斜拉桥耳板索梁锚固结构受力特性研究
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中文图书分类号:U448.27密级:公开UDC:624学校代码:10005硕士学位论文MASTERAL DISSERTATION论文题目:斜拉桥锚拉板式索梁锚固区受力性能足尺模型试验研究论文作者:辛光涛学科:土木工程指导教师:陈彦江教授论文提交日期:2014年6月UDC:624 学校代码:10005 中文图书分类号:U448.27 学号:S201104087密级:公开北京工业大学工学硕士学位论文题目:斜拉桥锚拉板式索梁锚固区受力性能足尺模型试验研究英文题目:F ULL-SCALE MODEL TEST STUDY ON THE BEHAVIOR OF CABLE-BEAM ANCHORAGE ZONE WITH TENSILEANCHOR PLATE STRUCTURE OF A CABLE-STAYEDBRIDGE论文作者:辛光涛学科专业:土木工程研究方向:桥梁与隧道工程申请学位:工学硕士指导教师:陈彦江教授所在单位:建筑工程学院答辩日期:2014年6月授予学位单位:北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签名:辛光涛日期:2014年06月07日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名:辛光涛日期:2014 年06 月07 日导师签名:陈彦江日期:2014 年06 月07 日摘要近年来,伴随着我国交通基础设施大规模建设,大跨度斜拉桥的建设得到了快速发展。
大跨径斜拉桥索塔锚固区钢锚梁受力性能研究摘要:文章结合银洲湖特大桥索塔锚固区域钢锚梁结构受力复杂的情况,在ANSYS有限元软件的协助下构建了精度较高的有限元模型,并分析了最高索力作用下的空间受力性质及特征。
获得如下的试验分析结果:钢锚梁等效应力最大值为228.3MPa,出现在承压板N3和承剪板交汇位置,各个板件应力均低于许可应力值,符合相关规范设定的标准要求。
空间非对称性是拉索索力的典型特征,其对钢锚梁结构受力情况形成的影响偏大,故而在具体设计施工阶段应予以该类问题一定重视。
关键词:斜拉桥;索塔锚固区;有限元模型;受力性能分析为满足社会经济发展需求,斜拉桥跨径不断拓展,拉索强度储备量也有相应增长,为保证工程建设的安全性,索力对索塔锚固区持有的结构性能提出更严格的要求。
钢锚梁具有造价成本低、传力过程安稳及施工较快捷等诸多优势,目前是国内众多大跨径斜拉桥施工阶段常用的锚固区结构类型[1]。
钢锚梁受力性能复杂早已被诸多学者所证实,进行相应的模拟试验有益于更科学的指导施工作业,鉴于此,本文利用有限元软件建设模型,对钢锚梁的受力性能展开分析。
1、工程概况银洲湖特大桥是中山至开平高速公路一个控制性节点工程,其主航道桥采用双塔双索面混合式结合梁斜拉桥,半漂浮体系,跨径组合为56.8+64.8+66.4+530+66.4+64.8+56.8m,主桥总长903m,主梁梁顶总宽度36m,中跨采用PK箱组合梁,边跨为混凝土梁。
其中索塔采用A型桥塔,辅助墩及过渡墩采用箱型墩。
主塔采用C50混凝土,塔高201.1m(见图1)[2]。
中上塔柱选用抗风性能好、造型美观的五边型断面,至中塔柱位置渐变为六边形断面,横向尺寸由5.6m 渐变至8.5m,纵向尺寸由7.8m 渐变到11.5m。
塔柱设置3 道横梁,其中上、中横梁分别采用5.2×7.2m 、4.8×7.2m 的空心矩形断面,壁厚竖向为0.6m,横向为0.8m;下横梁采用8.0×9.0m 的空心矩形断面,壁厚为1.0m。
研究探讨 Research311大倾角组合梁斜拉桥索梁锚固区受力性能分析刘聪伟(上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司, 上海 200437)中图分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号1007-6344(2020)02-0001-01摘要:近年来随着我国科技的发展,斜拉桥已经成为一种常见的桥梁结构形式[1]。
由于索梁锚固区结构和受力的复杂性,使得索梁锚固区的合理优化设计一直都是斜拉桥设计中的重点内容。
本文以某跨海斜拉桥为工程背景,利用Midas Fea 有限元软件建立斜拉桥索梁锚固区实体模型,研究大倾角组合梁斜拉桥索梁锚固区的受力性能和优化分析。
结果表明:大倾角斜拉桥钢锚箱受力时在主梁与腹板接触处应力较大,特别是传力板端部应力大;调整钢板厚度、调整拉索倾角或加端部钢板的方法可以有效降低锚固区应力水平,满足结构安全。
关键词:斜拉桥;索梁锚固区;有限元0 引言斜拉桥是一种组合体系梁桥,由主梁、桥塔和斜拉索组成。
依据主梁材料的不同又可以分为混凝土斜拉桥、钢-混组合梁斜拉桥、钢斜拉桥和混合式斜拉桥等[2]。
斜拉索的索力可分解成一个水平分力和一个垂直分力,水平分力通过索梁锚固结构传递给箱梁腹板和横梁最后扩散到主梁全截面,垂直分力平衡上部结构产生的重力及车辆等荷载作用[3]-[4]。
斜拉桥之所以有很大的跨越能力,是因为斜拉桥的拉索相当于给斜拉桥的主梁增设了很多的弹性支撑,这样可以减少主梁弯矩、降低截面尺寸,从而达到跨越能力的提升。
与悬索桥相比较,斜拉桥无需锚碇装置,抗风性能好,通过调整索力来控制主梁内力,使主梁的受力更加合理,悬臂施工的方法施工方便,因此斜拉桥得到众多桥梁设计师的青睐。
