济南黄河三桥索塔锚固区水平受力性能静力模型试验研究

论文摘要

本文以济南黄河三桥为背景,采用模型试验和理论研究相结合的方法,研究了锚箱式索塔锚固结构的水平受力性能和极限承载能力。模型试验选取斜拉索水平分力最大的索塔锚固节段,制作节段足尺模型,通过分级加载,测试在各荷载工况下索塔混凝土、钢锚箱板件主要控制点的应力与变形,观测索塔混凝土在不同荷载等级下的裂缝分布及裂缝宽度,测试在斜拉索水平分力作用下剪力钉横向剪力的不均匀分布情况。最大试验荷载达到设计值的2.4倍。对试验模型进行有限元分析,分析时考虑混凝土开裂、钢板屈服引起的材料非线性,研究了混凝土塔壁的开裂荷载、裂缝分布、索塔混凝土塔壁和钢锚箱的水平力分配比例与荷载大小的关系,并将有限元分析结果和模型试验结果进行比较,两者结果基本相同。研究结果表明,有限元分析方法可以近似的模拟锚箱式索塔锚固结构的水平受力特性。有限元分析和模型试验结果表明,随着荷载等级的增加,混凝土承担的水平力比例减小,钢锚箱承担的水平力比例增大。采用简化框架模型分析方法,研究了塔壁厚度、索塔外形尺寸、混凝土弹性模量、混凝土开裂后刚度折减等因素对索塔锚固区的水平受力性能的影响,对线弹性理论计算时混凝土刚度折减系数的取值进行讨论。研究表明,增加侧板厚度、减小混凝土弹性模量、增加横桥向塔壁长度、减小顺桥向塔壁长度,可以有效降低混凝土塔壁水平方向的应力水平;混凝土塔壁厚度对混凝土塔壁水平向应力的影响比较小。混凝土开裂后,荷载等级越大,混凝土刚度折减系数应当越小,二者近似成线性关系。采用简化框架模型,推导了不同破坏模态情况下索塔锚固区水平极限承载力的计算公式。对黄河三桥索塔锚固区水平极限承载能力进行了分析,计算得到它的水平极限承载能力达到最大设计值的3.38倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 斜拉桥的发展简述
• 1.2 斜拉桥索塔锚固区的锚固构造形式
• 1.2.1 斜拉索与钢塔的锚固结构
• 1.2.2 斜拉索与混凝土桥塔的锚固结构
• 1.3 斜拉桥混凝土索塔锚固区钢锚箱的研究现状
• 1.4 本文的工程背景
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 索塔锚固区水平受力性能节段模型试验
• 2.1 试验的目的与内容
• 2.2 试验模型设计和加工制造
• 2.2.1 试验模型设计
• 2.2.2 试验模型与实际结构受力比较
• 2.2.3 构件的加工制造和材料特性
• 2.3 加载及测试方案
• 2.3.1 试验荷载分级
• 2.3.2 测点布置及编号
• 2.3.3 测试内容
• 2.3.4 仪器设备
• 2.4 模型试验结果
• 2.4.1 混凝土塔壁试验结果
• 2.4.2 钢锚箱试验结果
• 2.4.3 剪力钉试验结果
• 2.4.4 斜拉索水平力分配关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 索塔锚固区混凝土塔壁开裂有限元分析
• 3.1 有限元模型
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 材料特性及本构关系
• 3.2 计算结果与试验结果比较分析
• 3.2.1 混凝土塔壁裂缝开展情况
• 3.2.2 混凝土塔壁应力分布
• 3.2.3 钢筋应力分布
• 3.2.4 钢锚箱主要板件应力分布
• 3.2.5 剪力钉剪力
• 3.2.6 斜拉索水平力分配关系
• 3.3 本章小结
• 第4章 索塔锚固区水平受力性能简化分析
• 4.1 简化框架模型分析方法
• 4.2 简化框架模型分析结果与其他计算方法的比较
• 4.2.1 斜拉索水平力分配关系比较
• 4.2.2 控制点应力比较
• 4.2.3 控制截面裂缝宽度比较
• 4.3 参数变化对索塔锚固区水平受力性能的影响
• 4.3.1 混凝土弹性模量的影响
• 4.3.2 侧板厚度的影响
• 4.3.3 混凝土塔壁厚度的影响
• 4.3.4 混凝土塔壁长度的影响
• 4.4 混凝土刚度折减系数取值
• 4.5 本章小结
• 第5章 索塔锚固区水平承载能力计算方法
• 5.1 索塔锚固区受力体系变化临界状态
• 5.2 索塔锚固区水平承载能力简化计算方法
• 5.2.1 钢锚箱侧板先屈服
• 5.2.2 横桥向塔壁中心位置受力最不利
• 5.2.3 顺桥向塔壁中心位置受力最不利
• 5.3 黄河三桥索塔锚固区水平承载能力计算
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果