拱塔斜拉橋預應力索塔錨固區(qū)節(jié)段應力分析.pdf

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1、拱塔斜拉橋預應力索塔錨固區(qū)節(jié)段應力分析郝翠，王建國，曹新壘43拱塔斜拉橋預應力索塔錨固區(qū)節(jié)段應力分析郝翠1，王建國2，曹新壘2(1．安徽省交通規(guī)劃設計研究院，安徽合肥230088；2．合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，安徽合肥230009)摘要：某橋為主跨260m三塔雙索面預應力混凝土拱塔斜拉橋，采用空間有限元法對5種荷載工況下索塔錨固區(qū)節(jié)段應力進行分析。結果表明：空心矩形索塔內(nèi)布置雙向井字形預應力筋能夠有效抵消斜拉索水平分力產(chǎn)生的拉應力；索力及預應力分別作用下，距離基準節(jié)段中心分別為1．2m和1．5m范圍內(nèi)，應力呈現(xiàn)漸進衰減趨勢；設計計算中可通過控制側墻與倒角交界處、斜拉索出口

2、處以及錨塊與塔壁交界等處混凝土應力，來控制整個索塔錨固區(qū)的應力分布。關鍵詞：斜拉橋；拱形塔；索塔錨固區(qū)；預應力混凝土結構；預應力精軋螺紋鋼；應力；有限元法中圖分類號：U443．38；U441．5文獻標志碼：A文章編號：1671—7767(2010)04—0043—041引言構體系。主梁采用預應力混凝土雙邊箱梁，梁高3．2近年來，混凝土斜拉橋以其結構新穎、受力性能m。順橋向為3個不等高的拱形橋塔[見圖1(a)]，好等特點，在橋梁工程中應用日趨廣泛。塔柱作為均采用空心矩形截面。斜拉索塔上標準間距為2．0主要承重構件之一，不僅承受巨大的軸向壓力，索塔m，中塔單側共20對斜拉索。索塔錨

3、固區(qū)采用錨墊錨固區(qū)還要承擔索力產(chǎn)生的巨大水平力。因此，僅板形式[見圖1(b)]，錨墊板下設置鋼筋網(wǎng)；塔壁配靠塔內(nèi)普通鋼筋來平衡該水平拉力是不合理的。因置雙向井字形432mm預應力精軋螺紋粗鋼筋(本此常在索塔錨固區(qū)布置預應力鋼束以抵抗斜拉索產(chǎn)文簡稱預應力筋)[見圖1(c)]，其豎向間距為15～生的水平力n,zj。40cm，滿布于整個索塔錨固區(qū)。塔柱豎向主筋采用預應力混凝土拱塔斜拉橋在國內(nèi)外尚為少見，432133．133．的Ⅲ級鋼筋。相關建設及施工資料較少。本文結合某拱塔斜拉橋，運用空間有限元方法，對預應力混凝土空心矩形3有限元分析模型索塔節(jié)段應力進行了分析，指出了其受力特點，并對

4、計算分析中選取中塔索力最大的3個節(jié)段作為類似結構的設計提出了相應的建議。研究對象，對應中塔最外3對索(編號C1～C3)，為了避免節(jié)段下端位移邊界效應對應力分布產(chǎn)生較大2工程概況影響，選取的計算節(jié)段高8．0m[見圖1(a)]。順橋某橋為三塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，跨度向為z方向，橫橋向為z方向，豎向為y方向。以中布置為(38+82+2×260+82+38)m，為半漂浮結間節(jié)段(C2對應節(jié)段)作為基準節(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)塔上斜拉索錨固構造(c)索塔錨固區(qū)預應力筋布置單位：cm圖1橋塔結構布置示意收稿日期：2010—05—

5、21作者簡介：郝翠(1985一)，女，2007年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學土木工程專業(yè)，工學學士，2010年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學市政工程(路橋)專業(yè)，工學碩士(E—mail：hc3188@163．corn)。44世界橋梁2010年第4期預應力作用的荷載效應分布及其相互作用。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，其方向與索力實際方向在對模型進行有限元離散時計人了塔上錨固齒槽和一致。預留孔，齒槽和預留孔的位置、尺寸均與實際結構一(3)荷載工

6、況。為了詳細了解索塔錨固區(qū)在施致。根據(jù)索塔錨固區(qū)的構造特點，采用8節(jié)點三維工過程、運營階段的應力狀態(tài)以及預應力和索力的實體單元Solid45模擬塔體，采用Linkl0單元模擬荷載效應分布情況，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，張拉基準節(jié)段斜拉索索力，研究索力作用下節(jié)段模型(見圖2)共離散67486個節(jié)點、356317個單模型應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化：塔壁按各向同性的勻張拉3個節(jié)段斜拉索索力，研究索力作用下塔體受質彈性體考慮，未計入勁性骨架及普通鋼筋；混凝土力特點，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，泊松比肚一準節(jié)段范圍內(nèi)的預應力筋，研究預應力作用下節(jié)段0．2；預應力筋采用直徑32113．111預應力精軋螺紋粗模型應力分布及其沿高度方向衰減規(guī)律；④工況4，鋼筋，．廠pk一930MPa，E。一2．0X105MPa，線膨脹系張拉3個節(jié)段范圍內(nèi)預應力筋，研究預應力作用下數(shù)口一1．2×10一。塔體受力特點；⑤工況5，施加3個節(jié)段預應力及斜拉索索力，研究各對斜拉索作用的相互影響及其在高度方向的分布。4計算結果及設計建議由前述數(shù)據(jù)建立空間分析模型