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矮塔斜拉桥索塔锚固区应力分布规律及计算模型研究作者：张涛李伟俊朱东邓韬李永明来源：《甘肃科技纵横》2024年第06期摘要：文章依据某矮塔斜拉桥，通过现场试验探究索塔锚固区应力分布规律，明确索塔锚固区混凝土在施工过程中的应力变化特征。
文章提出底部设置弹性支撑的局部有限实体计算分析模型，并通过实测值和理论值的对比分析验证该计算分析模型的可行性。
研究结果表明：施工过程中，索塔锚固区端部位置出现了拉应力，最大为1.2 MPa，施工时应考虑在锚固区端部增加横向钢筋；索塔锚固区混凝土横向应力呈现出端部小中间位置大的规律；索塔锚固区实测应力值和理论值基本吻合，验证了该计算分析模型用于计算索塔锚固区应力分析的可行性，为索塔锚固区的受力分析提供了技术支撑。
关键词：矮塔斜拉桥；索塔锚固区；计算分析模型；应力分布；试验中图分类号：U24文献标志码：A0引言矮塔斜拉桥的力学特性不同于斜拉桥和梁式桥，而是介于两者之间。
斜拉桥的拉索多数是单侧和索塔直接固结，而矮塔斜拉桥拉索多是直接穿过索塔作用在主梁上，索塔处直接作用在索鞍处形成一根通长的拉索。
索塔锚固区是矮塔斜拉桥的一个主要传力部位，主梁重量通过拉索将自重作用在索塔锚固区，然后通过桥塔传递给桥墩和基础，索塔锚固区在整个施工过程中受力较为复杂，为确保整个施工过程中斜拉桥的安全，需要掌握锚固区在整个施工过程中的受力特征。
为此，国内不少学者对其进行了研究。
周晖[1]通过对主塔索鞍区的计算分析，发现中间大向两边逐渐减小。
张海文等[2-3]通过数值分析探究了拉索与索鞍之间的接触关系，并研究了拉索的半径对锚固区混凝土应力的影响，认为施工中应对索鞍的安装定位进行严格控制。
部分学者依托实际工程对索塔区混凝土进行受力分析。
张树清和屈计划[4]依托实际工程，建立索塔锚固区计算分析模型，得到索塔锚固区混凝土的应力分布规律。
肖子旺[5]以常山大桥为依托建立全桥分析模型，基于等效原则通过变换索鞍结构形式，探究了索鞍形式对锚固区混凝土受力的影响规律。
某矮塔斜拉桥施工期空间受力分析的开题报告一、问题阐述矮塔斜拉桥是一种高效且经济的桥梁结构，近年来越来越受到工程领域的关注。
然而，斜拉桥的结构较为复杂，需要进行较为详细的受力分析。
本项目旨在研究某矮塔斜拉桥在施工期间所受到的空间力学影响，以提供工程设计和施工过程中的技术支持。
二、研究目的1. 分析某矮塔斜拉桥在施工期间所受到的空间受力，包括荷载、温度等。
2. 研究斜拉桥施工期间的变形及其对桥梁结构的影响。
3. 探究减小施工期间空间受力的有效措施，提高施工期间的安全性和效率。
三、研究内容1. 探究矮塔斜拉桥的结构特点，并分析其受力特点。
2. 建立某矮塔斜拉桥的三维模型，利用ANSYS等有限元分析软件进行模拟分析。
3. 分析斜拉桥在施工期间的荷载情况，包括自重、施工荷载、温度荷载和风荷载等。
4. 分析施工期间桥梁变形情况及其对受力的影响。
5. 提出减小施工期间空间受力的有效措施，包括加强施工监管、控制施工现场荷载等措施。
四、预期成果1. 某矮塔斜拉桥在施工期间所受到的空间受力分析报告。
2. 某矮塔斜拉桥施工期间的变形分析报告。
3. 减小施工期间空间受力的有效措施提案。
五、研究意义1. 提供某矮塔斜拉桥施工期间的受力分析报告，为工程设计提供技术支持。
2. 研究斜拉桥在施工期间的变形和受力情况，为施工过程中的监管和控制提供参考。
3. 提出减小施工期间空间受力的有效措施，有助于提高施工效率和施工安全。
六、研究方法1. 理论研究法：通过文献调研和理论研究，掌握矮塔斜拉桥的基本结构和受力特点。
2. 数值模拟法：根据某矮塔斜拉桥的实际情况，建立三维模型，利用ANSYS等有限元分析软件进行模拟分析。
3. 数据分析法：将数值模拟得到的数据进行分析和处理，得出有关施工期间受力和变形情况的结论。
