体外预应力桥梁锚固块构造分析及拉压杆模型法配筋研究

采用3种有限元分析模型进行体外预应力桥梁锚固块的应力分析,分别考虑角钢、钢垫板、体外预应力钢管,钢筋网和分布钢筋对锚固块的影响,并对3种有限元模型计算结果进行分析对比。另外,对单孔锚固的T梁锚固块直接利用美国ACI-318-05混凝土结构规范中的拉压杆模型进行配筋设计;对多孔锚固的箱梁锚固块,忽略横向应力和竖向应力的相互影响,利用弹性应力法建立箱梁锚固块的横向和竖向配筋的拉压杆模型进行配筋设计。研究结果表明,在体外预应力锚固块与主梁相接部位中设置角钢有效地降低了这一位置由于大吨位张拉力引起的应力集中;设置了钢垫板、角钢、体外预应力钢管以及锚固区钢筋网和分布钢筋后,锚固区是安全的。因此,运用拉压杆模型法对体外预应力锚固块的配筋设计是合理可行的。     

某连续箱梁桥体外预应力门槛梁锚固块设计研究

为给体外预应力门槛梁锚固块设计提供参考,以某4×30m预应力连续箱梁桥加固项目为背景,对该类锚固块配筋以及锚后构造措施进行设计研究。考虑该桥构造特点及其它受限因素,设计高660mm、长2 500mm的门槛梁锚固块,结合美国ACI 318规范,运用摩擦抗剪理论及《公路桥梁加固设计规范》进行锚固块配筋;在配筋设计基础上对锚后增加矩形加强块,利用有限元法分析矩形加强块尺寸对锚后箱梁受力的影响,以优化矩形加强块的尺寸。研究结果表明:该锚固块配筋保证了锚固块受力满足要求,但体外预应力对锚后箱梁产生较大的拉应力;确定采用高150mm、长500mm的矩形加强块,可减小体外预应力产生的45.5%的拉应力。实践表明,桥梁体外预应力张拉后,锚固块与原箱梁并未发现裂缝,锚固块的配筋与锚后构造措施是合理的。     

某特大桥加固大吨位端部锚固块有限元分析

以广州市东圃某特大桥的检测与加固设计为背景,通过对体外预应力加固中的大吨位端部锚固块进行有限元分析,给出了端部锚固块在新增混凝土前后的纵向应力、横向应力和竖向应力,并对这些应力计算结果进行分析,结果表明端部锚固块在新增混凝土后的加固效果非常明显,但仍存在一些不足之处,并就此提出一些局部加强建议。最后根据有限元分析结果,利用拉-压杆模型进行了锚固区的配筋计算。     

波形钢腹板特大桥体外预应力设计及应用研究

为给特大跨波形钢腹板组合箱梁桥体外预应力设计提供参考,以港珠澳珠海连接线工程前山河特大桥为背景,介绍体外预应力体系的布设、转向与锚固装置的设计细节、体外束保护与减振装置的构造及减振机理。采用有限元软件,建立体外预应力钢束转向块、锚固端节段及运营阶段全桥有限元数值模型,分析转向块及锚固端的局部应力,研究施加体外预应力后运营阶段结构受力情况,比较不同体外预应力张拉工序对成桥状态结构挠度、应力、弯矩等力学性能的影响。结果表明:转向块及锚固端节段满足结构局部应力安全要求;运营阶段结构挠度、混凝土主梁及波形钢腹板应力均满足设计规范要求,结构安全可靠;"全桥合龙后先张拉中跨,后对称张拉边跨"的体外束张拉方案为最优方案。     

预应力钢筋混凝土齿块锚固区的三维有限元分析

采用三维有限元实体分析法研究预应力钢筋混凝土锚固区的应力状态,分析了钢束弯折角度及锚固块顺桥向长度对锚固区应力的影响,得到了一些基本规律。     

斜拉桥索塔低回缩环向预应力锚固结构研究

为设计一种新型的斜拉桥索塔锚固区预应力锚固结构,避免采用常用环向预应力索塔锚固结构带来的局限性,在调查分析了已有研究成果的基础上,从锚固区环向预应力损失的原理出发研究减少预应力损失的措施,提出了新型的低回缩环向预应力锚固结构方案.以韩家沱长江特大桥索塔锚固区为研究对象,设计了索塔低回缩环向预应力锚固结构和U形环向预应力锚团结构,并对这2种方案的有效预应力及预应力作用下索塔锚固区混凝土应力进行计算,结果表明,采用低回缩环向预应力锚固结构可显著减少预应力损失且有效应力沿程分布均匀,索塔锚固区的混凝土应力分布也更加均匀.     

