拓扑优化拉杆—压杆模型在索塔锚固区的应用

为改善传统索塔锚固区拉杆—压杆模型的精度,采用密度法对传统模型进行拓扑优化.将连续介质离散为若干有空穴的单元,设定拓扑优化方向(体积减小率)进行迭代,得到相对密度趋近于1的单元,即找到最有效的荷载传递单元和路径,从而获得精确的拉杆、压杆面积和角度.将该方法应用于索塔锚固区强度校核中,以迫龙沟特大桥为例进行说明.采用通用软件ABAQUS建立该桥上塔柱索塔锚固区节段模型,通过拓扑优化获得节段有效传力区域退化模型,求解模型中拉杆、压杆及节点强度,并采用AASHTO规范校核,结果表明杆件及节点强度均满足要求.     

基于拓扑优化建立拉压杆模型的索塔锚固区环向预应力配束研究

斜拉桥索塔锚固区是典型的应力扰动区(D区),常规设计方法主要适用于符合平截面假定的规则区域(B区)而不适用于D区。拉压杆模型是对D区进行设计的有效方法,但难以在大量可能平衡的拉压杆结构中找到正确的模型。为解决索塔D区预应力配束问题,文中采用拓扑优化方法,根据拓扑优化构型建立拉压杆模型,通过该模型指导索塔锚固区预应力配束设计,并采用Abaqus建立三维有限元模型对配束的合理性进行验证。结果表明,采用拓扑优化建立拉压杆模型指导索塔锚固区预应力配束的方法可行。     

索塔锚固区拓扑优化拉压杆模型及预应力构造分析

针对混凝土索塔锚固区承载力准确计算及预应力设计难题,提出拓扑优化拉压杆模型,以龙川枫树坝大桥为背景,采用变密度拓扑优化法构建索塔锚固区拉压杆模型,分析索塔锚固区压杆和节点的承载力、计算环向预应力需求数量,建立索塔锚固区节段有限元模型进行预应力构造优化分析,确定预应力沿高度方向布置方式、预应力盲区设计及预应力配置数量,并对优化后的模型进行应力验算。结果表明:分散布束较集中布束产生的锚固区主拉应力更小;在导管处预应力盲区增加短束可均匀提高塔侧壁的预压应力;受材料泊松效应影响,索塔锚固区预应力钢筋必须适量配置;按提出的拉压杆模型及构造优化方式布置预应力钢束可较好满足索塔锚固区受力要求。     

大跨度斜拉桥新型索塔锚固构造力学性能研究

针对斜拉桥传统钢锚箱构造复杂、吊装重量大,钢锚梁结构需设置环向预应力、索导管定位复杂等问题,研究一种新型钢锚箱锚固结构(主要由混凝土桥塔、U形钢锚固件和钢拉板组成,塔壁不设环向预应力)的适用性。以某大型斜拉桥(采用传统钢锚梁+环向预应力锚固形式)为背景,提出这种新型钢锚箱索塔锚固结构设计方案,建立锚固区节段有限元模型,研究其受力性能。结果表明:新型钢锚箱索塔锚固结构设计方案中,斜拉索水平力基本由新型钢锚箱承担,取消塔壁环向预应力,按钢筋混凝土受拉构件由最小配筋率下裂缝宽度控制塔壁设计,塔壁设计凹形部位便于钢结构锚固;在正常使用工况和断索工况下,新型钢锚箱索塔锚固区受力合理,塔壁应力、裂缝宽度等指标均满足规范要求。     

独斜塔斜拉桥索塔交叉锚固区模型试验研究

芙蓉江大桥为主跨170m的地锚式独斜塔斜拉桥,斜拉索交叉锚固于桥塔上塔柱"工"字形截面两侧的锚块上。为了解该桥索塔锚固区的应力分布,选取塔顶5对斜拉索的锚固区段为对象,设计制作1∶4的缩尺模型进行静载试验,并采用MIDAS FEA软件建立索塔锚固区有限元模型,分析锚固区塔壁和锚块的应力分布。结果表明:在斜拉索索力及恒载作用下,桥塔地锚箱侧塔壁处于受压状态,主跨侧塔壁处于受拉状态,塔壁最大压应力为4.2 MPa,最大拉应力为1.68MPa,均出现在工字形翼缘;斜拉索索力使锚块处于竖向受压、横向受拉的复杂应力状态;实桥桥塔应力的实测值与试验模型实测值和理论值均吻合较好。     

利用压杆一拉杆模型进行结构混凝土的评估和加固

介绍了利用压杆一拉杆模型对现有结构混凝土承载力的评估及加固方法,运用实例论述了压杆-拉杆模型在制订结构混凝土加固工程方案中的具体应用.     