七、预计进度安排时间节点 | 研究任务-|-第1-2周 | 文献调研和理论研究第3-4周 | 建立某矮塔斜拉桥的三维模型第5-6周 | 进行有限元分析和数据处理第7-8周 | 撰写研究报告和提案第9周 | 项目验收和提交结题报告八、参考文献1. 王建农. 矮塔斜拉桥施工阶段支撑系统技术与研究进展[J]. 土木建筑工程信息技术, 2019, 11(10):75-77.2. 沈岩, 王锋, 潘青. 斜拉桥结构在施工期间空间受力分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2016, 44(1):1-6.3. Tong Y L, Yang Y M, Pan Y Z. Cable-stayed bridge construction control and protection technology[M]. Springer, 2016.。
石湾特大桥矮塔索鞍区局部应力分析罗旗帜1，彭爱勤1,2，陈玉骥1（1、佛山科学技术学院土木工程与建筑系，广东佛山 528000；2、广东工业大学土木与交通工程学院，广东广州 510006）摘要以石湾特大桥为研究对象，采用空间有限元方法计算了矮塔斜拉桥索鞍区的受力情况，将施工阶段最大悬臂状态下的索力按照等效简化荷载及边界条件对其加载，分析了桥塔索鞍区混凝土和管道的受力特点，并对桥塔索鞍区的设计提出了建议。
关键词矮塔斜拉桥索鞍空间有限元1 引言矮塔斜拉桥是近些年来在斜拉桥基础上发展起来的一种新型的桥梁结构形式，其塔身上设有转向鞍座,鞍座形式主要有双管和分丝管结构。
目前国内不少学者对矮塔斜拉桥桥塔索鞍区局部应力进行了研究，文献[1,2]对矮塔斜拉桥索鞍区进行了模型试验研究，文献[3-5]采用空间有限元法对单索面矮塔斜拉桥索鞍区局部应力进行了研究，文献[6] 采用空间有限元法对双索面矮塔斜拉桥索鞍区局部应力进行了研究，但是这些斜拉桥的宽度仅限于30m 以下。
本文就单索面、宽为33.5m的矮塔斜拉桥，采用空间有限元法对其索鞍区施工阶段局部应力进行分析。
石湾特大桥是佛山市禅西大道季华路至樵乐路段（325国道改线）工程上跨越东平水道（潭洲水道）的一座桥梁，该桥为矮塔斜拉桥，主桥采用双塔单索面、塔梁固结、墩塔分离、墩顶设置支座的结构形式，主桥跨径布置为由14#墩至17#墩90.5m+150m+90.5m，全长331m，如图1。
主桥梁体采用变截面箱梁形式，箱梁截面采用大悬臂单箱三室形式。
主梁采用抗风性能较好的单箱三室断面箱梁形式。
梁体全宽33.5m，采用单箱3室加撑板悬臂的形式，撑板悬臂部分在箱体两侧各8.5m，箱体宽度为16.5m。
主桥梁体采用悬臂施工法施工，按照施工阶段梁体可分为两个0号块，长度各16.2m，64个现浇块，长度有3m和4.5m两种，靠近中墩的梁段较短为3m，靠近跨中的梁段较长为4.5m。
两个边跨合拢段长度为各1.8m，两个边跨支架现浇段长度各为14.6m。
矮塔斜拉桥塔梁固结段空间受力分析摘要：塔梁固结段，构造形状比较复杂，应力相对集中，但又是桥梁设计中需要重点考虑的关键部位。
在桥梁设计中应对其进行局部应力分析。
本文以某矮塔斜拉桥为工程背景，通过大型通用有限元程序ANSYS对其塔梁固结段进行受力分析，分析其受力特点，能够指导类似桥梁的设计与施工。
关键词：塔梁固结，局部受力，子模型，有限元1、引言某桥为塔梁固结体系的矮塔斜拉桥，塔梁固结区域处于上、下塔柱与主梁的交汇处。
一方面，塔梁固结区不但承受由主梁传递而来的弯矩和轴力，而且还承受主塔传递而来的巨大轴力；另一方面塔梁固结区截面突变，几何尺寸多变。
这两方面原因造成了塔梁固结区刚度变化大，受力状态复杂，对塔梁固结区域的受力分析很有必要。
为了得到塔梁固结区域的受力分析结果，就需要将模型划分更加精细化。
而将针对全桥建立的整体有限元模型必须划分的足够精细化以便能够达到局部应力分析的精度，这会导致单元数和节点数的剧增，计算分析的过程繁杂，费时费力，对计算机也要求有较高的性能。
基于子模型法的局部分析已经得到广泛应用，通过子模型法不必建立划分足够精细的全桥有限元模型，只需要建立塔梁固结段的子模型并将其划分足够精细，节约了大量时间和工作量。