近代斜拉桥横截面宽度和跨度都比较大,主梁的截面形式也是多种多样,因此斜拉桥的整体和局部受力都比价复杂,而一些桥梁事故更是表明,只注重桥梁的整体计算安全而忽略了局部结构的安全性是不可靠的,需要得到改进。
因此在进行桥梁结构的整体分析之后,还需要对斜拉桥局部受力较大,受力比较复杂的区域进行局部分析,这样做可以使我们明确局部区域的详细受力情况,同时还可以根据受力情况优化设计,确保结构安全。
铁路斜拉桥钢锚箱索塔锚固区力学性能研究梁金宝学(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063;2.中铁建大桥设计研究院武汉430063)【摘要】新建杭州至温州铁路楠溪江特大桥主桥为(40.5+79.5+240+79.5+40.5)m双塔混凝土梁斜拉桥,考虑到大跨度铁路混凝土斜拉桥具有自身荷载重及疲劳活载大等特点,本桥采用了内置式钢锚箱型的索塔锚固形式来保证索塔锚固区受力的安全性与可靠性,通过对锚固体系构造与有限元计算分析表明:内置式钢锚箱型组合索塔锚固体系受力合理,传力途径明确;斜拉索水平荷载传递时各节段钢锚箱承担比例较高,较好地发挥了钢结构抗拉性能强的特点;索塔锚固区混凝土塔壁与钢锚箱构件各应力计算指标均满足规范设计要求,钢构件可通过工厂进行加工组装,施工质量得到保证,可为类似大跨度铁路桥梁设计提供参考。
【关键词】铁路桥斜拉桥钢锚箱索塔锚固区力学性能有限元法Study on Mechanical Properties of Steel Anchor Box Tower Anchorage Zone of R ailway Cable-stayed BridgeLIANG Jinbao12(1.China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.,Ltd.Wuhan430063;2.China Railway ConstructionBridge Design and Research Branch,Wuhan430063)[Abstract]The main bridge of Nanxijiang super large bridge of Hangzhou Wenzhou Railway is a double tower concrete beam cable-stayed bridge with span arrangement(40.5+79.5+240+79.5+40.5)m.Considering that the long-span railway concrete cable-stayed bridge has its own characteristics of heavy load and large fatigue live load,etc.In order to ensure the safety and reliability of the anchorage zone of the cable tower,the embedded steel anchor box is adopted in the bridge,Through the analysis of the structure and finite element calculation of the anchorage system,it is shown that the anchorage system of the built-in steel anchor box type composite cable tower has reasonable stress and clear way of force transmission.When the horizontal load of the stay cable is transferred,the proportion of the steel anchor box of each section is higher,and the tensile property of the steel structure is better developed.The stress calculation indexes of the concrete tower wall and steel anchor box components in the anchorage zone of the cable tower meet the design requirements of the code.Steel members can be processed and assembled in the factory,and the construction quality can be guaranteed,which can provide reference for the design of similar long-span railway bridges.[Key words]railway bridge;cable-stayed bridge;steel anchor box;anchorage zone of cable tower;mechanical property;finite element method1工程概况新建杭州至温州铁路楠溪江特大桥主桥为(40.5+79.5+240+79.5+40.5)m双塔混凝土梁斜拉桥,梁墩采用半漂浮结构体系,桥长481.6m(含支座中心到梁端0.8m)o主梁采用预应力混凝土单箱单室截面,箱梁顶宽为14.4m,底部宽12m,梁高4.0m,顶板横桥向设2%的“人”字横坡。