拱塔斜拉桥预应力索塔锚固区节段应力分析

某桥为主跨260 m三塔双索面预应力混凝土拱塔斜拉桥,采用空间有限元法对5种荷载工况下索塔锚固区节段应力进行分析.结果表明:空心矩形索塔内布置双向井字形预应力筋能够有效抵消斜拉索水平分力产生的拉应力;索力及预应力分别作用下,距离基准节段中心分别为1.2 m和1.5 m范围内,应力呈现渐进衰减趋势;设计计算中可通过控制侧墙与倒角交界处、斜拉索出口处以及锚块与塔壁交界等处混凝土应力,来控制整个索塔锚固区的应力分布.     

密集横隔板UHPC箱梁锚固区局部效应分析及配筋设计

为获得密集横隔板UHPC箱梁隔板连通式齿块(即齿块锚固在相邻隔板上)锚固区的应力分布特征及配筋设计方法,以某拟建UHPC连续箱梁桥为工程背景,应用ABAQUS对其锚固区进行了多种参数分析,并基于参数分析结果、力流特征及力流平衡关系对锚固区进行了配筋设计研究。结果表明:在预应力的作用下,隔板连通式齿块锚固区存在隔板弯曲效应在内的6种典型拉应力集中效应,其中隔板弯曲效应主要表现为横隔板内侧面与齿块交接区域的拉应力集中;齿块部位的压应力沿纵桥向先逐渐增大随后逐渐减小,核心受压区位于靠近锚固端部位;与独立三角齿块相比,隔板连通式齿块由于隔板的锚固作用使得其锚固区的拉应力集中效应大为减弱,其中对于径向力效应的减弱效果最为显著;增加隔板宽度及隔板间间距会有效降低锚固区的应力集中效应,但当隔板宽度超过6倍齿块宽度时或横隔板与横肋之间的间距超过2 m时,拉应力的下降趋势变得不明显;多齿块锚固在同一横隔板上对锚固区的不利影响较小,当齿块间距增大到6 m时,多齿块锚固效应转变为单齿块锚固效应;基于已有规范提出的拉压杆模型基本构形及配筋设计方法可用于指导密集横隔板UHPC箱梁锚固区的工程设计。     

甬江斜拉桥索塔锚固区应力分析

大跨度斜拉桥索塔常采用预应力混凝土结构,在强大拉索力和预应力共同作用下,索塔锚固区受力十分复杂。针对索塔锚固区的受力研究,对优化锚固区构造及优化预应力钢束布置有重要意义。运用有限元方法对索塔锚固区进行了空间应力分析,总结了锚固区受力特点,为设计和施工提供了依据。     

荆岳长江公路大桥钢锚梁索塔锚固区单节段模型有限元分析

钢锚梁索塔锚固区中钢锚梁承担了绝大部分的斜拉索水平分力,混凝土塔壁只承担小部分,而水平分力是引起索塔锚固区混凝土开裂的主要原因,荆岳长江公路大桥索塔锚固区设计中布置了一定的预应力以增加混凝土的安全储备.通过有限元仿真计算分析手段,分别对索塔锚固区在预应力、钢锚梁设计支承方式、钢锚梁设计支承方式(无预应力)工况下的应力进行分析.结果显示钢锚梁设计支承方式下,锚固区的应力均满足要求,但在设计支承方式(无预应力)时,锚固区混凝土塔壁存在较大的主拉应力集中,因此在索塔锚固区上施加一定的预应力也是必要的.     