2、子模型法[4-5]子模型法是将通过空间杆系整体模型或者划分较粗糙的整体模型分析的结果作为荷载施加到局部精细模型上，从而分析局部区域的受力状态。
本文应用子模型法来分析塔梁固结区域受力状态的具体步骤是：1、通过有限元分析软件MIDAS/CIVIL建立全桥的模型，进行整体结构的分析；2、按照塔梁固结区域的实际尺寸构造，应用有限元分析软件Ansys建立实体子模型，划分足够精细；3、从整体模型分析中切割边界条件到子模型相应位置上；4、子模型对应在整体模型中的所有荷载、约束、边界条件全部保留，复制到子模型上，然后进行子模型的分析。
3、工程背景主桥桥跨布置为30.96m+65.0m+120m+65m+30.96m，桥面标准宽度为46m，引跨桥宽由46.0m渐变至38.0m，与引桥接顺。
・桥 梁・收稿日期:2008-08-28;修回日期:2008-11-02作者简介:张海文(1983—),男,助理工程师,2008年毕业于西南交通大学桥梁与隧道专业,工学硕士。
矮塔斜拉桥索鞍混凝土局部应力分析张海文1,李亚东2(1.中铁济南勘察设计咨询院有限公司,济南 250022;2.西南交通大学土木学院,成都 610031)摘 要:利用ANSYS 分析软件对矮塔斜拉桥索塔应力进行分析,采用接触单元模拟斜拉索与钢管之间的接触关系,探讨分丝管构造索鞍处混凝土应力分布规律,并对索鞍处的配筋设计及施工提出建议。
关键词:矮塔斜拉桥;索鞍;混凝土;应力分析;接触问题中图分类号:U448127 文献标识码:A 文章编号:1004-2954(2009)01-0042-03矮塔斜拉桥亦称部分斜拉桥,是介于传统或常规斜拉桥和连续梁桥之间的一种过渡性桥梁结构。
矮塔斜拉桥的索塔较矮,斜拉索较短。
为方便施工,节省材料,减小塔的尺寸,往往在索塔内设置索鞍,让斜拉索连续通过索塔。
目前比较成熟的索鞍形式为分丝管构造。
分丝管是由多根平行的导向钢管并排组焊而成,配合钢绞线索使用(图1),导向钢管的数量及排布与梁端锚具孔位一致。
拉索中的各根钢绞线穿过对应的导向钢管,互不干涉,导向钢管可承受各股钢绞线先后张拉造成的挤压。
图1 索鞍构造示意本文以某混凝土矮塔斜拉桥为对象,利用有限元分析软件ANSYS 对矮塔斜拉桥索鞍构造处的混凝土局部应力进行模拟分析,探讨索塔内混凝土应力分布规律,并对索鞍处的配筋设计及施工提出建议。
1 工程概况及模型建立111 工程概况某大桥主桥为6塔7跨单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥,跨径组合为56m +5×9413m +56m 。
索塔高16104m ,结构高度为10160m ,为主跨的1/519;塔身采用C50混凝土,实心矩形断面,索鞍下面的塔柱采用分离式双肢结构,塔的立面呈倒V 形,横向呈一字形;每肢根部截面为118m (纵桥向)×117m (横桥向),见图2。
矮塔斜拉桥拉索区横隔梁空间应力分析李群锋【摘要】以山西省某座三跨矮塔斜拉桥为工程背景,利用Midas/FEA空间有限元分析软件建立索梁锚固区梁段实体模型,分析拉索区横隔梁空间应力分布状态.分析结果表明:在最不利荷载组合下,悬臂板处上横隔梁下部区域以及与其相连的边腹板局部范围存在较大拉应力,通过施加横隔梁横向钢束可有效降低拉应力值,以防止横隔梁底部及边腹板外侧出现开裂现象.【期刊名称】《山西交通科技》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】4页(P69-72)【关键词】矮塔斜拉桥;Midas/FEA;拉索区横隔梁;空间应力分布【作者】李群锋【作者单位】山西省交通科学研究院,山西太原 030006【正文语种】中文【中图分类】U448.270 引言背景桥为（87+160+87）m双塔斜向双索面三跨预应力混凝土矮塔斜拉桥，半桥宽布置为1.0 m拉索区+2.5 m人行道+10.5 m机动车道，桥梁全宽28.0 m。
主梁为单箱双室结构，桥塔处梁高5 m，跨中梁高3.5 m，1～7号梁段为梁高变化段，其余为等高段。
桥塔呈Y型，塔高24.8 m，每个桥塔共设置8对斜拉索，采用分丝管索鞍形式，每根斜拉索贯穿主塔并锚固在两侧主梁上。