斜拉桥锚拉板受力性能研究————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:斜拉桥锚拉板受力性能研究-建筑论文斜拉桥锚拉板受力性能研究范炜(老河口市交通运输局湖北襄阳441800)【摘要】锚拉板作为斜拉桥索梁锚固区的主要受力构件,对控制全桥受力起关键作用。
本文对实体斜拉桥索梁锚固区锚拉板进行有限元数值模型研究,得出了锚拉板受力分布规律,可为今后类似研究提供参考。
关键词斜拉桥;锚拉板;有限元分析;受力性能斜拉桥作为现代桥梁的主要形式之一,在现代桥梁建设中具有不可替代的地位。
自从1956年瑞典建成第一座现代斜拉桥-Stromsund桥以来,现代斜拉桥就以其良好的结构性能、较大的跨越能力、合理的经济指标以及优美的建筑造型在现代桥梁结构中占据重要地位。
斜拉桥的上部结构是由梁、索、塔三个主要部分组成,它是一种桥面体系以加劲梁受压或受弯为主,支撑体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。
1. 斜拉桥索梁锚固区的连接方式(1)斜拉桥钢梁与索的连接方式主要有以下几种型式:锚箱式(锚固梁或锚固块)、锚管式、耳板式(销铰式)以及锚拉板式。
(2)锚拉板连接是将钢板作为锚拉板,在锚拉板上部开槽,槽口内侧焊于锚筒外侧,斜拉索穿过锚筒并用锚具锚固在锚拉筒底部:锚拉板下部自接与主梁上翼板焊接。
锚拉板中部除了满足安装锚具的空间需要之外,还需连接上、下两部分。
为保证索力均匀地传给主梁,与锚拉板连接区域的主梁上翼板应当加厚,钢主梁腹板增设加劲板。
锚拉板式锚固结构由承压板、锚拉筒、锚拉板、加劲板及加强板组成。
锚拉筒与锚拉板通过焊缝连接,锚拉板接焊在钢梁顶板加强板上,正下方是腹板,锚拉板上还焊有加劲板。
斜拉索穿过锚拉筒,锚固在锚拉筒的承压板上。
传力途径为:斜拉索→锚拉筒→锚拉板→钢箱梁。
锚拉式锚固结构构造简单,传力路径明确,施工方便。
2. 工程实例有限元分析2.1 工程实例。
自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁受力性能与安全评价引言自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁是一种新型的桥梁结构体系,它结合了悬索桥和斜拉桥的优点,具有较高的刚度和承载能力。
本文将对自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁的受力性能与安全进行评价,并介绍其在桥梁工程中的应用。
自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁的概述自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁是一种由主悬索和斜拉索组成的结构体系。
主悬索由主塔由上沿斜拉索组成,斜拉索与主塔成一定夹角,并与主塔通过锚碇装置连接。
主塔通过悬吊索与桥面横梁相连,悬吊索与桥面横梁之间通过斜拉索连接。
自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁的结构设计旨在使整体桥梁具有较高的韧性和承载能力。
具体结构参数的选择应根据桥梁的跨度、荷载情况和地质条件等进行优化。
桥梁受力性能评价应力分析自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁在受到荷载作用时,主要承受拉力和弯矩。
应力分析是评价桥梁受力性能的重要一环。
针对自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁,可以利用有限元方法进行应力分析。
需要考虑的因素包括桥梁材料的特性、施加在桥梁上的荷载情况以及结构的几何形状等。
通过应力分析,可以计算出各个部位的应力大小,评估桥梁的受力性能。
刚度评价刚度是评价桥梁受力性能的重要指标之一。
在自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁中,刚度与荷载的分布、斜拉角度等因素有关。
通过数值模拟或物理试验,可以评价自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁在不同工况下的刚度。
刚度评价可以帮助工程师了解桥梁的变形特性,优化结构设计,提高桥梁的刚度和稳定性。
动力响应评价自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁在受到风荷载等动力作用时,会发生振动。
动力响应评价是评估桥梁在动力荷载下的受力性能的重要手段。
通过模态分析和时程分析等方法,可以评价桥梁在不同风速下的振动响应。
动力响应评价可以帮助工程师了解桥梁的振动特性,提高桥梁的抗风能力和安全性。
桥梁安全评价可靠性评估为了评价自锚式悬索与斜拉组合结构体系桥梁的安全性,需要进行可靠性评估。
严寒地区大跨径PC斜拉桥索塔锚固区受力分析研究的开题报告一、研究背景和意义大跨度斜拉桥是一种目前工程实践中较为广泛应用的大型桥梁结构。
其独特的结构形态和先进的施工工艺,使得其在跨越大河、大湖、大峡谷等地区得到广泛应用,成为连接城市和联通地区的重要交通基础设施。
