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。     

重庆东水门长江大桥索塔锚固区非线性接触受力分析

重庆东水门长江大桥索塔锚固区结构新颖,取消了普通外置式钢锚箱索塔锚固区的端板,钢锚箱与混凝土塔肢之间采用剪力钉连接,同时还布置塔肢间预应力,使钢锚箱与混凝土紧密连接,用剪力钉、侧拉板和摩擦力共同承担斜拉索的索力。针对该新型结构形式,利用大型有限元软件Midas FEA,建立索塔锚固区的非线性接触模型,通过对其进行精细仿真计算分析,得出钢锚箱、侧拉板、剪力钉和塔壁混凝土的应力分布情况,以及索力的传递分配情况。     

帆型钢塔锚固区应力分析与构造优化设计

为研究帆型钢塔锚固区应力分布以及传力机理,以宁波滨海五路跨路中湾江桥(单索面独塔斜拉桥)为工程背景,基于有限元软件MIDAS FEA 3.6.0,采用等效板厚法,建立了钢塔GT8#节段全实体单元有限元模型,对主要受力板件应力分布、传力机理进行了分析。结果表明:钢锚箱各板件Von Mises应力均小于200 MPa,满足规范要求;钢锚箱承剪板与钢塔内外腹板连接处存在应力集中,但范围分布有限,应力扩散较快;通过对比水平钢拉杆三种不同的截面型式,确定了丰字形,既能满足受力需要,又简化了节点构造,降低了钢结构加工制造难度。通过分析不同翼缘伸入塔肢长度对锚固区应力分布的影响,提出了采用2倍钢拉杆高度为最优设计方案。     

某钢桁加劲梁斜拉桥索塔锚固区节段模型有限元分析

以某钢桁加劲梁斜拉桥为背景,利用有限元软件对索塔锚固区进行受力分析。通过增大预应力损失,分析比较混凝土索塔的受力情况。结果表明:混凝土索塔锚固区配置预应力是必要的。当预应力损失为40%时,使塔壁混凝土最大主拉应力大于容许主拉应力,开始产生裂缝。预应力损失的增加,使塔壁混凝土最大主压应力减小,但均满足规范的要求。塔壁混凝土在预应力束张拉、锚固端和斜拉索锚固端均表现为应力集中,应对其进行加强处理。     

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.     

长寿长江公路大桥索塔节段足尺模型试验研究

为研究小半径大吨位U形预应力钢束的孔道摩阻系数、钢束伸长值以及索塔锚固区的应力分布规律,以重庆长寿长江大桥索塔锚固区为研究对象,在理论分析的基础上进行了索塔锚固区节段的足尺模型试验.介绍了模型试验的内容、步骤、方法.通过测试分析得出了U形塑料波纹管孔道合理的摩阻系数和钢束伸长值.对索塔模型在U形预应力下以及斜拉索作用下的应力进行了量测与计算分析,指出了节段的应力分布规律,并将试验结果与有限元分析计算结果进行了比较.两者分布规律吻合较好,结果表明结构设计安全可靠.     

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.     

分布传力式主缆锚固系统设计关键技术

大跨度悬索桥主缆锚固系统先后发展出了3种方式:一是钢框架后锚梁锚固系统;二是预应力锚固系统;三是分布传力式锚固系统。在南京长江第四大桥和秀山大桥主缆锚固系统中均采用了分布传力式锚固系统。分布传力式锚固系统主要由钢锚箱、钢拉杆和多排钢筋混凝土榫剪力键(PBL)组成,通过多排PBL将主缆拉力沿锚固区域逐排分布扩散,索力分散传递至锚体混凝土中,同时末端设置承压板提供结构整体足够的安全储备。     

钢箱梁斜拉桥索梁锚固区钢锚箱受力性能及结构局部优化研究

大跨径斜拉桥钢箱梁索梁锚固区为空间受力构件,板件受力相对复杂。该文选取主梁锚固区为分析对象,建立局部有限元模型,研究了成桥恒载+最不利活载工况的最大索力作用下主梁锚固区钢锚箱的应力分布规律,并通过优化钢锚箱抗剪板尺寸,改善了结构应力分布,同时降低了应力集中效应,可为同类型工程提供借鉴。     

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.     