基于粘结-滑移理论的钢结构转向体系受力特性研究

为解决钢结构转向体系设计中锚栓受力不明确的问题,采用Abaqus/CAE三维建模软件分别对块式和横隔板式2种钢结构类型的体外预应力束转向体系建立了2种转向体系的有限元模型,并为了精确模拟锚栓的粘结-滑移特性,对锚栓节点采用了非线性弹簧本构,基于有限元计算结果分析了2种转向器受力及变形特性。结果表明:1)块式转向体系结构刚度一般,在转向力作用下锚栓受力较大,结构安全系数较低;2)横隔板式转向体系结构刚度较大,在转向力作用下,结构破坏形态是钢结构屈曲,锚栓受力较小,整个结构安全系数极高。     

基于非线性有限元分析的新型锚固块设计

锚固块是体外预应力桥梁的关键构造之一.目前采用的锚固块都是由钢筋混凝土构成,其体积和自重较大,受力较复杂,一定程度上约束了体外预应力在桥梁上的应用.借鉴钢锚箱在斜拉桥索塔上应用的成功经验,采用理论计算和非线性有限元分析相结合的方法对体外预应力混凝土桥梁的钢锚箱进行设计和计算.结果表明,钢锚箱可用于体外预应力混凝土桥梁,其自重只有混凝土锚固块的50％,该结果可为体外预应力桥梁钢锚箱设计提供参考.     

独柱塔自锚式悬索桥锚固横梁结构空间受力分析

南京江心洲大桥边跨主缆锚固大横梁设计独特,结构受力非常复杂.为了获得锚固横梁局部应力的大小与分布规律,对其传力途径进行研究,以通用有限元程序为计算平台,采用空间索单元模拟横梁中配置的预应力束以及主缆束股,三维块体元模拟混凝土锚固横梁,应用二次开发技术,建立精细三维有限元模型.在此基础上采用合理的加载模式对锚固横梁在空缆阶段和成桥状态2种不同工况进行应力计算与分析.结果表明:在空缆与成桥2种状态下锚目横梁的应力值与分布规律变化较大;为保证锚固横梁在施工过程中的受力状态处在合理的范围之内,锚固横梁中配置的大量预应力束应配合主缆束股的内力变化而分批次张拉.     

无支架施工系杆拱桥临时锚固设计与受力特性分析

采用无支架方式施工系杆拱桥时,施工期间的水平推力依靠施加于拱脚间的临时拉索进行平衡,随着施工过程的进行,水平推力不断发生变化,相应需要不停地调整临时索的索力。依托泰东河大桥作为背景工程,详细介绍了无支架施工临时索设计方法,并建立空间实体分析模型,研究了锚固区的受力特性,结果表明：临时索的施加对锚固横梁受力影响显著,横梁呈现明显的横向弯曲效应,为此提出钢束横向不均匀张拉的施工优化措施；锚固块主拉应力较大值主要出现在临时索锚下区及与系梁交界位置,应布置加强钢筋防止施工过程中开裂,锚固块整体主拉应力较小,满足受力要求。     

在动载作用下山岭隧道锚杆的动态响应分析

基于现场监测数据,采用数值分析方法研究了拱桥铺山岭隧道在底部动载作用下隧道锚杆的轴力和锚固水泥浆应力的动态响应规律。随着爆炸应力波传播,无衬砌影响的锚杆轴向拉应力在极短的时间里增加至峰值,最后趋于稳定,有衬砌锚杆轴力一开始都是向受压方向达到峰值,然后逐渐向反方向振动。每根锚杆从锚头到锚尾锚杆单元轴力都是先增加后减小,中间锚杆单元受拉较大。随着动载作用时间推移,无衬砌影响锚杆在动载作用下,锚杆锚固水泥浆应力逐渐上升到峰值并逐渐趋于稳定,每根锚杆的锚固水泥浆应力从锚头至锚尾由负向正方向转变,正负方向水泥浆应力峰值都是由中间向两端逐渐增大。受衬砌影响锚杆锚固水泥浆应力在动载作用后,锚杆锚固水泥浆应力发生多次振动,除了拱腰附近锚杆受到锚固水泥浆应力较小外,其他锚杆的锚固水泥浆应力从锚头至锚尾由正向负转变,峰值大小是先减小再增加。     