目前,我国在严寒地区建设大跨度斜拉桥已经形成了一定的规模,在吉林、黑龙江等地建成了多座大型斜拉桥,这对于加快推进我国东北等地区的发展具有十分重要的作用。
然而,由于严寒地区气温低、温度差异大等原因,斜拉桥在该地区的建设和使用过程中面临着各种挑战。
其中,索塔锚固区的受力分析是斜拉桥设计和施工过程中的关键问题之一。
目前,国内外对于斜拉桥索塔锚固区受力的研究较多,但是对于严寒地区的大跨度PC斜拉桥索塔锚固区的受力分析研究尚不充分,因此有必要开展相关研究。
本研究旨在通过对严寒地区大跨度PC斜拉桥索塔锚固区受力分析的研究,探索该类型桥梁结构在严寒地区的适应性和安全性,为类似工程的设计和施工提供参考依据,促进严寒地区交通基础设施的发展。
二、研究内容和方法(一)研究内容1. 对严寒地区大跨度PC斜拉桥索塔锚固区受力特点进行分析和总结,分析其受力模式和影响因素。
2. 基于有限元分析方法,建立大跨度PC斜拉桥索塔锚固区的受力模型,在不同荷载作用下模拟该结构的受力情况。
3. 通过对模拟结果进行分析和对比,探究不同因素对严寒地区大跨度PC斜拉桥索塔锚固区受力的影响,并提出相应建议。
4. 对研究成果进行总结,分析该类型桥梁结构在严寒地区的适应性和安全性,为类似工程的设计和施工提供参考依据。
(二)研究方法1. 文献资料调研2. 建立有限元分析模型3. 模拟不同荷载作用下的受力情况4. 对模拟结果进行分析和对比5. 研究成果总结和反思。
三、预期研究成果1. 对严寒地区大跨度PC斜拉桥索塔锚固区受力特点进行分析和总结,为设计和施工提供参考依据。
2. 建立大跨度PC斜拉桥索塔锚固区的有限元分析模型,并模拟不同荷载作用下的受力情况。
斜拉桥锚拉板受力性能研究————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:斜拉桥锚拉板受力性能研究-建筑论文斜拉桥锚拉板受力性能研究范炜(老河口市交通运输局湖北襄阳441800)【摘要】锚拉板作为斜拉桥索梁锚固区的主要受力构件,对控制全桥受力起关键作用。
本文对实体斜拉桥索梁锚固区锚拉板进行有限元数值模型研究,得出了锚拉板受力分布规律,可为今后类似研究提供参考。
关键词斜拉桥;锚拉板;有限元分析;受力性能斜拉桥作为现代桥梁的主要形式之一,在现代桥梁建设中具有不可替代的地位。
自从1956年瑞典建成第一座现代斜拉桥-Stromsund桥以来,现代斜拉桥就以其良好的结构性能、较大的跨越能力、合理的经济指标以及优美的建筑造型在现代桥梁结构中占据重要地位。
斜拉桥的上部结构是由梁、索、塔三个主要部分组成,它是一种桥面体系以加劲梁受压或受弯为主,支撑体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。
1. 斜拉桥索梁锚固区的连接方式(1)斜拉桥钢梁与索的连接方式主要有以下几种型式:锚箱式(锚固梁或锚固块)、锚管式、耳板式(销铰式)以及锚拉板式。
(2)锚拉板连接是将钢板作为锚拉板,在锚拉板上部开槽,槽口内侧焊于锚筒外侧,斜拉索穿过锚筒并用锚具锚固在锚拉筒底部:锚拉板下部自接与主梁上翼板焊接。
锚拉板中部除了满足安装锚具的空间需要之外,还需连接上、下两部分。
为保证索力均匀地传给主梁,与锚拉板连接区域的主梁上翼板应当加厚,钢主梁腹板增设加劲板。
锚拉板式锚固结构由承压板、锚拉筒、锚拉板、加劲板及加强板组成。
锚拉筒与锚拉板通过焊缝连接,锚拉板接焊在钢梁顶板加强板上,正下方是腹板,锚拉板上还焊有加劲板。
斜拉索穿过锚拉筒,锚固在锚拉筒的承压板上。
传力途径为:斜拉索→锚拉筒→锚拉板→钢箱梁。
锚拉式锚固结构构造简单,传力路径明确,施工方便。
2. 工程实例有限元分析2.1 工程实例。
斜拉桥索梁锚固区钢锚箱参数设计和力学性能分析胡峰强;徐义标;冯小毛;刘蕙婷;刘昊;胡海金【摘要】斜拉索与钢箱梁之间锚固区的结构复杂,索梁锚固区安全性是整体结构安全可靠的前提。
通过对索梁锚固区钢锚箱建立有限元模型进行参数设计,分析研究钢锚箱主要构件钢板的厚度、开孔空间尺寸、削坡坡度变化和承压板倒角的设置等对锚箱结构受力的影响。
结果表明:合适厚度钢板满足结构强度和刚度要求,同时有利于焊接质量和经济性;承压板倒角可以有效减小应力集中;开孔空间尺寸适度保证了施工操作需要,同时对孔周应力影响较小;削坡可以保证加劲板端部应力过渡平顺均匀。
%Anchorage zone structure between cable and steel box girder is complex,security of which is a pre-requisite for safety and reliability of integral structure. Parameters analysis is carried out by establishing the finite element model of the cable-girder anchorage zone of steel anchor box. Analysis the influence of thicKness of main components of the steel anchor box,hole size,cutting slope changes and bearing plate chamfer setting of anchor box structure. The results showed that:the appropriate thicKness of steel