悬索桥重力式混凝土锚碇稳定性验算与数值分析-论文.pdf

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1、第23卷第3期河南城建学院学报V0l_23No．32014年5月JournalofHenanUniversityofUrbanConstructionMav．2014文章编号：1674—7046(2014)03—0005—04悬索桥重力式混凝土锚碇稳定性验算与数值分析黄奶清，李亚平，程利鹏，孙刚，汪遵彪(1．安徽芜铜长江高速公路有限公司，安徽合肥230088；2．同济大学桥梁工程系，上海200092)摘要：锚碇是支承主缆、保证桥梁主体结构受力稳定的重要部位，为保证桥梁安全，锚碇应具有足够的稳定性和力学特性。签于锚碇在悬索桥中的重要性，以重

2、庆长寿长江二桥北锚碇基础为例，通过验算其稳定性以及利用Abaqus3D进行数值模拟，分析锚碇各施工阶段下的应力状态。结果表明锚碇基础稳定性和压应力满足要求，局部地方出现应力集中和拉应力，应对其进行设计优化处理。锚碇基础的验算和分析结果为重力式混凝土锚碇的合理设计和施工提供有益的参考依据。关键词：悬索桥；重力式；锚碇；稳定性；数值分析中图分类号：U448．25文献标识码：A锚碇作为悬索桥主要的承力结构物，其受力机制是将作用在悬索桥主缆上的巨大拉力通过索股与锚碇架分散传到锚块上，再由锚碇基础通过摩阻力传递到地基上，以地基的反力来抵抗锚碇基础和

3、索股拉力在竖直方向的分量I2。由锚碇基础与地基的摩阻力来抵抗索股在水平方向的拉力。通常情况下，悬索桥锚碇分为重力式锚和隧道式锚。重力式锚碇又分为前锚式和后锚式。重力式锚碇以地基反力抵抗锚块、基础与主缆张力在竖直方向的分量，而索在水平方向的巨大拉力则由锚块与地基的摩阻力平衡。由于重力式锚碇适应在各种地质条件下建造，因此应用最为广泛，如：日本的明石海峡大桥、厦门海沧大桥以及塞文桥。签于锚碇在悬索桥中的重要性，本文以采用重力式锚碇的重庆长寿长江二桥为例，选取其北锚碇，在验算其稳定性基础上，通过有限元软件Abaqus进行数值模拟，分析其在各种不同

4、荷载工况下的受力情况，给出计算结果，为重力式悬索桥锚定基础设计与施工提拱参考。1工程概况重庆长寿长江二桥主桥采用主跨739nl的单跨简支钢箱梁悬索桥，南北锚碇均采用埋置式混凝土重力锚体，矩形台阶状扩大基础。锚碇由锚块、压重块、锚块连接段、鞍部和前锚室组成，后锚室在施工后期封填。前锚室顺索股中心方向长20111，前、后锚室间锚块顺索股中心方向长18m。北锚碇基底高程为193．0m，基础顺桥向47．5ITI，横桥向5O．5m。北锚碇前缘为铁路堑坡，该区域地基稳定，土层薄，下伏基岩为泥岩砂岩互层，局部砂岩或泥岩呈透镜体出现，泥岩层厚度30—50

5、m，泥岩以下为砂岩层。锚碇区岩体受结构面影响小，稳定性较好，主要结构尺寸详见图1。由于该锚碇基础开挖形成高达35—40m的岩质基坑边坡，坡顶大部分为基岩裸露，局部覆盖薄层土层，厚度小于1．0m，土层及强风化层按1：1．0临时坡率开挖；中风化基岩顺桥向，采用1：0．3坡率分级放坡开挖；中风化基岩横桥向，采用1：1．0坡率分级放坡开挖，顺层面进行抗滑支挡措施。收稿日期：2014—03—09第一作者简介：黄奶清(1982一)，男，福建福安人，硕士，安徽芜铜长江高速公路有限公司工程师。6河南城建学院学报2014年5月t27504750]4x500

6、=2000[图1锚碇主要结构,12寸图图2锚碇受力示意图2稳定性验算2．1抗倾覆稳定性验算对于基础落在中风化岩情况下，应保证在最不利荷载作用下，基底截面偏心距落在截面核心内。对于重力式锚碇，沈华春等人认为只要满足滑移的安全性要求，抗倾覆要求一般就能满足。而抗滑移安全性的验算一般也是按刚体模型，利用力的平衡来计算。锚碇受力如图2所示。(1)假定锚碇将绕前趾点发生转动。锚碇重心离前趾点的距离约为28．8m，散索鞍中心离前趾点的距离为23．0m。锚碇加填筑的砂卵石的重量约为1．927×10kN，主缆的最大竖向分力为1．08×10kN，最大水平分

7、力为2．44×10kN。抗倾覆稳定系数：K“：一倾覆力矩：一2：9．3>2．044×10×23．0一‘．满足要求。(2)假设锚碇将绕锚块和鞍座接触面底部发生滑动。此时不考虑鞍座和鞍座底部混凝土自重的作用(偏于安全)，则余下部分混凝土和砂卵石的自重为1．207×10kN，重心距转动点为15．5in；主缆的最大竖向分力为1．08×10kN，最大水平分力为2．44×10kN，距离转动点的距离为35．0m。抗倾覆稳定系数：一!!：!Q：二!：：!：一，)n一2．44X10×35．0⋯则锚碇的抗倾覆系数将大于2．0而小于9．3，锚碇的抗倾覆能力满足

8、要求。2．2抗滑移稳定性验算锚碇加填筑的砂卵石的重量约为1．927×10kN，主缆的最大竖向分力为1．08×10kN，最大水平分力为2．44×10kN。根据地质勘查，锚碇基底的摩擦系数取为0．