该矮塔斜拉桥拉索在梁上的锚固位置位于箱梁两侧悬臂板端部，属斜拉索与混凝土箱梁的锚固[1]，通过在悬臂板端部底面设置拉索锚块以及贯通整个箱梁横断面的刚性横隔梁来分散拉索巨大的索力。
由于斜拉索向外倾斜，拉索索力分解为三向空间力系，该力系通过拉索锚块传递到与之相邻的顶板及横隔梁上，造成索梁锚固区段横隔梁应力分布比一般的横隔梁更为复杂，加之索力较大的原因，拉索区横隔梁往往会出现受力薄弱的部位。
基于以上综合因素，为精确掌握拉索区横隔梁的受力特性，有必要对索梁锚固区梁段建立实体分析模型，以期得到横隔梁空间应力分布状态，优化横隔梁横向钢束的设计工作。
主桥立面图如图1所示。
图1 主桥立面图（单位：cm）1 拉索区主梁及横隔梁构造拉索区主梁为单箱双室直腹板截面，梁高3.5 m，梁底宽18.0 m，两边悬臂各5.0 m，悬臂顶板厚35 cm，箱室顶板厚28 cm，底板厚45 cm，边腹板厚80 cm，中腹板厚60 cm。
矮塔斜拉桥分丝管索鞍区混凝土抗劈裂性能有限元分析周晖【摘要】矮塔斜拉桥分丝管索鞍区受力非常复杂,斜拉索索力很大且夹角小,锚下区域集中应力对该区域内混凝土造成很大影响.混凝土材料在很大的集中竖向力作用下会产生巨大的横向应力,即混凝土劈裂应力,该应力容易造成混凝土开裂,从而降低结构的受力性能和耐久性.对某特大桥主塔上分丝管索鞍区混凝土抗劈裂性能进行分析,利用ANSYS有限元软件建立试验模型来分析劈裂应力的大小和实际分布状况,以判断结构的安全性能.%The force at split tube cable saddle area of the low-tower cable-stayed bridge is extremely complicated,the cable-stayed force is large and in small angle,the concentrated stress to anchoring area has huge influence to concrete in this area.Under huge concentrated vertical force,the concrete material may generate huge horizontal stress,i.e.concrete splitting stress,which may easily cause concrete splitting and reduce stress performance and durability of structure.This paper analyzed anti-splitting performance of concrete at split tube cable saddle area of certain super large bridge main tower,and ANSYS finite element software was used to set up test model to analyze the degree of splitting stress and actual distribution,so to determine the safety performance of structure.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】6页(P92-97)【关键词】矮塔斜拉桥;分丝管索鞍;混凝土劈裂应力;有限单元分析【作者】周晖【作者单位】湖州交通规划设计院, 浙江湖州 313000【正文语种】中文【中图分类】U448.27某特大桥主桥为108 m+180 m+108 m双塔预应力混凝土矮塔斜拉桥，其主塔采用矩形实心断面，布置在中央分隔带上；塔身上部设有鞍座，每根斜拉索对应1个分丝管，分丝管与桥塔相接处设有抗滑锚头。