新型大直径GFRP筋锚具设计及试验研究

针对单根大直径GFRP筋因体表比过大难以锚固的问题，对已有黏结楔式锚固体系作出改进，将直接浇筑于锚筒和筋材之间的黏结介质替代为环氧树脂并在装配前进行预制；在环氧树脂楔块与锚环之间设计锥角差以消除加载端的剪切效应。通过理论分析新型锚具的受力机理，推导出锚具内力的分布规律以及锚具承载能力估算公式，从而为设计尺寸提供依据；利用有限元软件ABAQUS对9组不同内坡角和锥角差的新型锚具进行受力模拟，得到一组最优设计参数使锚固系统承载力达到最大，据此制作实体锚具对Φ32 mm的GFRP筋材进行静力拉伸试验。结果表明：新型锚具的设计参数相互影响，锥角差显著影响内部结构受力，锥角差越大锚具承载力越大，但过大锥角差可能会产生过大径向压力从而对楔形体造成破坏。内坡角越大锚具承载力越大，但过大的内坡角会导致筋材所受夹持力过小从而发生整体滑脱破坏；以锚筒长度235 mm为例，其最优的内坡角可取10%，锥角差取0.5°；预制楔形块的轴向刚度和强度对新型锚固体系的影响巨大，楔形块加入轴向FRP筋可防止黏结介质拉裂，从而有效提高内部结构的整体工作性能；新型锚具能够将复杂应力状态后移至有效锚固区后部分，避免了加载端的剪切效应，在有效锚固段受力始终均匀变化，可充分发挥GFRP大直径筋材抗拉能力；以Φ32 mm的GFRP筋材为例，极限承载力可达629.4 kN，远超GFRP筋材标准承载力，最高锚固效率达到139.9%，破坏方式主要以炸丝为主，静力锚固性能可靠。     

重庆鹅公岩轨道专用桥索梁锚固结构精细化分析

悬索桥中的钢锚箱是连接钢梁和缆索的重要构件,必须保证在最不利情况下钢锚箱不发生破坏.对重庆鹅公岩自锚式悬索桥主梁钢锚箱进行了局部精细化应力分析,尤其对钢锚箱与箱梁边腹板焊接部位的焊缝应力和边腹板的层状撕裂可能性进行了详细分析;对明显影响连接焊缝应力和边腹板层状撕裂的因素进行了参数优化分析,并确定了最优板件尺寸.     

艾溪湖大桥局部受力分析

结构关键部位的受力往往决定了整个结构能否正常使用。该文以艾溪湖大桥为研究对象,对其拱脚、吊杆主梁锚固点、吊杆拱顶锚固点等关键部位进行局部受力分析。分析结果显示该桥局部应力满足规范要求,但是较整体分析的应力值要大,所以对结构的局部分析是十分必要的。     

斜向索力作用下桁架式扣塔的钢锚箱受力性能

相对于一般的钢锚箱而言,拱桥扣塔的钢锚箱与斜拉桥和悬索桥的钢锚箱的受力不同,斜拉桥的钢锚箱四周有钢或混凝土构件连接支承,而扣塔的钢锚箱只有扣塔桁架构件与之相连,连接构件相对较少,其受力性能直接关系到拱桥施工安全。合江长江大桥的扣塔钢锚箱具有构造复杂,扣索索力大,且与扣塔的主弦杆焊接在一起受力等特点。合江长江一桥扣塔的钢锚箱有限元分析结果表明,在拱肋吊装过程中的最不利扣索力工况下,钢锚箱的锚下应力相对较大,但应力衰减较快,随着远离应力集中区,应力迅速降至较低水平。钢锚箱性能满足使用要求,构造合理、传力途径明确、结构受力安全,可为分析和设计同类构造形式提供参考。     

CFRP粘结型锚具的受力性能分析

针对CFRP粘结型锚具理论分析相对滞后的现状，对直筒式粘结型锚具，提出了一种粘结应力的分布模型，并采用解析法分析了其极限承载力，对内锥式和直筒＋内锥式锚具，分别采用有限元法分析了其使用荷载下的受力性能，为CFRP粘结型锚具的优化设计提供理论依据和建议。