錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式與性能研究一

項(xiàng)目名稱 徐州至明光高速公路段五河淮河大柱、索、梁組合體系斜拉橋系列創(chuàng)新技術(shù)研報(bào)告分冊(cè)名稱： 索梁錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式與性能研究報(bào)告分冊(cè)編號(hào) 專題分冊(cè)內(nèi)容 報(bào)告（一20111014鋼主梁索梁錨固區(qū)空間分析，計(jì)算表20111114報(bào)告（二20111114混凝土主梁索梁錨固區(qū)空間分析，計(jì)2011-10-研究概 研究目的和意 研究?jī)?nèi) 分冊(cè)內(nèi)容和技術(shù)路 結(jié)論與建 結(jié) 建 鋼主梁斜拉橋索梁錨固構(gòu) 鋼主梁索梁錨固常用構(gòu) 錨箱式索梁連 耳板式索梁連 錨管式索梁連 錨拉板式索梁連 五河淮河大橋鋼主梁索梁錨固構(gòu) 鋼主梁構(gòu)造與尺 錨拉板構(gòu)造與尺 計(jì)算模型和參 計(jì)算模 索梁錨固區(qū)選 鋼箱梁段選擇與邊界條 計(jì)算模型離散 荷載值與加載方 材料非線性說 屈服準(zhǔn) 材料性 接觸非線性說 彈性穩(wěn)定性說 鋼主梁部分索梁錨固區(qū)受力性能分 AN02斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固 鋼主梁應(yīng)力分 錨拉板應(yīng)力分 AN08斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固 鋼主梁應(yīng)力分 錨拉板應(yīng)力分 AN16斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固 鋼主梁應(yīng)力分 錨拉板應(yīng)力分 鋼主梁部分索梁錨固區(qū)彈性穩(wěn)定性 AN02斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固 彈性屈曲荷載系 AN08斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固 彈性屈曲荷載系 錨拉板一階失穩(wěn)形 AN16斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固 彈性屈曲荷載系 錨拉板一階失穩(wěn)形 結(jié)論與建 結(jié) 建 復(fù)雜，這給橋梁建設(shè)提出許多新的。本課題擬從三個(gè)方面對(duì)該橋建設(shè)中關(guān)鍵有斜拉橋錨固形式的一次性設(shè)計(jì)。本課題擬對(duì)這種錨固形式進(jìn)行深入研究，從而形成索鞍式斜拉橋錨固形式創(chuàng)新技術(shù)。研究?jī)?nèi)柱、索、梁組合體系斜拉橋空間結(jié)構(gòu)性能斜拉橋索塔斜斜置鞍座單向錨索系統(tǒng)斜置鞍座錨索系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)同截面回轉(zhuǎn)拉索定位方法主梁錨拉板錨索系統(tǒng)斜拉橋混合梁結(jié)合段結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造性能A報(bào)A報(bào)報(bào)1至 2報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào) 3報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)BB1安 2報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào) 3報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào) 4報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào) 5報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)淮 C報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)目 報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)目1研2究3

