朱春瑩期中答辯

姓名：朱春瑩

指導(dǎo)教師：包龍生學(xué)科領(lǐng)域：橋梁與隧道工程

自錨式懸索橋錨固區(qū)局部應(yīng)力分析主要內(nèi)容一、課題的研究內(nèi)容二、國內(nèi)外同類課題的研究現(xiàn)狀三、課題的研究方法及進(jìn)展四、預(yù)期目標(biāo)一、課題的研究內(nèi)容自錨式懸索橋以其結(jié)構(gòu)造型美觀和對地形、地質(zhì)狀況適應(yīng)性強等優(yōu)點，目前我國越來越多的城市橋梁、中小型橋梁，乃至跨江河的大橋都采用該種橋型。為了確保自錨式懸索橋施工和成橋運營期間的安全性，使得自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加經(jīng)濟合理，本文以沈陽四環(huán)快速路渾河景觀橋作為工程背景，開展了對自錨式懸索橋成橋運營階段主纜錨固區(qū)局部受力性能和橋面板的疲勞性能的研究。二、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀根據(jù)主梁材料的不同，自錨式懸索橋大體分為鋼梁、混凝土梁、鋼混結(jié)合梁三大類。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀名稱地點跨徑布置失跨比概況科隆-迪茲橋德國92.3+184.5+92.31/8.61915年建成，鋼梁第七街橋美國67.5+134.8+67.51/8.11926年建成，鋼梁清洲橋 日本45.8+91.5+45.81/7.11928年建成，鋼梁科隆-米爾海姆橋德國91+315+911/9.11929年建成，鋼梁此花大橋日本120+300+1201/6.01990年建成，鋼梁永宗橋 韓國125+300+1251/5.01999年建成，鋼梁舊金山-奧克蘭海灣新橋 美國385+180建造中，鋼梁Sorok島橋韓國110+250+1101/5.0建造中，鋼梁2.1國外部分已建或在建的自錨式懸索橋二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀名稱主梁材料跨徑布置失跨比建成時間廣西桂林麗君橋鋼梁25+70+251/5.492001年建成金石灘金灣橋混凝土梁24+60+241/8.02002年建成浙江金華康濟橋鋼混結(jié)合梁30+100+301/7.52003年建成撫順萬新大橋混凝土梁70+160+701/6.02004年建成佛山平勝大橋鋼梁2x30+350+301/12.52006年建成長江三叉磯大橋鋼梁132+328+1321/5.02006年建成錢江大橋鋼梁83+260+260——2008年建成南京長江隧道右汊江心洲大橋鋼梁35+77+60+248+351/12.342009年建成2.2國內(nèi)部分已建或在建的自錨式懸索橋二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.3自錨式懸索橋錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式主纜與加勁梁的錨固主纜在塔頂?shù)腻^固自錨式懸索橋主纜錨固混凝土加勁梁主纜錨固鋼加勁梁主纜錨固鋼混組合梁主纜錨固二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.3自錨式懸索橋錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式混凝土加勁梁主纜錨固結(jié)構(gòu)

