅｒｏｆｔｈｅＸｉａｍｅｎ－ＺｈａｎｇｚｈｏｕＢｒｉｄｇｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔ．ＩｔｖｅｒｉｆｉｅｄｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｉｔｓｄｅｓｉｇｎａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｉｔｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃａｂｌｅ－ｇｒｉｄｅｒａｎｃｈｏｒａｇｅｚｏｎｅＢｅａｒｉｎｇｔｅｓｔＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓＣ

3、ａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ图２材料本构关系曲线倍、１６倍、２１倍、２６倍及３１倍最大索力下Ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ应力值及塑１概述性区间的发展趋势。Ｚ１２锚固结构锚拉板与锚管在各级荷载作用下的厦漳跨海大桥北汊为主跨７８０ｍ的五跨连续半漂浮体系双塔双索最大Ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ应力值如表１、表２。锚拉板与锚管的塑性区间发展趋面斜拉桥，跨度布置为（９５＋２３０＋７８０＋２３０＋９５）ｍ，南汊主桥为双塔势如图４、图５。双索面半漂浮体系组合梁斜拉桥，跨度布置为（１３５＋３００＋１３５）ｍ；该表１各级荷载作用下锚拉板最大Ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ应力值桥起于厦门

4、马青路院前处，止于漳州龙海市后宅处。大桥工程主要包荷载（ｋＮ）应力值（ＭＰａ）括北汊北引桥、北汊主桥、北汊南引桥、海门岛立交及收费服务区、南汊桥、海平互通立交组成。６５７８３３３７３南、北汊主桥索梁锚固形式均采用锚拉板式锚固结构，这种索梁锚［１］９８６７５３５３３固方式传力路径明确，构造简单，施工、检查和维修方便，但局部应力明显集中，一些关键构造细节的疲劳可靠性不明确。为验证结构设１３１５６６３６０６计正确性与制作工艺的合理性，确保结构的安全可靠，对南汊主桥索梁１６４４５８３６５３锚固结构进行１∶１足尺模型试验。通过对南汊主桥的整桥有

5、限元计算，南汊主桥受力最大的锚拉板１９７３４９４０７６为Ｚ１２，综合考虑锚固结构的承载能力与疲劳性能，选择参照南汊主桥Ｚ１２锚拉板制作本试验模型。该试验模型是１∶１足尺模型，高为６１ｍ，表２各级荷载作用下锚管最大Ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ应力值宽为２３９ｍ。试验模型制作厂家与实桥生产厂家是同一个厂家，保证荷载（ｋＮ）应力值（ＭＰａ）了模型的整个制作和焊接工艺要求与实桥完全一致，材料也与实桥相６５７８３３５８７同，为Ｑ２３５钢。厦漳跨海大桥斜拉索与主梁之间采用锚拉板式的锚固方式，如图１９８６７５３６１２所示，斜拉索在索塔上锚固采用钢锚梁结构形式

6、。１３１５６６３６５０１６４４５８３７０８１９７３４９４５０８图１锚拉板式的锚固方式２有限元分析２．１材料参数从锚固区的线弹性有限元分析结果可知，在成桥索力作用下，锚固结构锚拉板、锚管Ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ应力值最大，某些区域的Ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ应力值将达到材料的屈服强度，为了进一步研究锚固结构的极限承载力，ａ．１６倍最大索力ｂ．２１倍最大索力需对索梁锚固结构进行了弹塑性分析［２］。计算中忽略结构初始缺陷，图３可以看出：随着荷载的增加，锚拉板的圆倒角在处塑性区间不断增大，当荷载增在最大索力的３１倍时，锚拉板与锚管连接处的圆倒不考虑由于板

7、件焊接引起的收缩变形。单元选用四节点三维壳单元角处已全部屈服。ＳＨＥＬＬ１８１，钢材采用双线性等向强化材料模式，弹性模量Ｅ＝２．１×５图４说明了：随着荷载的增加，在与锚拉板连接处的锚管处塑性区１０ＭＰａ，泊松比μ＝０．３，初始屈服应力σｙ＝３６０ＭＰａ；考虑１％强化，３间不断增大，当荷载增在最大索力的３１倍时，锚管全截面屈服。切线模量Ｅｔ＝２．１×１０ＭＰａ，采用Ｖｏｎ－Ｍｉｓｅｓ屈服准则。材料本构关２．３锚固结构整体刚度分析系如图２。锚固结构在各级荷载作用下的最大位移如表３，将表３的数据绘制２．２锚固结构承载能力分析成图５。根据计算资料，Ｚ１２斜

8、拉索设计索力为５５４７１ｋＮ，分别计算１１·１４８·（１０７０３ｋＮ），该荷载值已经远大于ＭＴＳ６０００