异形截面斜拉桥索塔锚固区节段受力性能研究

论文题目: 异形截面斜拉桥索塔锚固区节段受力性能研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 森林工程

作者: 单炜

导师: 王立海

关键词: 斜拉桥,索塔锚固区,模型试验,有限元分析,优化设计

文献来源: 东北林业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 索塔拉索锚固区是斜拉桥中的关键部位,拉索的局部集中力将通过这一部位安全、均匀地传递到塔柱中。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影响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。本文依托于哈尔滨绕城高速公路四方台大桥,主要对该桥索塔受水平分力最大的塔顶部锚固区节段进行详尽的理论分析和可靠的足尺模型试验,并对索塔锚固区所选节段提出优化设计方案。首先利用ANSYS软件针对索塔锚固区所选节段进行了详尽的空间有限元分析,考察索塔锚固区的应力分布和变形情况。该节段模型在荷载作用下产生较大的水平方向应力,垂直方向应力与水平方向应力相比较小。有限元分析结果表明,在预加应力阶段,索塔节段各角部区域是预应力钢筋集中锚固的交汇处,应力分布非常复杂,尤其是受横向预应力大吨位张拉的影响,在模型长边内侧端部区域会出现较大的局部拉应力,理论计算与实测都证明了这一点。对索塔锚固区进行了预应力束施工工艺试验。试验条件与主塔的实际施工工艺完全相同,以认真实践主塔的施工工艺,并为主塔的施工积累经验。通过试验确定塑料波纹管的孔道摩阻系数,对预应力钢束张拉伸长量进行分析,并对预应力孔道真空辅助压浆工艺进行探讨。在小半径大吨位情况下预应力钢筋对孔道的径向力将增大,预应力钢筋与孔道间将不再是点接触,呈现出嵌入孔道的趋势,摩擦系数将有较大的增加,现行设计规范尚未对此有明确的规定。因此,对许多小半径大吨位情况下,k、μ系数的选定应当根据模型试验的结果来分析确定。通过试验得出塑料波纹管的孔道摩阻系数在0.12～0.15之间。影响预应力钢束伸长量的因素繁多,一般情况下,其实测伸长量与理论伸长量之间相差较大,通过本试验考察各种因素对张拉伸长量的影响程度并探讨能够有效减缓预应力钢束伸长量的张拉工艺。试验结果表明,进行预张拉25%σcon能够有效减缓预应力钢束不均匀受力引起的伸长量。本试验采用与实际施工相同的真空辅助压浆工艺,以指导实桥的施工操作,并确定了效果良好的压浆配比。试验结果表明,将真空辅助压浆工艺用于预应力管道的灌浆,具有很好的压浆饱满度和密实性效果,值得推广应用。进行索塔锚固区节段足尺模型试验。索塔锚固区是斜拉桥中的关键部位,承受着巨大的水平分力,同时作用有其它形式的集中力,并伴有孔洞削弱等不利影响,使该区域受力状态十分复杂。而四方台松花江大桥索塔截面又为国内首次采用的单轴对称类六边形,其受力状态将更加复杂,单纯的理论分析无法全面反映索塔锚固区实际的应力分布和变形情况。通过足尺模型试验以及与有限元分析结果之间的比较发现:索塔在预加应力阶段及混凝土开裂前,其应力实测值与计算机仿真分析结果基本吻合,说明处于复杂受力状态的索塔锚固区,利用有限元技术进行模拟,也可得到较为满意的结果;根据试验结果,索塔的开裂荷载为14500kN,相应的抗裂安全系数为2.07;由于桥塔沿横桥向为非对称结构形式,内外两侧应力分布很不均匀,内侧塔壁在试验荷载作用下产生较大的环向拉应力,裂缝发展较快。鉴于此,建议将内侧塔壁的预应力束予以加强。模型的

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1．1 斜拉桥的发展概况

1．1．1 斜拉桥的发展历史

1．1．2 中国斜拉桥的发展情况

1．1．3 斜拉桥的发展前景

1．2 斜拉桥索塔锚固区节段受力分析的研究现状

1．2．1 斜拉桥索塔结构

1．2．2 索塔锚固区节段的组成构造

1．2．3 拉索锚固方式及构造

1．2．4 索塔锚固区节段受力分析的研究现状

1．3 本课题研究目的和意义

1．4 本文的主要研究内容

2 钢筋混凝土有限元分析的基本理论

2．1 引言

2．2 钢筋混凝土材料的本构关系

2．3 混凝土的破坏准则

2．3．1 混凝土的破坏曲面

2．3．2 混凝土的破坏模型

2．4 钢筋混凝土结构有限元模型的选择

2．4．1 分离式模型

2．4．2 组合式模型

2．4．3 整体式模型

2．5 钢筋混凝土结构非线性分析的几种单元

2．5．1 混凝土单元——SOLID65

2．5．2 钢筋单元——LINK8

2．6 本章小结

3 索塔锚固区节段的空间有限元分析

3．1 引言

3．2 分析模型概述

3．3 有限元模型的建立

3．3．1 概述

3．3．2 边界条件的处理

3．3．3 索力的模拟

3．3．4 环向预应力的模拟

3．3．5 中间横梁的处理

3．4 采用SOLID65单元计算情况

3．5 计算结果

3．5．1 测点位置

3．5．2 表面应力

3．5．3 水平位移

3．6 本章小结

4 索塔锚固区节段足尺模型试验研究

4．1 引言

4．2 模型的工程背景

4．3 试验模型的设计与制作

4．4 预应力束施工工艺试验

4．4．1 预应力钢束孔道摩阻损失的测定

4．4．2 预应力钢束张拉伸长量的分析

4．4．3 预应力孔道真空辅助压浆工艺

4．5 索塔节段足尺模型试验

4．5．1 加载方案

4．5．2 测点布置

4．5．3 试验结果及分析

4．6 本章小结

5 索塔锚固区的优化设计

5．1 引言

5．2 斜拉桥的优化设计研究现状综述

5．2．1 斜拉桥优化设计的研究现状

5．2．2 斜拉桥结构优化方法

5．3 索塔锚固区预应力钢束的优化配置方式

5．3．1 应力控制点的确定

5．3．2 拉索及预应力钢束对模型应力的影响

5．3．3 每种钢束中预应力筋数量的确定

5．4 钢箱梁结构形式的探讨

5．5 索塔锚固区优化后的设计方案

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

个人简历

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-10-21

参考文献

[1].大跨度斜拉桥索塔锚固区结构行为与模型试验研究[D]. 白光亮.西南交通大学2009
[2].斜拉桥异形截面预应力混凝土索塔锚固区受力性能研究[D]. 李跃.华中科技大学2011
[3].大跨度斜拉桥预应力混凝土索塔关键问题研究[D]. 陶齐宇.西南交通大学2012

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