上塔上塔柱及塔梁結(jié)合段局部應(yīng)力分析主梁空間效應(yīng)及邊跨混凝土梁抗裂性能研究——報(bào)告分冊(cè)（三索梁錨固結(jié)構(gòu)型式與性能研究——報(bào)告分冊(cè)（六結(jié)結(jié)合段結(jié)構(gòu)性能與構(gòu)造研究——報(bào)告分冊(cè)（七本項(xiàng)目共分為七個(gè)分冊(cè)，分別為報(bào)告分冊(cè)（一報(bào)告分冊(cè)（二報(bào)告分冊(cè)（三報(bào)告分冊(cè)（四報(bào)告分冊(cè)（五報(bào)告分冊(cè)（六報(bào)告分冊(cè)（七基于材料非線性和接觸非線性的索梁錨固區(qū)性能研究（鋼主梁部分索梁錨固區(qū)彈性穩(wěn)定性能研究（鋼主梁部分結(jié)N1N4及錨墊板N8應(yīng)力水平較高。N1矩形開孔上方倒角部位、豎拉板N1N4下端連接部位。應(yīng)錨墊板N8有效地起到了將螺母?jìng)鬟f過來的集中應(yīng)力較為分散和均勻的N4的作用。建N1鋼主梁索梁錨固常用構(gòu)（承壓式）連接、耳板式（銷鉸式）錨箱式索梁連2-1是錨箱式連接的構(gòu)造圖。的六甲大橋、柜石島大橋、多多羅大橋，我國(guó)兩承壓板之間U形加勁板、支撐板上的墊板等。其傳力途徑也較為復(fù)雜，斜拉耳板式索梁連的屈服強(qiáng)度。長(zhǎng)江二橋耳板式連接靜載試驗(yàn)中采用了38mm07MnoVR鋼板，實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)中耳板厚度達(dá)80mm，這在制造工藝上是很的。錨管式索梁連；時(shí)定位要求高，難度大；斜拉索在錨管出口處容易與管壁相碰加工要求很高，可能需要進(jìn)口；使用過程常檢修很不方便；錨頭外露，影響美觀。；的名港西大橋、生口大橋以及我國(guó)的汕頭宕石大橋均采用了這種連接。2-3給出了海河大橋錨管式連接的構(gòu)造圖件銹蝕，影響錨固結(jié)構(gòu)使用，在養(yǎng)護(hù)的過程中應(yīng)該特別注意。錨拉板式索梁疲勞問題嚴(yán)重采用這種連接方式的有的安納西斯橋和我國(guó)福建青州閩江2-4是錨拉板式連接的構(gòu)造圖。我國(guó)的湛江海灣大橋的索梁錨固結(jié)構(gòu)也五河淮河大橋鋼主梁索梁錨固構(gòu)22.1.4鋼主梁構(gòu)造與43.1.22-52.12.3所圖2-5表2.1頂板各板件厚度（表2.2底板各板件厚度（表2.3腹板各板件厚度（錨拉板構(gòu)造與2-6N1N2N4、加勁肋錨墊板→支撐管→頂帽板→豎拉板/圖2-7N1豎拉板N1與支撐管N4連接，接受傳遞過來的荷載；同時(shí)還和橫拉板N2、N6以及鋼主梁頂板連接，并按照上述的三種路徑傳遞荷載，是錨拉板主2-7所示。圖2-8N2橫拉板N2與豎拉板N1N62-8所示。圖2-9N4N4N8連接，直接接受其傳來的巨大的錨下荷載，并將荷載大部分傳遞給豎拉板N1，少部分傳遞給頂帽板N6，是錨拉板主要的傳2-9所示。 圖2-10N5板構(gòu)造 圖2-11N6板構(gòu)造 圖2-12N8板構(gòu)造52與鋼主梁頂板連接處進(jìn)行加勁，防止所示。N6N4N1N2N7，起到分散局部應(yīng)力以及增強(qiáng)穩(wěn)定性的作用。形狀和尺寸如圖2-11所示。N8N4212所示。43.1.1AN02AN08AN16三對(duì)拉索(規(guī)格分別為31φs15.2、31φs15.2、37φs15.2)對(duì)應(yīng)的索梁錨固區(qū)進(jìn)行研究，故此處依2.42.6表2.4錨拉板通用參數(shù)表（表2.5鋼梁錨拉板設(shè)計(jì)參數(shù)表（上類型A15-A15-A15-表2.6鋼梁錨拉板設(shè)計(jì)參數(shù)表（下L2-L2-L2-L2-A15-A15-A15-計(jì)算模本研究采用大型通用有限元軟件ANSYS索梁錨固區(qū)選全橋鋼主梁部分索梁錨固區(qū)對(duì)應(yīng)拉索為AN02~AN1615對(duì)。