structure meet the requirements of strength and rigidity,and is conducive to the welding quality and economy;chamfer of bearing plate can effectively reduce the stress concentration;appropriate hole size can ensure construction and operation,at the same time has little influ-ence on the stress around the hole;cutting slope can ensure transition of end stress of the stiffened plate is smooth and uniform.【期刊名称】《南昌大学学报(工科版)》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P246-251)【关键词】斜拉桥;索梁锚固区;钢锚箱;参数设计;力学性能【作者】胡峰强;徐义标;冯小毛;刘蕙婷;刘昊;胡海金【作者单位】南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031;江西交通咨询公司,江西南昌330029;江西交通咨询公司,江西南昌330029;江西交通咨询公司,江西南昌330029;南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031;南昌大学期刊社,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】U448.27;U448.21+6在斜拉桥结构中,斜拉索与钢箱梁之间锚固区的结构十分复杂,局部应力大,斜拉索巨大的索力是通过索梁锚固结构分散到主梁的截面上的。
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。
Abstract: Pre-stressed concrete beams and pylons are usually adapted in concrete cable-stayed bridges. Under cable force and pre-stress, the mechanics of the anchorage is extremely complicated. Theoretical study on the mechanics of the anchorage is very important for the optimization of the structure design and arrangement of pre-stressed tendonsin the anchorage zone. The spatial stress of the anchorage is calculated by finite element method. The mechanical behaviors of the anchorage is calculated by finite element method. The mechanical behaviors of the anchorage are summarized and the research results can be a reference for similar bridge.Key words: anchorage zone; pre-stressed concrete; local stress analysis; local stress analysis; finiteelement method引言斜拉桥是由塔、梁和索3种基本构件组成的桥梁结构体系[1]。
斜拉桥耳板式索梁锚固区应力分析王少怀;向中富;谢秉敏;赵军【摘要】By using the ANSYS, a 3-dimensional finite element model for the cable-beam anchorage zone of Fenfangwan Bridge was built to investigate the stress. The stress distribution was analysed and the bearing capacity was consequently e-valuated. The following conclusions can be drawn; the stress on ear-plate is much greater than the other plates; the maximum Mises stress is located on the sides of pin hole; stress transfers fast and fluently though it is greater on some local regions ; the structure could meet the requirements of bearing capacity.%利用ANSYS软件建立了粉房湾大桥索梁锚固区实桥模型,分析了耳板式锚固区结构的应力及应力分布情况,对承载能力进行了评价.