拱塔斜拉橋預(yù)應(yīng)力索塔錨固區(qū)節(jié)段應(yīng)力分析.pdf

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1、拱塔斜拉橋預(yù)應(yīng)力索塔錨固區(qū)節(jié)段應(yīng)力分析郝翠，王建國(guó)，曹新壘43拱塔斜拉橋預(yù)應(yīng)力索塔錨固區(qū)節(jié)段應(yīng)力分析郝翠1，王建國(guó)2，曹新壘2(1．安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥230088；2．合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽合肥230009)摘要：某橋?yàn)橹骺?60m三塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土拱塔斜拉橋，采用空間有限元法對(duì)5種荷載工況下索塔錨固區(qū)節(jié)段應(yīng)力進(jìn)行分析。結(jié)果表明：空心矩形索塔內(nèi)布置雙向井字形預(yù)應(yīng)力筋能夠有效抵消斜拉索水平分力產(chǎn)生的拉應(yīng)力；索力及預(yù)應(yīng)力分別作用下，距離基準(zhǔn)節(jié)段中心分別為1．2m和1．5m范圍內(nèi)，應(yīng)力呈現(xiàn)漸進(jìn)衰減趨勢(shì)；設(shè)計(jì)計(jì)算中可通過(guò)控制側(cè)墻與倒角交界處、斜拉索出口

2、處以及錨塊與塔壁交界等處混凝土應(yīng)力，來(lái)控制整個(gè)索塔錨固區(qū)的應(yīng)力分布。關(guān)鍵詞：斜拉橋；拱形塔；索塔錨固區(qū)；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼；應(yīng)力；有限元法中圖分類(lèi)號(hào)：U443．38；U441．5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671—7767(2010)04—0043—041引言構(gòu)體系。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙邊箱梁，梁高3．2近年來(lái)，混凝土斜拉橋以其結(jié)構(gòu)新穎、受力性能m。順橋向?yàn)?個(gè)不等高的拱形橋塔[見(jiàn)圖1(a)]，好等特點(diǎn)，在橋梁工程中應(yīng)用日趨廣泛。塔柱作為均采用空心矩形截面。斜拉索塔上標(biāo)準(zhǔn)間距為2．0主要承重構(gòu)件之一，不僅承受巨大的軸向壓力，索塔m，中塔單側(cè)共20對(duì)斜拉索。索塔錨

3、固區(qū)采用錨墊錨固區(qū)還要承擔(dān)索力產(chǎn)生的巨大水平力。因此，僅板形式[見(jiàn)圖1(b)]，錨墊板下設(shè)置鋼筋網(wǎng)；塔壁配靠塔內(nèi)普通鋼筋來(lái)平衡該水平拉力是不合理的。因置雙向井字形432mm預(yù)應(yīng)力精軋螺紋粗鋼筋(本此常在索塔錨固區(qū)布置預(yù)應(yīng)力鋼束以抵抗斜拉索產(chǎn)文簡(jiǎn)稱(chēng)預(yù)應(yīng)力筋)[見(jiàn)圖1(c)]，其豎向間距為15～生的水平力n,zj。40cm，滿(mǎn)布于整個(gè)索塔錨固區(qū)。塔柱豎向主筋采用預(yù)應(yīng)力混凝土拱塔斜拉橋在國(guó)內(nèi)外尚為少見(jiàn)，432133．133．的Ⅲ級(jí)鋼筋。相關(guān)建設(shè)及施工資料較少。本文結(jié)合某拱塔斜拉橋，運(yùn)用空間有限元方法，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心矩形3有限元分析模型索塔節(jié)段應(yīng)力進(jìn)行了分析，指出了其受力特點(diǎn)，并對(duì)

