鳌江特大桥索梁锚固区受力分析及结构优化

鳌江特大桥主桥为主跨320m的双塔双索面钢-混组合梁斜拉桥,斜拉索在主梁上采用钢锚箱锚固。为研究索梁锚固区的应力分布,防止应力集中,改善锚固区受力,采用ANSYS软件建立钢锚箱及其对应的主梁边箱节段锚固区的三维实体有限元模型,分析锚固区的受力特性,并分析锚固区关键板件厚度及斜拉索索面倾角调整的2步优化方法。结果表明:锚箱盖板与箱梁腹板衔接处存在较高的应力集中区,受力不利;调整锚固区关键板件厚度可有效降低锚固区的应力水平,使钢锚箱和箱梁腹板受力更均衡、合理;调整拉索索面倾角可使锚固区受力有一定改善,但效果有限,且会影响到桥塔和主梁的总体布置。该桥实际施工采取调整锚固区关键板件厚度的优化方法,改善了钢锚箱的应力集中现象,钢锚箱受力合理,满足设计要求。     

内置式钢锚箱索塔锚固区受力机理分析

针对内置式钢锚箱索塔锚固区的构造特点,采用简化力学模型,根据变形协调关系对斜拉索竖向力和水平力在索塔锚固区上的分配进行理论分析,并与索塔锚固区足尺节段模型试验实测结果和有限元计算结果进行对比验证。研究结果表明:钢锚箱承担了大部分的斜拉索水平力,有助于防止或减小混凝土塔壁开裂;混凝土塔壁承担了大部分的竖向力,可避免竖向力在钢锚箱底部叠加而形成应力集中;内置式钢锚箱的引入能改善索塔锚固区的受力状况,是大跨度斜拉桥较合适的锚固形式。     

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.     

常泰长江大桥主航道桥索塔锚固构造研究

常泰长江大桥主航道桥为(142+490+1 176+490+142) m公铁合建双塔斜拉桥,采用钢-混混合结构空间钻石型桥塔,索塔锚固区采用钢箱-核芯混凝土组合结构,S4～S39号斜拉索锚固于核芯混凝土上。为实现索塔锚固区斜拉索竖向分力的有效传递,提出方案A(钢齿块+剪力钉)、方案B[钢齿块(加肋)+剪力钉]、方案C(混凝土齿块)、方案D(钢锚箱+PBL剪力键)以及方案E(钢锚箱+承压板+剪力钉)共5种索塔锚固构造方案,从结构受力及施工工艺对5种方案进行比选,并采用模型试验及有限元分析对所选锚固构造方案进行验证。结果表明：方案E剪力钉受力分布均匀,剪力大小适中,且施工便捷,对于S7～S39号斜拉索,推荐采用方案E;对于斜拉索竖向角度较大的S4～S6号斜拉索,钢锚箱在构造和张拉空间上存在冲突,推荐采用方案C。方案E模型试验和有限元分析表明：结构应力、剪力钉受力及钢锚箱构造各板件应力均有安全储备,锚固构造处于线弹性状态,能满足规范及使用要求。     

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。     

钢锚梁式钢—混组合索塔锚固体系设计与分析

某斜拉桥主桥是一座跨径布置为(130m+300m+130m)的双塔双索面预应力混凝土梁斜拉桥,索塔采用倒Y型,斜拉索在桥塔端采用新型空间索面钢锚梁式钢-混组合索塔锚固体系进行锚固。该型锚固体系将锚箱焊在钢锚梁两侧,同时采用钢牛腿替换传统的混凝土牛腿结构,提高了施工速度,改善了结构受力。介绍了该种锚固体系的特点,并采用有限元方法对改型索塔锚固体系的受力情况进行了分析,可为该类型索塔锚固体系设计提供参考。     

青岛市墨水河大桥索梁锚固区受力分析

青岛市墨水河大桥主桥为2×90 m单塔中央双索面斜拉桥。主梁采用分体式箱形截面钢主梁,斜拉索与钢箱梁内边腹板之间通过钢锚箱连接,索梁锚固区的传力途径和受力情况较复杂。利用有限元软件midas FEA对索力最大的索梁锚固区及附近梁段进行板壳单元有限元分析,对索力最大的钢锚箱及局部腹板进行实体单元有限元分析。结果表明,对于中央索面分体式钢箱梁斜拉桥,顶底板等效应力峰值出现在联系横梁跨中;联系横梁腹板所对应的箱室内横隔板比拉索横隔板的应力水平高;通过设置腹板局部补强板,锚固区腹板变形和应力均可满足受力要求;钢锚箱锚固于内边腹板外侧,斜拉索张拉施工和后期养护均较方便。     