结果表明:耳板上的Mises应力远大于顶板、腹板和底板的应力,耳板上最大Mises应力位于销孔的两侧,关于斜拉索方向对称的位置;锚固区各构件应力在局部区域数值较大,但扩散较快,应力传递流畅;满足索梁锚固区结构承载能力要求.【期刊名称】《重庆交通大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(031)004【总页数】4页(P751-754)【关键词】斜拉桥;耳板式;索梁锚固区;应力分布;有限元分析【作者】王少怀;向中富;谢秉敏;赵军【作者单位】重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074【正文语种】中文【中图分类】U443.3斜拉桥因其受力性能好、跨越能力大、施工方便、造型优美等特点受到桥梁工作者的青睐[1],是一种由承压的塔、受拉的索和承弯的梁组合起来的柔性结构体系。
世界桥梁 2019年第47卷第2期(总第198期)组合式锚拉板索梁锚固构造在混凝土斜拉桥中的应用研究华 波,朱安静,孙 磊(中国市政工程西北设计研究院有限公司,甘肃兰州730070)摘 要:为了解组合式锚拉板索梁锚固构造在混凝土斜拉桥中的受力特性,以某(34+81+115)m跨铁路斜拉桥为背景进行研究。
该构造由钢拉板、预埋混凝土梁内的工字型钢构成,工字型钢与混凝土采用PBL键及剪力钉连接。
采用有限元软件,建立锚拉板及索梁锚固区有限元数值模型,分析了钢拉板、锚固区混凝土、预埋工字型钢的受力状态,并通过模型试验验证了关键焊缝的抗疲劳性能。
结果表明:钢锚拉板与锚拉筒连接焊缝圆弧过渡处附近有较明显的应力集中现象;锚固段混凝土顶部(第一排PBL键以上至梁顶范围)主拉应力较大,超出混凝土的抗拉强度;各主要焊缝疲劳试验均没有发现宏观裂纹,满足抗疲劳设计要求;该构造为混凝土斜拉桥索梁锚固提供了一种解决方案。
关键词:斜拉桥;混凝土主梁;索梁锚固构造;组合式锚拉板;PBL键;剪力钉;有限元法中图分类号:U448.27;U443.38文献标志码:A文章编号:1671-7767(2019)02-0072-06收稿日期:2018-10-22作者简介:华 波(1980-),男,高级工程师,2002年毕业于西南交通大学土木工程专业,工学学士(E-mail:48144164@qq.com)。
1 引 言索梁锚固区是斜拉桥的重要构造节点之一,其可靠性对桥梁整体安全至关重要。
传统的混凝土斜拉桥主梁拉索锚固区通常采用锚块形式集中锚固,此类锚固方式在某些特殊的桥梁上适用性存在不足。
如在铁路桥梁中,为避免运营期间换索施工对桥下铁路营运造成干扰,通常不允许在桥面以下设置锚固块,同时由于梁高受限不具备箱内设锚块的条件。
锚拉板构造是钢主梁斜拉桥索梁锚固的主要方式之一,不需要箱内操作,施工和日常检修维护方便,得到广泛应用。
如:福建青州闽江大桥、武汉二七长江大桥等均采用此种构造。
第15卷 第1期2002年1月中 国 公 路 学 报China Journal of Highw ay and TransportVo l.15 No.1Jan.2002文章编号:1001-7372(2002)01-0072-04收稿日期:2001-02-16作者简介:刘庆宽(1971-),男,河北保定人,石家庄铁道学院讲师,工学硕士.斜拉桥耳板索梁锚固结构受力特性研究刘庆宽1,强士中2,张 强2,陈伟庆2(1.石家庄铁道学院大型结构健康诊断与控制研究所,河北石家庄 050043;2.西南交通大学桥梁与结构工程系,四川成都 610031)摘 要:通过解析方法对南京二桥索梁锚固处的接触应力进行了理论计算,简要介绍了耳板锚固模型试验,对接触应力的大小和耳板上的应力分布进行了研究,并对照有限元空间计算,得出了一些有益的结论。
关键词:斜拉桥;索梁锚固;耳板;应力分析中图分类号:U 448.27 文献标识码:AStructural analysis of ear -plate cable and beam anchoragefor cable -stayed bridgeLIU Qing -kuan 1,QIANG Shi-zhong 2,ZHAN G Qiang 2,CHEN Wei-qing2(1.Str uct ur al Health M o nito ring and Contr o l Instit ut e ,Shijiazhuang Railw ay Institut e ,Shijiazhuang 050043,China ;2.Depar tment of Bridg e and Str uctural Eng ineer ing ,Southw est Jiaoto ng U niv er sity,Cheng du 610031,China)Abstract :In this paper,the contact stress of the anchorage o f the second Yang tze river bridge at Nanjing is analyzed by analytic m ethod,and the model test of the ear-plate anchorag e is pr esented.T he contact str ess and the stress distributio n on the ear -plate are also studied.T he results of the mo del test are compared with those of a space finite element analysis .Som e useful co nclusions ar e obtained for the structure.Key words :cable-stayed br idge;anchorag e of cable and beam;ear-plate;str ess analysis 现代大跨径斜拉桥的索梁锚固结构,因为受力集中、结构复杂,一直是控制设计的关键部位。