4、計(jì)算分析中選取中塔索力最大的3個(gè)節(jié)段作為類(lèi)似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的建議。研究對(duì)象，對(duì)應(yīng)中塔最外3對(duì)索(編號(hào)C1～C3)，為了避免節(jié)段下端位移邊界效應(yīng)對(duì)應(yīng)力分布產(chǎn)生較大2工程概況影響，選取的計(jì)算節(jié)段高8．0m[見(jiàn)圖1(a)]。順橋某橋?yàn)槿p索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨度向?yàn)閦方向，橫橋向?yàn)閦方向，豎向?yàn)閥方向。以中布置為(38+82+2×260+82+38)m，為半漂浮結(jié)間節(jié)段(C2對(duì)應(yīng)節(jié)段)作為基準(zhǔn)節(jié)段，研究斜拉索、一L!塑=i塑．i一恒靼叫§舊蜷一o。h一(a)中塔立面(b)塔上斜拉索錨固構(gòu)造(c)索塔錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力筋布置單位：cm圖1橋塔結(jié)構(gòu)布置示意收稿日期：2010—05—

5、21作者簡(jiǎn)介：郝翠(1985一)，女，2007年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士，2010年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)市政工程(路橋)專(zhuān)業(yè)，工學(xué)碩士(E—mail：hc3188@163．corn)。44世界橋梁2010年第4期預(yù)應(yīng)力作用的荷載效應(yīng)分布及其相互作用。C3索力分別為N1—7450kN、N2—7200kN、N33．1有限元離散—7050kN。索力以面力的形式作用在錨墊板扣除有限元計(jì)算采用通用有限元程序ANSYS10．0。索孔面積以外的部分上，其方向與索力實(shí)際方向在對(duì)模型進(jìn)行有限元離散時(shí)計(jì)人了塔上錨固齒槽和一致。預(yù)留孔，齒槽和預(yù)留孔的位置、尺寸均與實(shí)際結(jié)構(gòu)一(3)荷載工

6、況。為了詳細(xì)了解索塔錨固區(qū)在施致。根據(jù)索塔錨固區(qū)的構(gòu)造特點(diǎn)，采用8節(jié)點(diǎn)三維工過(guò)程、運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)力狀態(tài)以及預(yù)應(yīng)力和索力的實(shí)體單元Solid45模擬塔體，采用Linkl0單元模擬荷載效應(yīng)分布情況，主要考慮5種荷載工況：①工況鋼束。采用四面體和六面體單元自由劃分網(wǎng)格，該1，張拉基準(zhǔn)節(jié)段斜拉索索力，研究索力作用下節(jié)段模型(見(jiàn)圖2)共離散67486個(gè)節(jié)點(diǎn)、356317個(gè)單模型應(yīng)力分布及其沿高度方向衰減規(guī)律；②工況2，元。材料特性做了以下簡(jiǎn)化：塔壁按各向同性的勻張拉3個(gè)節(jié)段斜拉索索力，研究索力作用下塔體受質(zhì)彈性體考慮，未計(jì)入勁性骨架及普通鋼筋；混凝土力特點(diǎn)，為合理布束提供依據(jù)；③工況3，僅

7、張拉基(C55)彈性模量E。一3．55×104MPa，泊松比肚一準(zhǔn)節(jié)段范圍內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋，研究預(yù)應(yīng)力作用下節(jié)段0．2；預(yù)應(yīng)力筋采用直徑32113．111預(yù)應(yīng)力精軋螺紋粗模型應(yīng)力分布及其沿高度方向衰減規(guī)律；④工況4，鋼筋，．廠(chǎng)pk一930MPa，E。一2．0X105MPa，線(xiàn)膨脹系張拉3個(gè)節(jié)段范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋，研究預(yù)應(yīng)力作用下數(shù)口一1．2×10一。塔體受力特點(diǎn)；⑤工況5，施加3個(gè)節(jié)段預(yù)應(yīng)力及斜拉索索力，研究各對(duì)斜拉索作用的相互影響及其在高度方向的分布。4計(jì)算結(jié)果及設(shè)計(jì)建議由前述數(shù)據(jù)建立空間分析模型