由于工15對(duì)索梁錨固區(qū)進(jìn)行全部分析，故綜合考慮索力大小、拉索角度、索梁錨固區(qū)位置、板件尺寸等因素后，認(rèn)為AN02、AN08、22.2.23個(gè)計(jì)算模型。鋼箱梁段選擇與邊界8.75m的一側(cè)鋼主梁建立計(jì)算計(jì)算模型中按照設(shè)計(jì)方提供圖紙包含鋼主梁頂?shù)装?、腹板、U肋、I肋、橫計(jì)算模型離散3.1.23-2AN16拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固區(qū)圖3-1（a）AN02拉索對(duì)應(yīng)錨拉 （c）AN02拉索對(duì)應(yīng)錨拉板圖3-2擬；錨拉板局部模型N1~N6板采用殼體單元s 181模擬；考慮到錨墊板N8和錨固系統(tǒng)的螺母厚度均較大殼體單元難以準(zhǔn)確模擬故采用實(shí)體單元solid185模擬。支撐筒N4、錨墊板N8和錨固系統(tǒng)螺母采用映射網(wǎng)格劃分，其余單元均度最大，錨拉板局部其余各板件N1~N6網(wǎng)格劃分密度次之，鋼箱梁頂?shù)装?、腹荷載值與加載我國(guó)交通部發(fā)布的《公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范（試行4.3.14-1[]式中：[]—拉索的容許應(yīng)

Rb2.53.1表3.1力3-3所示，參照設(shè)計(jì)方提供的圖紙，錨具的傳力途徑為：拉索→錨板→同時(shí)，取重力加速為g=9.8m/s2，施加模型重力荷載材料非線性說屈服準(zhǔn)的特性。Mises應(yīng)力是是判斷金屬屈服的空間應(yīng)力指標(biāo)，其可靠性已經(jīng)通過經(jīng)過1864年，法國(guó)工程師Tresca首先提出了材料從彈性過渡到塑性的條件，即122331

4-2表達(dá)的Tresca屈服條件在平面上的圖形是正六邊形，其中1、23是指三種空間主應(yīng)力，k45度的細(xì)痕線，基本符1913年前后，德國(guó)科學(xué)家Mises提出另一著名的屈服條件。他認(rèn)為Tresca件則是外接棱柱的圓柱。米塞斯在開始提出這一屈服條件時(shí)，僅作為對(duì)Tresca4-3所示：)2)22 2(，在應(yīng)力分析中將選用Mises應(yīng)力作為判斷應(yīng)力狀態(tài)的主要依據(jù)。在接下來的報(bào)告中，所提到的應(yīng)力如無特別說明均指Mises應(yīng)力。，材料性各板件均采用Q345鋼采，使線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型（BKIN）模擬鋼材的材料非線性。應(yīng)力-3-4所示，分為兩個(gè)線性段：應(yīng)力小于材料屈接觸非線性說接觸摩擦系數(shù)參照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 ，取值為u=0.35AN02、AN08、AN16N83-53-7其中，紅域表示錨墊板N8與錨具螺母緊密接觸（ClosedandSticking）的區(qū)域；橙域表示錨墊板N8與錨具螺母緊密接觸但接觸面水平向有較小相對(duì)滑移（ClosedandSliding）的區(qū)域；黃域表示錨墊板N8與錨具螺母有一定脫開位移（OpenbutNearContact）的區(qū)域，但是仍然接近于接觸狀態(tài)；本次接觸單元計(jì)算結(jié)果中沒有完全脫開的區(qū)域（OpenandNotNearContact接觸分析結(jié)果顯示有一定脫開位移的區(qū)（也即黃域是明顯存在的，彈性穩(wěn)定性說10階屈曲模態(tài)和屈曲穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行分析。AN02斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固鋼主梁應(yīng)力分135.0MPa，并且沿縱向和橫向較為均勻的向周圍板件傳60.2MPa以下。