第15卷 第1期2002年1月中 国 公 路 学 报China Journal of Highw ay and TransportVo l.15 No.1Jan.2002文章编号:1001-7372(2002)01-0072-04收稿日期:2001-02-16作者简介:刘庆宽(1971-),男,河北保定人,石家庄铁道学院讲师,工学硕士.斜拉桥耳板索梁锚固结构受力特性研究刘庆宽1,强士中2,张 强2,陈伟庆2(1.石家庄铁道学院大型结构健康诊断与控制研究所,河北石家庄 050043;2.西南交通大学桥梁与结构工程系,四川成都 610031)摘 要:通过解析方法对南京二桥索梁锚固处的接触应力进行了理论计算,简要介绍了耳板锚固模型试验,对接触应力的大小和耳板上的应力分布进行了研究,并对照有限元空间计算,得出了一些有益的结论。
关键词:斜拉桥;索梁锚固;耳板;应力分析中图分类号:U 448.27 文献标识码:AStructural analysis of ear -plate cable and beam anchoragefor cable -stayed bridgeLIU Qing -kuan 1,QIANG Shi-zhong 2,ZHAN G Qiang 2,CHEN Wei-qing2(1.Str uct ur al Health M o nito ring and Contr o l Instit ut e ,Shijiazhuang Railw ay Institut e ,Shijiazhuang 050043,China ;2.Depar tment of Bridg e and Str uctural Eng ineer ing ,Southw est Jiaoto ng U niv er sity,Cheng du 610031,China)Abstract :In this paper,the contact stress of the anchorage o f the second Yang tze river bridge at Nanjing is analyzed by analytic m ethod,and the model test of the ear-plate anchorag e is pr esented.T he contact str ess and the stress distributio n on the ear -plate are also studied.T he results of the mo del test are compared with those of a space finite element analysis .Som e useful co nclusions ar e obtained for the structure.Key words :cable-stayed br idge;anchorag e of cable and beam;ear-plate;str ess analysis 现代大跨径斜拉桥的索梁锚固结构,因为受力集中、结构复杂,一直是控制设计的关键部位。
该结构在巨大索力作用下的应力、变形情况如何,是设计和施工人员所关心的。
在钢箱梁斜拉桥中,索梁锚固的形式有散索鞍座加锚固梁、牛腿、钢锚管、锚箱、耳板等[1]。
南京长江第二大桥南汊斜拉桥的索梁锚固方案原设计采用耳板式结构,即在箱梁的边腹板上用高强螺栓固定上耳板,板上开一圆孔,斜拉索通过销子锚固在耳板的圆孔处(图1)。
在受力方面,斜拉索的巨大索力通过销子以接触应力的形式传递给耳板,再进一步通过高强螺栓传递到腹板并在腹板上扩散。
这种索梁锚固结构在世界范围内首次应用于法国的诺曼底大桥,中国以前的大跨斜拉桥还没有采用过这种形式。
因此,有必要对该结构进行细致深图1 耳板锚固结构入的研究,以掌握锚固区接触应力的大小及耳板上应力分布规律。
笔者分别通过弹性力学解析法、模型试验和有限元分析等方法对该区域的接触应力和耳板上的应力分布状态进行了研究,为设计、制造这一新型结构提供试验依据和理论依据。
1 南京长江二桥南汊大桥简介南京长江二桥南汊大桥是跨径58.5m +246.5m +628m +246.5m +58.5m 的双塔双索面三跨斜拉桥[2]。
该桥在距离边墩58.5m 处设置辅助墩,主梁采用扁平流线型钢箱梁,梁高3.5m,总宽37.2m 。
斜拉索为空间扇形双索面,每个索面由左右各20根斜拉索组成,索距15m 。
桥塔采用钢筋混凝土倒“Y ”型结构,塔高195.41m 。
2 耳板孔壁接触应力的解析法计算弹性力学位移解法控制微分方程为[2](K +L )5H5x +L ¨2u =0(K +L )5H5y +L ¨2v =0(K +L )5H 5z+L ¨2w =0(1)式中:L =E2(1+v ),E 为材料的杨氏模量,v 为其泊桑比;K =v (1+v )(1+2v );H =5u 5x +5v 5y +5w5z。