大跨空腹式连续刚构桥超长预应力布束方式研究

为了解决大跨径预应力混凝土空腹式连续刚构桥超长预应钢束预应力损失过大问题,以北盘江特大桥为背景,通过理论分析,提出了超长预应力损失主要影响因素及空腹式连续刚构桥超长预应力交叉锚固布束方式。采用有限元方法,建立了背景桥梁有限元数值模型,对比分析了传统通长布束方式与交叉锚固布束方式对结构及预应力的影响。结果表明,预应力管道摩阻损失与预应力束长度密切相关,化长束为短束可有效减小纵向预应力损失;采用交叉锚固布束方式,结构挠度、应力的分布规律与传统通长束布束方式相同,但数值明显减小,钢束有效预应力得到了明显提高。     

斜拉桥索塔锚固区结构设计及计算

斜拉桥索塔锚固区承受拉索的巨大集中力,构造复杂,锚固区各构件处于复杂的应力状态,是特大桥设计中的重点和难点之一。以某长江公路大桥为例,对索塔锚固区结构设计及选型进行对比分析,得出内置式钢锚箱和外露式钢锚箱均适用于混凝土斜拉桥索塔,两者结构形式类似,只是与混凝土塔壁相对位置不同而造成的受力分摊上比例不同的结论。钢一混凝土组合索塔在一定程度上利用了钢和混凝土各自的材料特性,提高了索塔的整体安全性能。根据有限元计算模型及结果,进一步分析了钢锚箱的力学特性,并通过增加横向预应力对锚固区的结构进行了优化,为特大桥设计及施工提供参考。     

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.     

济南黄河三桥索塔锚固区水平受力性能模型试验研究

济南黄河三桥索塔锚固区采用混凝土与钢锚箱组合的结构形式,最大斜拉索索力达到6 400 kN,结构构造复杂,在强大索力作用下结构的受力性能值得关注.通过该索塔锚固区水平受力性能节段模型试验,得到了锚固区构件的应力分布和塔壁混凝土的裂缝开展情况.试验结果表明该索塔锚固区在设计索力作用下水平向受力是安全的.     

钢锚箱嵌固型索塔锚固结构受力机理分析

为提高钢锚箱型组合索塔锚固区传力可靠性,提出了一种将钢锚箱端部嵌固在索塔锚固区的新型结构;基于混合有限元模型,比较分析了该新型结构与现有内置型、外露型钢锚箱索塔锚固区的钢锚箱钢材利用率、塔壁混凝土应力以及钢-混凝土结合面受力机理;进一步探讨了嵌固端侧板厚度、连接件布置方式对钢锚箱嵌固型索塔锚固区受力机理的影响。结果表明:钢锚箱嵌固型索塔锚固结构具有较高的钢材利用率;端塔壁外侧混凝土主拉应力较内置型降低约1.5 MPa且外包钢板;钢锚箱与混凝土塔壁结合面连接件作用单方向均匀剪力;侧板厚度、连接件布置方式对连接件剪力影响较大;该新型构造传力可靠性高,可用于更大跨径斜拉桥拉索塔端锚固结构。     

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.     

斜拉桥钢桥塔承压式钢-混结合段有限元分析

为研究斜拉桥钢桥塔端承压式钢-混凝土结合段的构造特点及传力机理,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立了某斜拉桥钢-混结合段计算模型。分析了在正常使用阶段最不利荷载组合下,该桥钢-混结合段处的承压钢板、混凝土承台及钢塔中的应力分布情况。总结了斜拉桥钢桥塔承压式钢-混凝土结合段的传力特点。结果表明:采用该类构造形式的锚固区在正常使用阶段的最不利工况下,各部件均可满足现行公路桥规中的安全性与抗裂性要求;对于钢塔的钢-混结合段,可以通过有限元数值模拟的方式对其受力特性及传力机理进行研究,为设计提供数值参考;由于有限元软件会自动考虑部分塔身节段弹性压缩引起的预应力损失,因此在计算预应力损失时,采用了迭代计算方法剔除钢塔自重引起的预应力损失,并考虑其对结合面应力计算结果的影响;锚杆预应力的增大,将对混凝土承台产生不利影响,而对承压式钢-混凝土结合段及钢锚箱产生有利影响,且在弯矩较大的工况下,锚杆预应力的增大将对钢锚箱的受力产生有利影响,因此在选取锚杆预应力设计值时,要综合考虑其对各部件的影响。     

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。     

四线铁路斜拉桥索塔锚固区环向预应力设计研究

椒江特大桥主桥为主跨480m的四线铁路连续钢桁梁斜拉桥,采用H形混凝土塔,索塔锚固采用环向预应力锚固。为确定索塔锚固区环向预应力的合理布置方式,采用MIDAS FEA建立桥塔实体模型,对U形束、井字形直束2种布束方式进行比选,在此基础上,分析施工、运营及断索工况下锚固区的受力性能,并进行预应力合理张拉顺序研究。结果表明:环向预应力采用U形束布置是经济、合理的;锚固区混凝土在预应力切向基本处于受压状态,在预应力法线方向出现1 MPa以内的拉应力,斜拉索张拉会增加侧壁内侧、外索孔处水平拉应力,运营期寒潮效应使塔壁外侧产生较大拉应力,断索时前、后壁齿块横桥向拉应力增加;上塔柱应设置外表面钢筋网片并加强竖向、环向配筋;环向预应力施工时,宜同时张拉内、外侧预应力。     

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。