观音岩长江大桥斜拉桥索塔锚固区受力性能研究

论文摘要

在大跨度桥梁中,斜拉桥正以其跨越能力大,结构新颖美观而成为现代桥梁工程中发展最快、最具竞争力桥型之一。斜拉桥索塔拉索锚固区是斜拉桥中的关键部位,由于拉索的局部强大集中力、预应力筋的锚固力以及孔洞削弱等因素使该区域受力状态十分复杂。因此,斜拉桥索塔锚固区节段受力性能分析的探讨一直以来受到桥梁界的瞩目,索塔锚固区也是斜拉桥设计和施工的难点和关键。重庆江津观音岩长江大桥索塔采用菱型索塔,扇形布置,单根索力达800多吨;桥面宽度36.20m,为同类桥型最宽,使得索塔受力更复杂;全部采用国产钢材,对设计和施工是一大考验。有必要进一步计算和验证结构的安全性和可靠性,研究分析索塔结构的受力规律,对今后同类型的大索力、宽桥面叠合梁斜拉桥的索塔锚固区设计和施工都具有参考价值。本文通过对观音岩长江大桥斜拉桥的索塔锚固区节段受力运用大型有限元软件进行计算机仿真分析,分析了索塔在各种工况下的结构受力情况,对实桥结构和模型分别作了仿真分析,掌握了索塔锚固区的受力情况,通过模型试验,测试了预应力的损失及摩阻系数,并测试了结构在不同荷载工况下的应力大小,得到了实际荷载作用下结构的应力数据。通过理论分析和试验数据进行比较,明确主塔结构的实际受力和变形情况,找出了需要注意的受力薄弱部位,提出了加强办法,验证了其安全度。并在此基础上,对主塔结构的优化设计提出了合理建议,为今后同类型结构的设计和施工提供指导和借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 斜拉桥概况
• 1.1.1 斜拉桥的特点及应用
• 1.1.2 中国斜拉桥发展经验
• 1.1.3 斜拉桥的发展前景
• 1.2 斜拉桥索塔锚固区特性
• 1.2.1 斜拉桥索塔锚固区分析的必要性
• 1.2.2 索塔锚固区锚固方式及特点
• 1.2.3 锚固区节段受力分析研究的现状
• 1.3 本课题研究的目的和意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 有限元分析的基本理论
• 2.1 ANSYS 基本介绍
• 2.2 钢筋混凝土有限元分析模型及单元的选择
• 2.2.1 混凝土结构离散化的模型选择
• 2.2.2 模拟钢筋混凝土两种基本单元的介绍
• 2.3 预应力筋的模拟
• 2.3.1 等效荷载法
• 2.3.2 实体力筋法
• 2.4 复杂结构网格的划分方法
• 2.4.1 自由网格划分
• 2.4.2 映射网格划分
• 2.4.3 拖拉、扫略网格划分
• 2.4.4 利用自由度耦合和约束方程
• 2.4.5 利用子区域模型的其他手段
• 2.5 本章小结
• 第三章 锚固区节段有限元分析
• 3.1 工程背景
• 3.2 实桥索塔锚固节段有限元分析
• 3.2.1 主要计算的参数取值
• 3.2.2 预应力张拉后的索塔受力状态
• 3.2.3 预应力和斜拉索力共同作用
• 3.2.4 计算结果分析
• 3.3 试验节段有限元分析
• 3.3.1 计算参数及荷载的取值
• 3.3.2 各工况计算分析
• 3.3.3 计算结果综述
• 3.4 本章小结
• 第四章 模型试验研究
• 4.1 模型试验方案
• 4.2 测点布置
• 4.3 预应力损失和伸长量的测试
• 4.3.1 预应力束孔道摩阻损失测定
• 4.3.2 锚具变形、钢束回缩的预应力损失测试
• 4.3.3 张拉预应力筋伸长量的测试
• 4.4 预应力张拉后的模型试验测定
• 4.5 模型加载测试
• 4.5.1 锚垫局部应力加载
• 4.5.2 成桥索力和最大索力加载
• 4.5.3 承载能力极限加载
• 4.6 本章小结
• 第五章 模型试验测试与理论计算的对比分析
• 5.1 预应力测试的对比研究
• 5.1.1 预应力束损失的理论值与实测值对比分析
• 5.1.2 预应力束伸长量理论与测试值对比
• 5.1.3 预应力张拉后模型应力测试和理论值的对比分析
• 5.2 索塔模型加载试验和理论值分析
• 5.2.1 局部加载试验和理论对比分析
• 5.2.2 成桥与最大索力加载下的对比分析
• 5.3 对比分析总结和优化设计建议
• 5.3.1 结构分析总结
• 5.3.2 优化建议
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果