斜拉桥集中式钢锚箱施工关键技术研究与应用

随着经济和社会的发展,斜拉桥设计施工在跨度和宽度上不断取得突破。作为一种应用于斜拉桥斜拉索锚固的新型设计,集中式钢锚箱通过集中布置在主塔塔顶的锚箱锚室,将全桥斜拉索在塔顶集中进行连接,具有布局合理、有更好的受力性能等优点。现结合广中江高速北街水道桥工程,通过对集中式钢锚箱的加工,制造,安装施工的分析与应用,形成了完整有效的集中式钢锚箱成套技术。其成果可为类似结构的施工提供参考。     

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。     

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。     

佛山平胜大桥钢锚箱简化模型分析研究

自锚式悬索桥索梁锚固区域结构复杂,容易产生应力集中,研究锚固区域在索作用下的应力大小、分布是十分重要的。该文针对某市市内的自锚式悬索桥吊杆锚箱进行了足尺模型试验,利用了材料力学理论及ANSYS有限元进行简化模型的对比分析,进一步分析了索梁锚固区的应力状态、分布情况和传力途径,对自锚式悬索桥锚箱设计和施工具有一定指导意义。     

斜拉桥塔索锚固区空间应力分析

结合恩施市施州大桥的设计,运用大型通用分析软件ANSYS,采用空间有限元的方法,分2种工况,对其空心预应力混凝土桥塔塔索锚固区进行了空间应力分析,并且比较了传统U形布束方式和井字方式的优缺点。分析结果表明:通过合理布置预应力粗钢筋,可以抵抗斜拉索水平力产生的不利影响,满足结构的使用要求;斜索锚固区段采用箱形截面的桥塔,索力的水平分量在没有斜索锚固的箱体部分内引起较大的顺桥向拉应力,在斜索直接锚固的箱体部分,引起靠外壁部分、横桥向较大的拉应力;顺桥向预应力筋应布置在没有斜索锚固的箱体内,横桥向预应力筋则重点布置在斜索直接锚固的箱体靠外侧部分;塔索锚固区的受力以正应力为主,只要控制塔索锚固区正应力分布,塔索锚固区的受力就可得到有效控制。     

上跨铁路站场咽喉区连续钢箱梁设计与施工

呼和浩特市巴彦淖尔路快速路跨越跨呼和浩特西站场咽喉区,共需跨越16股道,为选择合理桥型方案,尽量减少对运营铁路和地面道路的影响,分别对顶推连续钢箱梁、转体斜拉桥方案进行比选,并介绍连续钢箱梁结构设计和顶推施工步骤,建立了有限元模型,对桥梁运营及施工阶段结构受力进行分析。研究结果表明,顶推连续钢箱梁方案经济合理,结构受力满足规范要求,为同类型桥梁设计及施工提供参考。     

S32高速公路上海段跨大蒸港矮塔斜拉桥设计

S32申嘉湖高速公路上海段跨越大蒸港处主桥为矮塔斜拉桥,主跨165 m。该桥设计为塔梁固结、墩梁分离的结构型式。斜拉索为单索面,主梁为预应力混凝土单箱五室,主塔为钢-混组合结构,桥梁全宽34 m。拉索为平行钢丝斜拉索、冷铸锚,主塔锚固区采用钢锚箱的锚固方式。主桥位于曲线半径R=3 000 m的平曲线范围内,对主塔的设计提出了新的挑战     

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。     

石板坡长江大桥钢混结合段局部应力分析

结合石板坡长江大桥的设计及施工特点,运用大型有限元软件ANSYS建立了石板坡大桥钢混结合段结构分析的空间有限元模型,钢箱梁用shell63壳单元模拟,混凝土箱梁用solid95实体单元模拟,预应力钢绞线用link8单元模拟,并采用约束方程模拟预应力筋和混凝土间的粘结作用.根据运营过程中的最不利荷载工况,分析了钢混结合段在4种工况下的应力状态,检验了设计的安全性与合理性.结果表明,除钢箱梁锚垫板下预应力管道支承钢板以及与混凝土箱梁结合面折角处存在应力集中现象、部分拉应力超出混凝土的抗拉强度外,结构总体受力合理,内部应力满足设计要求;鉴于钢混结合段的构造与受力都很复杂,建议在此部分的混凝土箱梁采用钢纤维混凝土作为加强措施.     

池州长江公路大桥施工控制关键技术

池州长江公路大桥为主跨828m的双塔双索面混合梁斜拉桥,采用将斜拉索分组集聚式锚固于塔间钢横梁上的新型锚固形式。钢箱施工梁采用悬臂拼装法,边跨预应力混凝土箱梁施工采用支架现浇法。针对大桥集聚式锚固和主梁不对称施工两个特点,应用几何控制法进行施工控制,采取了塔柱偏位和预抬量控制、塔柱应力控制、钢横梁预抬量控制、主梁制造线形及安装线形控制、斜拉索下料长度控制等诸多关键控制技术。成桥后对索塔偏位及应力、主梁线形、斜拉索索力进行了实测,并与理论值进行对比分析,结果表明：结构线形、应力、索力的实测值与理论值较吻合,均满足规范要求;大桥总体控制效果良好。