錨拉板應(yīng)力分4-2N8N1N2與鋼主梁連接處附近區(qū)域各N6N4N1N1N8N4豎拉板N1應(yīng)力分布4-3所示豎拉板N1與支撐管N4下端連接處附近345.0MPaN1矩形78.6MPa以下。117.0MPa155.0MPa以下，并且應(yīng)力集中能夠比較均N14-4示。可以看到，有兩個(gè)較小局部區(qū)域屈服N1N4N11.67×10-3，而絕大部0.408×10-3以下，即該區(qū)域塑性應(yīng)變?yōu)樽畲髲椥詰?yīng)變24.4%并且區(qū)域較小，故不影響板件整體使用性能。N24-5N2中間區(qū)域應(yīng)力最大，并且有一定的應(yīng)力集中，最大應(yīng)力達(dá)到166.0MPa；從中間區(qū)域向上應(yīng)力N641.6MPa以下;從中間區(qū)域向下應(yīng)力77.1MPa以下。N44-6N4N6N8N1下端連接區(qū)域處有較336.0MPa，已經(jīng)非常除了接近材料的屈服強(qiáng)度300.0MPa85.3MPa頂帽板N6應(yīng)力分布4-7所示。可以看到，頂帽板N6與支N4、豎拉板N1連接部位有較小的應(yīng)力集中，最大應(yīng)力達(dá)到94.4MPa；絕大部分區(qū)域板54.1MPa以下。N8錨墊板N8底面圖4-8N884-88頂面以及內(nèi)環(huán)表41303.0P；而與錨具螺母壓緊接觸的地面應(yīng)力集中相對(duì)不明顯，應(yīng)力也相236.0Pa。N4連接的絕大部分區(qū)域應(yīng)力值在169.0MPaN8有效地起到了將螺母?jìng)鬟f過來的集中應(yīng)力較為分N4的作用。AN08斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固鋼主梁應(yīng)力分4-9所示?？梢钥吹?，僅在與錨拉板連接區(qū)域有較小的46.3MPa以下。錨拉板應(yīng)力分4-10N8N1N2與鋼主梁連接處附近區(qū)域各N6N4N1N1N8N4N14-11如所示。豎拉板N1與支撐管N4下端連接處附345.0MPa的材料屈服應(yīng)力。豎拉板N1矩79.0MPa155.0MPa以下，并且應(yīng)力集中能夠比較均N14-12N1與支撐管N4N11.67×10-3，而絕大0.287×10-3以下，即該區(qū)域塑性應(yīng)變?yōu)樽畲髲椥詰?yīng)17.2%，并且區(qū)域較小，故不影響板件整體使用性能。N24-13N2中間區(qū)域應(yīng)力最166.0MPa；從中間區(qū)域向上應(yīng)力逐N641.5MPa以下;從中間區(qū)域向下應(yīng)力77.0MPa以下。N44-14N4從靠近頂帽板N6端到靠近錨墊板N8N1下端連接區(qū)域處有335.0MPa，已經(jīng)非常除了接近材料的屈服強(qiáng)度264.0MPa85.4MPaN64-15N6N1連94.0MPa；絕大部分區(qū)域板件應(yīng)力在53.8MPaN8錨墊板N8底面圖4-16N8錨墊板N8應(yīng)力分布4-16所示?？梢钥吹剑^墊板N8頂面以及內(nèi)環(huán)表N4N1下端連接處的區(qū)域有較大的應(yīng)力集中，最大應(yīng)力297.0MPa；而與錨具螺母壓緊接觸的地面應(yīng)力集中相對(duì)不明顯，應(yīng)力也相232.0MPa。N4連接的絕大部分區(qū)域應(yīng)力值在166.0MPaN8有效地起到了將螺母?jìng)鬟f過來的集中應(yīng)力較為分N4的作用。AN16斜拉索對(duì)應(yīng)索梁錨固鋼主梁應(yīng)力分417所示。可以看到，僅在與錨拉板連接區(qū)域有較小72.0P40Pa以下。錨拉板應(yīng)力分4-18N8N1N2與鋼主梁連接處附近區(qū)域各N6N4N1N1N8N4N14-19所示。豎拉板N1與支撐管N4下端連接處附345.0MPa的材料屈服應(yīng)力。豎拉板N1矩83.6MPa14201與支撐管N41.67×1030.267×103以下，即該區(qū)域塑性應(yīng)變?yōu)樽畲髲椥詰?yīng)16.0%N24-21N2中間區(qū)域應(yīng)力最168.0MPa；從中間區(qū)域向上應(yīng)力逐N640.1MPa以下;從中間區(qū)域向下應(yīng)力58.4MPa以下