半无限体平面边界上作用法向集中力,由式(1)得平面边界(z =0)上的垂直位移为u =P 4P (K +L )x r 2v =-P 4P (K +L )yr 2w =P (K +2L )4P L (K +L )r =1-v 2P E P r(2)式中:r 为计算点至坐标原点的距离。
销轴与耳板孔壁的接触为圆柱体与凹圆柱面的接触,它可以归结为两圆柱体的接触问题。
如图2所图2 两圆柱体接触示,两圆柱体受力前沿o -o ′接触,外表面上两点M 和N 分别满足圆的方程z 1=R 1-R 21-y21z 2=R 2-R 22-y 22(3) 当M 和N 两点离开z 1轴距离b 很小时,式(3)可用泰勒(T ay lor )公式展开为z 1=b 22R 1, z 2=b 22R 2(4)M 和N 点的距离为z 1+z 2=2两圆柱体受相向压力P 作用时,在接触面处发生局部变形,设w 1和w 2分别为M 点和N 点发生的竖向位移,则o 和o ′接近的距离D 为 D =z 1+z 2+w 1+w 2(6)即 w 1+w 2=D -(z 1+z 2)=D -R 1+R 2R 1R 2b 2(7)根据式(2),有w 1+w 2=1-v 21P E 1k q d A r +1-v 22P E 2kq d Ar (8)式中:A 为两圆柱体接触面积;q 为接触面上的分布荷载。
按照赫兹弹性接触理论,q 按下式分布q =q 01-x 2b212(9)式中:q 0为接触面上的最大压应力。
把式(9)代入式(8),进行积分得 D =2p ′P 1-v 21E 1ln 2R 1b+0.407+ 1-v 22E 2ln 2R 2b+0.407b 2=4P R 1R 2R 1+R 21-v 21E 1+1-v 22E 2p ′q 20=1P R 1R 2R 1+R 2p ′1-v 21E 1+1-v 22E 2(10)式中:p ′为接触面上沿纵向单位长度所受的压力。
对圆柱体(半径为R 2)与凹圆柱体面(半径为R 1)的接触,只要将式(10)中后两式中的R 1+R 2用R 1-R 2代替即可b 2=4P R 1R 2R 1-R 21-v 21E 1+1-v 22E 2p ′q 20=1P R 1R 2R 1-R 2p ′1-v 21E 1+1-v 22E 2(11)当E 1=E 2,v 1=v 2=v 时,式(11)变为b = 1.522p ′R 1R 2E (R 1-R 2)q 0=0.418p ′E (R 1-R 2)R 1R 2(12) 对于南京二桥耳板锚固模型,E =206GPa ,销孔内径D 1=100m m ,销子外径D 2=99.5mm ,耳板厚度t =40mm ,模型设计索力P =1374kN,所以R 1=50m m,R 2=49.75mm ,p ′=P /t =3.87×107N /m ,代入式(12),得:q 0=374MPa 。
3 模型试验3.1 模型设计在桥上受力最大的J20(江侧第20号)斜拉索73第1期 刘庆宽,等:斜拉桥耳板索梁锚固结构受力特性研究 与箱梁锚固处分割出部分结构,根据相似条件,设计1∶2试验结构。
该结构与实际结构的构造细节一致,模型立面见图3。
图3 模型加载3.2 模型制作及加载方案模型由生产该实际桥梁钢箱梁的宝鸡桥梁厂制造。
耳板材料为0.7M nCrM oVR 钢,屈服强度为510M Pa,极限强度为630MPa 。
实桥节端荷载为:索力6195kN,两端轴力分别为3640kN 和-1856kN 。
根据相似原理计算1∶2模型设计荷载,见表1。
试验采用逐级加载,加载方式如图3所示。
表1 模型设计荷载/kNF 1F 2F 31.0倍设计荷载137********.7倍设计荷载233612167893.3 试验结果分析3.3.1 耳板压应力分布规律通过对耳板、腹板、底板、顶板和横隔板的应力大致比较,发现耳板上的应力远大于其它各板上的应力,因此在这里只分析耳板上的应力;考虑到接触压应力起到控制作用,因此只分析最小主应力(即R 3)。
图4为1.0倍设计荷载下实测耳板最小主应力与有限元计算结果比较图。
图中数字中心为测点位置,数字的值为该点最小主应力的大小,“x ”表示该位置的应变花失效,“o”代表螺栓,图中标有数字的曲线为有限元计算得到的最小主应力等值线。
分析试验测得最小主应力大小和分布,可以发现以下几点规律:(1)最大压应力发生在销子与耳板沿索力方向相接触的附近位置,即圆孔右上方的区域,并且沿索力方向一排测点的应力均较大,向两侧递减。
最大压应力值为286MPa,此位置等效应力(VonM ises 应图4 实测耳板上最小主应力与有限元计算结果比较/M Pa力)为352M Pa,1.7倍设计荷载下此位置等效应力为510MPa 。
此值是在所有测点中的最大值,基本不是耳板上实际的最大应力值。
由于耳板不受集中力,应力不会有突变,因此实际最大应力应发生在最大值测点附近,且真实值应比测点最大值大。
(2)在圆孔左上方和右下方的连线方向,有几个测点的最小主应力为正值(如与圆孔相临的57M Pa 和46M Pa),说明这个区域受的拉应力较大。
(3)在圆孔下方螺栓上方,应力分布相对较均匀,规律为向远离圆孔方向递减,至板的两边缘处减小为零。
(4)在耳扳与腹板通过螺栓栓接的区域,水平方向每排测点应力向右呈递增趋势。
3.3.2 耳板应力随荷载增加的变化情况图5 耳板部分测点在1.7倍设计荷载与1.0倍设计荷载下等效应力比值从外荷载变化的角度来分析耳板应力的变化,发现在材料的弹性范围内,耳板的应力并不随外荷载按比例增长。