矩形截面梁后张锚固区劈裂力计算的拉压杆模型法

针对矩形截面梁端部承受一个水平或倾斜锚固力的工况,根据主应力迹线构建出后张锚固区的拉压杆模型.在此基础上,利用拉压杆模型中节点力的平衡条件以及模型中的几何关系,推导出后张锚固区劈裂力大小的计算式.同时,利用有限元数值分析结果,拟合出劈裂应力合力重心位置的计算公式.在锚垫板宽度、锚固偏心距及力筋倾角变化的情况下,通过对比本文计算方法、美国AASHTO规范公式、欧洲FIP99建议公式的计算值以及有限元结果,表明所提出的劈裂力计算方法能够较好地反映锚垫板宽度、锚固偏心距以及力筋倾角对劈裂力大小以及劈裂应力合力重心位置的影响规律.与现有规范建议的计算公式相比,考虑的影响因素更为全面,计算精度更高.     

基于我国规范的压杆-拉杆设计方法

介绍了近年来得到广泛重视并在一些混凝土结构设计规范中得到应用的压杆-拉杆模型,以及美国混凝土结构规范ACI 318-05中的压杆-拉杆模型设计方法.根据对混凝土结构压杆-拉杆模型的分析,提供了按我国混凝土结构规范的设计参数（荷载、混凝土强度、钢筋强度）时,采用压杆-拉杆模型进行设计的方法,并给出了按该方法进行设计时与按ACI 318-05规范设计时安全度的对比分析,最后给出了按我国参数进行设计的示例.     

短悬臂盖梁柔性拉压杆模型分析研究

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）基于应力扰动区（D区）刚性拉压杆模型给出了短悬臂盖梁承载能力极限状态的计算方法,但对于正常使用极限状态抗裂验算未进行规定。如果按刚性拉压杆模型进行抗裂验算,则拉杆钢筋的应力往往偏大,配筋将过于保守。实际上拉杆和压杆刚度相差较大,按有限变位的柔性拉压杆模型推导了拉杆拉力的计算公式,并结合工程实例采取有限元实体模型进行验证,结果表明柔性拉压杆模型计算结果精度更高,与有限元分析结果更吻合,相关结论可供类似工程参考。     

体外预应力箱梁桥转向块配筋设计分析

文章对重庆某体外预应力箱梁桥转向块利用拉压杆模型法进行配筋设计.根据体外预应力箱梁桥转向块的主应力矢量图和主应力云图确定转向块设计的B区和D区,然后运用"弹性应力法"和"拓扑优化法"相结合的方法建立了转向块D区设计的拉压杆模型.再由平衡条件算出拉杆和压杆内力,根据美国ACI-318-05结构设计规范的有关设计公式、规定进行转向块D区的配筋设计和压杆承载力检验.最后,给出了体外预应力箱梁桥转向块相应的配筋设计建议.     

通州世纪大桥设计

通州世纪大桥为倾斜拱形独塔斜拉桥,跨径组合为110m(主跨)+80 m(锚跨),主梁采用π形肋板式断面结构,桥塔为拱形钢结构,塔高63.6 m,塔身向锚跨倾斜15°,斜拉索采用φ7高强度平行钢丝,为扇形空间索面布置,主墩承台为哑铃形布置,采用钻孔灌注桩基础.采用MIDAS Civil 2010程序建立全桥有限元模型进行主桥总体结构计算分析,采用ANSYS程序建模进行斜拉索塔上锚固局部应力、钢塔与混凝土塔座结合处及塔梁相接处中横梁受力分析,分析验证该桥各项指标均能满足规范要求,且有一定的安全储备.     

内置式钢锚箱索塔锚固区受力与参数分析

内置式钢锚箱索塔锚固区模型试验结果表明结构强度足够,但混凝土外端壁和内侧壁均出现裂缝,且外端壁开裂荷载较低.根据索塔锚固区的变形协调关系,分别对矩形和圆形索塔的斜拉索水平分力在钢锚箱与混凝土塔壁之间的分配比例、外端壁和内侧壁的混凝土应力进行理论分析,理论分析结果与试验结果吻合.对矩形和圆形索塔的水平力分配比例和混凝土应力进行参数影响分析,分析结果表明调整索塔长宽比、塔壁厚度比、钢锚箱拉板面积等能改善塔壁混凝土的受力.对相当规模的内置式钢锚箱圆形和矩形索塔锚固区的结构受力性能进行对比分析,结果表明矩形索塔略优于圆形索塔.建议采取措施改善混凝土外端壁局部受力状况.     

