《混凝土斜拉桥索塔锚固区应力分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土斜拉桥索塔锚固区应力分析.docx（2页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、混凝土斜拉桥索塔锚固区应力分析摘要：混凝土斜拉桥索塔、主梁常采用预应力混凝土结构，在强大的索力和预应力共同作用下，索塔锚固区受力十分复杂。针对索塔锚固区的受力状况进行研究，对优化锚固区细部构造及预应力钢束的布置均有重要意义。以一座双塔混凝土斜拉桥为例，运用有限元方法对索塔锚固区进行了空间应力分析，总结了锚固区的受力特点。关键词：斜拉桥是由塔、梁和索3种基本构件组成的桥梁结构体系1。对于混凝土斜拉桥而言，索塔、索梁锚固区是一个将索力安全、均匀传递到塔柱、主梁的重要部位，其受力状况较为复杂。随着现代混凝土斜拉桥的跨径日益增加，拉索锚固区的受力越来越大，为平衡巨大的索力在锚固区产生的拉应力，通常需要
2、在塔柱内布置预应力钢束2。为了使锚固区的受力更加合理，还必须优化预应力束布置形式和数量，这使得锚固区受力更为复杂。为了准确了解锚固区的应力分布情况，必须对锚固区进行精细的有限元仿真分析。本文以某预应力混凝土斜拉桥为例，利用有限元程序ANSYS对其索塔锚固区进行空间应力分析，并总结锚固区的受力特点，为此类桥型的设计和施工提供参考和依据。 1.工程概况 某斜拉桥为（115+250+115）m双塔双索面预应力混凝土梁斜拉桥，边中跨比为0.46，全长480m。斜拉索采用高强平行钢丝拉索,采用扇形布置,全桥共10对。梁上基本索距为6m,塔上索距为1. 51.6m。拉索倾角为3275。斜拉索锚固在主塔锚固
3、区塔柱内壁的锯齿块上，为了克服斜拉索的水平分力在锚固区塔柱截面内产生拉力，在每根拉索锚固区截面四周布置了1-3层井字型加劲二次张拉预应力钢束。 1.1主桥布置图 1.2主塔构造图 1.3索塔锚固端构造图 2.索塔锚固区应力分析 2.1 计算模型 计算取1/4桥塔锚索区整个节段为模型，取塔柱锚索区所有节段作为分析段，模型高94.8m，分别模拟了混凝土结构、纵横向预应力筋和锚索端局部构造，计算模型如图4所示。分析中考虑了预应力效应、斜拉索的斜度和斜拉索锚垫板等。计算中将整个结构视作匀质弹性体，混凝土弹性模量取35000 MPa，泊松比取0.2，容重取26 kNm3，未考虑普通钢筋对结构的影响。预应
4、力筋弹性模量取195 GPa，泊松比取0.3，容重取78.5kNm3。预应力损失考虑了锚具回缩损失、管道偏差损失及混凝土的收缩、徐变的影响。 1.4塔柱标准截面 1.5 1/4塔柱几何模型 2.2 单元与边界条件 混凝土采用solid 45实体单元，有x、y、z轴3个方向的自由度；纵横向预应力采用Link 8三维空间杆单元，有3个自由度，分别为x、y、z轴3个方向的位移；锚索区的锚垫板也采用solid 45实体单元模拟。由于取整个塔柱实体结构进行模型分析，可以将塔柱底端作为固端约束处理3。划分单元时，对上塔柱拉索区混凝土单元细致网格划分，下塔柱混凝土单元粗略网格划分，塔体和锚垫板采用20节点六
5、面体单元(solid95)及其退化单元(四面体及五面体)，模型中未考虑体内普通钢筋及材料的塑性变形，计算结果偏于安全。 1.7 有限元模型-1 2.3 预应力和荷载 桥塔的纵、横向预应力，是在考虑锚具回缩损失、管道偏差损失及混凝土的收缩、徐变引起的各项预应力损失之后，施加在单元上的，见图1.9。模型中预应力钢绞线标准强度为1860 MPa，张拉控制应力取1395 MPa。模型中用空间杆单元Link8来模拟预应力钢束，在定义好Link8单元的材料、截面特性后，用施加初应变的办法来控制Link8单元各个截面的应力，从而达到施加纵、横向预应力的目的。模型考虑自重和斜拉索的影响，模拟了斜拉索索力的大小
6、和方向。选取斜拉索索力最大值为计算荷载值，按面荷载施加于锚垫板上。 1.9 预应力钢束模型 2.4 计算结果 1.10预应力和索力作用下I-I断面正应力Sx(S14S20) 1.11预应力和索力作用下I-I断面正应力Sx (S7S13) 1.13 预应力和索力作用下III-III断面正应力Sz 3.结论 (1)从有限元计算结果可以看出，预应力的作用通过锚固端很好地传递到索塔和主梁上，能够很好地抵消斜拉索巨大的水平分力。 (2)索塔锚固端截面的最大应力一般都控制在3MPa范围内，满足设计要求，这说明截面设计和预应力束的布置是合理的。 (3)在锚固齿块附近一些截面突变的区域，存在较大的拉应力，应力集中现象较为明显，应该在此处通过调整锚垫板、索导管尺寸以增大受压面，或适当增密普通钢筋的布置，以防止混凝土开裂，进而影响结构的耐久性和安全性。 参考文献： 1林元培斜拉桥M北京：人民交通出版社，1997 2王存国，刘兆丰，赵人达甬江斜拉桥索塔锚固区应力分析J公路工程，2009，34(6)：135-139 3张立明Algor、Ansys在桥梁工程中的应用方法与实例M北京：人民交通出版社，2003