第６期罗旗帜等：石湾特大桥矮塔索鞍区局部应力分析１５图５管道构造由于施工时桥塔斜拉索套管端部同时被锚固住，故可忽略拉索与管壁间的径向摩擦，由平衡条件将作用于套管壁的径向线均布压力等效为Ｆｑ，＝生Ｒ，（１）图６桥塔构造表１最大悬臂状态下各索索力表式（１）中，Ｆ，为单根索张力，Ｒ为套管弯监半径，大小注：索鞍中由上而下的索号分别为１、２、３。
为３００ｃｍ，然后再将径向均布力采用集中载荷的形式等效到套管的截面下部４５。
方向节点上去。
２计算结果分析２．１桥塔混凝土受力分析桥塔混凝土第一主应力等值线如图７（图７～１４中应力单位为ＭＰａ）所示，桥塔混凝土最大主拉应力出现在１号索鞍端部位置，其值为５．５５８ＭＰａ，分布范围小，相对２号与３号索鞍，其最大主拉应力要大。
最大主压应力一１．１６ＭＰａ，其值很小。
２．２桥塔各个索鞍受力分析１号索鞍的应力如图８～９所示，其竖向最大主拉应力为４．７０２ＭＰａ，且应力较大值分布在索鞍端部位置（图中ＭＸ处），但范围小；顺桥向的最大主拉应力和压应力均在索鞍端部位置，其值都较小，分别为１．２８４ＭＰａ和一３．８８３ＭＰａ。
图７桥塔混凝土第一主应力图８ｌ号索鞍竖向应力图９１号索鞍顺桥向应力１６佛山科学技术学院学报（自然科学版）第２８卷图１０～１１所示为２号索鞍的应力云图，其竖向和顺桥向的主拉应力和主压应力均较小，最大主拉应力分别为１．６０６ＭＰａ和０．７６６ＭＰａ，最大主压应力分别为１３．２１２ＭＰａ和一４．１０９ＭＰａ，均不超过混凝土Ｃ５０的标准抗拉和抗压强度值。
图１０２号索鞍竖向应力图１１２号索鞍顺桥向应力图１２～１３为３号索鞍的应力云图，３号索鞍两个方向的主拉应力均不大于１ＭＰａ，主压应力也不超过其标准抗压强度。
图１２３号索鞍竖向应力２．３套管的受力分析斜拉索钢套管的ｙｏｎｍｉｓｅｓ应力分布如图１４所示，从图中可以看出，套管的最大ｖｏｒｌｍｉｓｅｓ应力为６５．９２２ＭＰａ，发生在２号套管的端部截面低端，最小为０．１４４ＭＰａ，发生在２号套管的端部截面顶端。
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］。
矮塔斜拉桥索鞍受力分析作者：张永为来源：《中国新技术新产品》2009年第03期摘要：本文以一座矮塔斜拉桥为研究对象，采用空间有限元方法计算了索鞍的受力情况，将索力按比较真实地转化为抛物线形面压力施加在各个对应孔道上。
对分丝管和双套管进行了比较。
关键词：矮塔斜拉桥；空间有限元法；索鞍；分丝管；双套管；1 工程简介与模型的建立唐山市曹妃甸一号路跨纳潮河大桥工程是因规划纳潮河引起的改建工程，工程范围全长1820m。
桥长1397m,主桥采用（80+128+80）m部分斜拉桥，桥宽38.5米。
引桥采用32.7m现浇连续梁分幅设置。
对主桥桥塔用大型通用有限元程序对索鞍进行局部计算分析，目的是研究局部受力问题。
建模过程中由于主要是考察索鞍部位的局部受力情况，故对其边界采用直接在塔底部进行固结处理。
有限元单元的采用形式分别为：混凝土用二十节点的solid 95单元，钢套筒用shell 63单元，其中solid 95单元总数为19525个，节点共有68153个。
通过全桥索力调平分析，我们知道1号索和11号索力最大，因此这里我们关注的是一号索、十一号索索鞍在各种阶段的受力情况。
图1为此矮塔斜拉桥的布置示意图。
运用有限元通用程序ANSYS建立矮塔模型，对其使用映射网格法进行网格划分，得到如图2、图3所示的有限元模型。
2 索力转化的模式拉索在孔道上的力的分布情况是比较复杂的，斜拉索沿着索鞍传递向下的压力，其压力的传递是不均匀的，绝对不能简单的把索力平均分配到孔道各个相应面上，目前较为精确的方法是，面压力沿着孔道呈空间二次抛物线过渡，根据塔柱的具体情况将索压力沿钢套管轴心方向拟合成2次抛物线形状。
求出各个管道对应的压力大小及其分布情况，对索鞍进行压力施加，以求其受力情况。
3 计算分析与结果矮塔斜拉桥索鞍以前采用双套管，现在分丝管技术正在逐步趋于使用，新型索鞍采用了分丝技术，结构由多根相互平行的导向钢管组成，拉索不是整束布置在同一管中，而是拉索中每一根钢绞线穿过对应的导向钢管，形成分离布置，互不干涉，并承受钢绞线由于单根张拉先后造成相互之间的挤压，断面成蜂窝状。