钢塔斜拉桥复合式锚固结构研究和分析

复合式锚固结构用于钢塔斜拉桥可以简化塔内构造布置,有效传递斜拉索索力。复合式锚固系统主要由钢锚箱和环向加劲组成,斜拉索水平分力由钢锚箱承担,不平衡水平力由环向加劲承担,竖向分力由加强加劲肋与桥塔承担。通过对复合式锚固结构的有限元分析,总结了该锚固结构的受力性能和特点,为同类型斜拉桥塔上锚固结构的设计提供参考。     

鄂东长江公路大桥索塔锚固区节段模型试验研究

以鄂东长江公路大桥索塔锚固区为研究对象,采用1:1足尺模型试验与有限元分析相结合的方法,研究钢锚箱与混凝土组合结构索塔在不同索力状态下的受力特性和混凝土的抗裂性能,模型试验最大荷载为1.6倍设计组合索力.研究结果表明:试验荷栽为1.0倍设计组合索力时,塔壁裂缝位于边跨侧索导管口上方,最大宽度为0.15 mm,小于设计允许裂缝宽度,钢锚箱上测点最大应力为94.6 MPa,个别部位存在应力集中现象,但钢结构整体处于结构弹性范围内;试验荷载为1.6倍设计组合索力时,塔壁最大裂缝宽度扩展至O.27mm,组合结构能继续承载,说明结构有足够的安全度.     

上海长江大桥主航道斜拉桥索塔钢锚箱设计

上海长江大桥主航道桥为双塔双索面斜拉桥,主梁为分离式钢箱梁,主塔采用人字形塔。主跨730 m,居世界已建成同类桥梁第五位。超大跨径斜拉桥的索塔锚固形式主要有钢锚箱和钢锚梁两种,长江大桥采用了在空心塔柱内壁设置钢锚箱的索塔锚固方式,介绍了长江大桥索塔钢锚箱的设计,经有限元计算表明：结构设计满足规范要求,     

无锡市清宁大桥矮塔斜拉桥设计

无锡市清宁大桥主桥为主跨113m的矮塔斜拉桥,跨越京杭大运河,该桥为单索面、主梁为预应力混凝土单箱三室箱形梁,桥梁全宽30m。拉索为平行钢丝斜拉索、冷铸锚,主塔为钢筋混凝土结构,主塔锚固区采用钢锚箱的锚固方式。     

混凝土斜拉桥双直立塔柱形索塔与下横梁异步施工控制

塔柱(内倾)是斜拉桥塔柱与下横梁异步施工的一个难点,结合双直立塔柱形索塔与下横梁异步施工工程实例,介绍了横向设置预偏的方法控制塔柱垂度。塔和下横梁异步施工中的塔偏通过考虑下塔柱与下横梁门式结构受力、混凝土收缩、下横梁预应力钢束锚下局部压缩,对塔柱节段施工设置预偏,塔柱(内倾)能够有效地控制塔偏。     

独塔四索面空间异型斜拉桥的施工监控计算

宁波外滩大桥主桥采用独塔四索面空间异型斜拉桥结构,跨径布置为(225+82+30)m。为确保该桥施工安全,通过对结构受力模式的分析,明确了前塔柱竖拼竖转法施工、桥塔的弯矩、后锚点的安全及主梁行车舒适性是控制的重点。采用MIDAS Civil仿真该桥施工全过程,计算结果表明,该桥桥塔、主梁、斜拉索及后锚点在整个施工过程中均满足规范要求,且均存在一定的安全储备。通过监控参数对主梁竖向变形幅度的敏感性分析,确定施工监控时以控制斜拉索索力为主的原则。     

连接形式对斜拉桥组合索塔钢锚箱剪力钉受力的影响

介绍斜拉桥组合索塔中钢锚箱的连接情况,结合具体工程,建立组合索塔锚固区三维实体有限元模型,计算了不同钢锚箱连接情况下的剪力钉受力,通过对剪力钉剪力分布规律的比较,得到钢锚箱节段间全部连接而且最底部钢锚箱和混凝土上的钢垫板紧密结合,是剪力钉受力最合理的一种结构形式.     

独塔无背索斜拉桥主塔施工控制仿真分析

长春市轻轨独塔无背索斜拉桥采用支架支撑主塔浇筑混凝土,由于对主塔塔臂段的沉降值要求不能超过2 cm,所以在施工中采用了对主塔塔臂预加向上顶力的施工技术。对主塔各施工阶段进行仿真分析,预加向上顶力的施工技术能满足主塔在施工阶段对应力和变形的要求,工艺操作简单,可靠性较强,并能够保证工期的需要。