根據(jù)我國已建、在建的自錨式懸索橋來看，混凝土加勁梁主纜錨固結(jié)構(gòu)主要有三種錨固方式：a主纜不散開，直接錨固在錨固體上，類似于斜拉橋斜拉索和主梁的錨固。采用這種錨固方式的有大連金石灘自錨懸索橋。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.3自錨式懸索橋錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式b主纜在散索鞍處散開，分別錨固在錨固體上。這種錨固方式錨固體采用的是錨固梁或者錨固塊。錨固體必須具有足夠的強度和剛度來傳遞主纜的水平分力。絕大多數(shù)自錨式懸索橋采用這種錨固方式。采用這種錨固方式的有延吉布爾哈通河局子街橋、浙江永康溪心橋等。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.3自錨式懸索橋錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式c主纜采用鋼絲繩，連續(xù)繞在梁端的錨固跨上。這種形式的錨固體系使鋼絲繩在錨固跨連接為環(huán)形，鋼絲繩的轉(zhuǎn)向通過轉(zhuǎn)索鞍來實現(xiàn)。撫順萬新大橋就是采用的這種錨固方式。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.3自錨式懸索橋錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式鋼-混組合加勁梁主纜錨固結(jié)構(gòu)在我國，已建成的鋼混組合加勁梁的自錨式懸索橋很少，而且大多都是鋼桁梁(鋼箱梁)和鋼筋混凝土橋面板結(jié)合形成組合梁。主纜和加勁梁的錨固，主要是通過設(shè)置在梁端的剛性橫梁來實現(xiàn)，桂林市麗君橋就是采用這種方式。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.3自錨式懸索橋錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式鋼加勁梁主纜錨固結(jié)構(gòu)加勁梁采用鋼結(jié)構(gòu)的自錨式懸索橋主纜在梁端的錨固方式主要有以下三種：a錨固結(jié)構(gòu)采用混凝土結(jié)構(gòu)。為了克服由于鋼結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過大出現(xiàn)失穩(wěn)的問題，一部分鋼結(jié)構(gòu)加勁梁采用混凝土結(jié)構(gòu)對主纜進(jìn)行錨固。南京長江隧道右汊江心洲大橋就是采用這種錨固方式。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.3自錨式懸索橋錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式b錨固結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)。主纜進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)錨固體，通過散索鞍散開分別錨固在錨固面上。錨固體通過高強螺栓或者焊縫與鋼箱梁的頂板、底板和腹板相連，將力傳遞給全截面。韓國永宗大橋、日本此花大橋均采用了這種錨固方式。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.3自錨式懸索橋錨固區(qū)結(jié)構(gòu)形式c錨固結(jié)構(gòu)采用環(huán)形錨固結(jié)構(gòu)。采用這種錨固方式的自錨式懸索橋，主纜采用鋼絲繩，連續(xù)繞在梁端的帽梁上（一般為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)），連接為環(huán)形。美國舊金山‐奧克蘭海灣新橋西錨就采用這種環(huán)形錨固結(jié)構(gòu)。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀錨固結(jié)構(gòu)采用混凝土二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀錨固結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)錨固平面鋼結(jié)構(gòu)錨固立面二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀錨固結(jié)構(gòu)采用環(huán)形錨固結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)錨固平面鋼結(jié)構(gòu)錨固立面三、研究方法及進(jìn)展3.1工程概述渾河景觀橋主橋結(jié)構(gòu)采用塔梁固結(jié)的獨塔自錨式懸索橋方案。橋跨布置為48+2×180+48=456m，全長456m，兩個主跨為懸吊結(jié)構(gòu)，索塔兩側(cè)結(jié)構(gòu)對稱。橋面寬度為42.5m，上部加勁梁采用等高度鋼箱梁，鋼箱梁采用整體式帶挑臂扁平箱形斷面，標(biāo)準(zhǔn)梁高4.0m，標(biāo)準(zhǔn)梁段長度為9.0m。三、研究方法及進(jìn)展渾河景觀橋鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)截面圖三、研究方法及進(jìn)展

渾河景觀橋主纜與加勁梁錨固采用的是鑄鋼承壓體與格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)組合的結(jié)構(gòu)形式。兩根主纜的索股錨固在梁內(nèi)垂直于主纜軸線的鑄鋼承壓體上，中央縱腹板與鑄鋼承壓體兩者之間采用熔透焊縫焊接，兩塊內(nèi)側(cè)縱腹板上開孔使鑄鋼承壓體穿過，周邊與鑄鋼承壓體熔透焊接。三、研究方法及進(jìn)展渾河景觀橋錨固結(jié)構(gòu)形式錨固構(gòu)造立面錨固構(gòu)造平面三、研究方法及進(jìn)展3.2研究方法對于錨固區(qū)的分析運用Midas/FEA有限元軟件建立空間有限元模型對選取的典型節(jié)段進(jìn)行局部應(yīng)力分析，以掌握模型中局部應(yīng)力的分布情況。為了觀察結(jié)構(gòu)的安全性，主纜的索力取為最不利索力T=50000kN。錨墊板及錨固區(qū)加勁板為主要承受荷載的結(jié)構(gòu)，主纜的索力通過錨墊板和錨固區(qū)加勁板將荷載分散到主梁上，因此模型的重點也在于通過有限元分析觀察在最不利荷載作用下錨固區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)。三、研究方法及進(jìn)展3.2研究方法對于橋面板的分析運用Midas/FEA有限元軟件建立橋面板局部有限元模型，計算鋼箱梁正交異性橋面板的應(yīng)力幅值。分別按照Eurocode3規(guī)范和AASHTO2007規(guī)范規(guī)定對渾河景觀橋鋼橋面板進(jìn)行疲勞驗算。三、研究方法及進(jìn)展由于關(guān)注錨固構(gòu)造的局部受力性能，遠(yuǎn)處的邊界條件對局部受力性能的影響不是很大，所以選擇局部梁段建模分析。縱橋向選取的節(jié)段長度為12m，鋼鑄件錨墊板前端的長度為9m，錨墊板后端的長度為3m。橫橋向選取的節(jié)段長度為兩個內(nèi)腹板之間的距離進(jìn)行應(yīng)力分析，建模時考慮到主纜索力及結(jié)構(gòu)的對稱性，只取結(jié)構(gòu)的一半，即中腹板到內(nèi)腹板板的節(jié)段，中腹板厚取為原板厚的一半，且在中腹板上施加對稱約束。3.3錨固區(qū)的研究進(jìn)展三、研究方法及進(jìn)展主纜錨固區(qū)空間有限元分析模型三、研究方法及進(jìn)展主纜錨固區(qū)模型內(nèi)部構(gòu)造三、研究方法及進(jìn)展鋼材彈性模量E=210GPa，泊松比γ=0.3。計算模型橫向取4條U肋寬度，縱向截取實橋行車方向4倍橫隔板間距長度。選取橫隔板高度為0.75m來進(jìn)行所有的分析，并約束橫隔板下端的所有自由度。如下圖