混凝土斜拉橋索塔錨固區(qū)應(yīng)力分析

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1、混凝土斜拉橋索塔錨固區(qū)應(yīng)力分析混凝土斜拉橋索塔、主梁常采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)大的索力和預(yù)應(yīng)力共同作用下，索塔錨固區(qū)受力十分復(fù)雜。針對(duì)索塔錨固區(qū)的受力狀況進(jìn)行研究，對(duì)優(yōu)化錨固區(qū)細(xì)部構(gòu)造及預(yù)應(yīng)力鋼束的布置均有重要意義。以一座雙塔混凝土斜拉橋?yàn)槔?，運(yùn)用有限元方法對(duì)索塔錨固區(qū)進(jìn)行了空間應(yīng)力分析，總結(jié)了錨固區(qū)的受力特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：斜拉橋是由塔、梁和索3種基本構(gòu)件組成的橋梁結(jié)構(gòu)體系［1］。對(duì)于混凝土斜拉橋而言，索塔、索梁錨固區(qū)是一個(gè)將索力安全、均勻傳遞到塔柱、主梁的重要部位，其受力狀況較為復(fù)雜。隨著現(xiàn)代混凝土斜拉橋的跨徑日益增加，拉索錨固區(qū)的受力越來(lái)越大，為平衡巨大的索力在錨固區(qū)產(chǎn)生的拉

2、應(yīng)力，通常需要在塔柱內(nèi)布置預(yù)應(yīng)力鋼束［2］。為了使錨固區(qū)的受力更加合理，還必須優(yōu)化預(yù)應(yīng)力束布置形式和數(shù)量，這使得錨固區(qū)受力更為復(fù)雜。為了準(zhǔn)確了解錨固區(qū)的應(yīng)力分布情況，必須對(duì)錨固區(qū)進(jìn)行精細(xì)的有限元仿真分析。本文以某預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋?yàn)槔?，利用有限元程序ANSYS對(duì)其索塔錨固區(qū)進(jìn)行空間應(yīng)力分析，并總結(jié)錨固區(qū)的受力特點(diǎn)，為此類(lèi)橋型的設(shè)計(jì)和施工提供參考和依據(jù)。1.工程概況　　某斜拉橋?yàn)椋?15+250+115）m雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋，邊中跨比為0.46，全長(zhǎng)480m。斜拉索采用高強(qiáng)平行鋼絲拉索,采用扇形布置,全橋共10對(duì)。梁上基本索距為6m,塔上索距為1.5~1.6m。拉索傾

3、角為32°~75°。斜拉索錨固在主塔錨固區(qū)塔柱內(nèi)壁的鋸齒塊上，為了克服斜拉索的水平分力在錨固區(qū)塔柱截面內(nèi)產(chǎn)生拉力，在每根拉索錨固區(qū)截面四周布置了1-3層井字型加勁二次張拉預(yù)應(yīng)力鋼束?！　?.1主橋布置圖　　1.2主塔構(gòu)造圖　　1.3索塔錨固端構(gòu)造圖2.索塔錨固區(qū)應(yīng)力分析2.1計(jì)算模型　　計(jì)算取1/4橋塔錨索區(qū)整個(gè)節(jié)段為模型，取塔柱錨索區(qū)所有節(jié)段作為分析段，模型高94.8m，分別模擬了混凝土結(jié)構(gòu)、縱橫向預(yù)應(yīng)力筋和錨索端局部構(gòu)造，計(jì)算模型如圖4所示。分析中考慮了預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、斜拉索的斜度和斜拉索錨墊板等。計(jì)算中將整個(gè)結(jié)構(gòu)視作勻質(zhì)彈性體，混凝土彈性模量取35000MPa，泊松比取0.2

4、，容重取26kN／m3，未考慮普通鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。預(yù)應(yīng)力筋彈性模量取195GPa，泊松比取0.3，容重取78.5kN／m3。預(yù)應(yīng)力損失考慮了錨具回縮損失、管道偏差損失及混凝土的收縮、徐變的影響?！　　　?.4塔柱標(biāo)準(zhǔn)截面　　1.51/4塔柱幾何模型2.2單元與邊界條件　　混凝土采用solid45實(shí)體單元，有x、y、z軸3個(gè)方向的自由度；縱橫向預(yù)應(yīng)力采用Link8三維空間桿單元，有3個(gè)自由度，分別為x、y、z軸3個(gè)方向的位移；錨索區(qū)的錨墊板也采用solid45實(shí)體單元模擬。由于取整個(gè)塔柱實(shí)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型分析，可以將塔柱底端作為固端約束處理［3］。劃分單元時(shí)，對(duì)上塔柱拉索區(qū)混凝土

5、單元細(xì)致X格劃分，下塔柱混凝土單元粗略X格劃分，塔體和錨墊板采用20節(jié)點(diǎn)六面體單元(solid95)及其退化單元(四面體及五面體)，模型中未考慮體內(nèi)普通鋼筋及材料的塑性變形，計(jì)算結(jié)果偏于安全?！　?.7有限元模型-12.3預(yù)應(yīng)力和荷載　　橋塔的縱、橫向預(yù)應(yīng)力，是在考慮錨具回縮損失、管道偏差損失及混凝土的收縮、徐變引起的各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失之后，施加在單元上的，見(jiàn)圖1.9。模型中預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa，張拉控制應(yīng)力取1395MPa。模型中用空間桿單元Link8來(lái)模擬預(yù)應(yīng)力鋼束，在定義好Link8單元的材料、截面特性后，用施加初應(yīng)變的辦法來(lái)控制Link8單元各個(gè)截面的應(yīng)力，

6、從而達(dá)到施加縱、橫向預(yù)應(yīng)力的目的。模型考慮自重和斜拉索的影響，模擬了斜拉索索力的大小和方向。選取斜拉索索力最大值為計(jì)算荷載值，按面荷載施加于錨墊板上?！　?.9預(yù)應(yīng)力鋼束模型2.4計(jì)算結(jié)果　　1.10預(yù)應(yīng)力和索力作用下I-I斷面正應(yīng)力Sx(S14~S20)　　1.11預(yù)應(yīng)力和索力作用下I-I斷面正應(yīng)力Sx(S7~S13)　　1.13預(yù)應(yīng)力和索力作用下III-III斷面正應(yīng)力Sz3.結(jié)論(1)從有限元計(jì)算結(jié)果可以看出，預(yù)應(yīng)力的作用通過(guò)錨固端很好地傳遞到索塔和主梁上，能夠很好地抵消斜拉索巨大的水平分力。(2)索塔錨固端截面的最大應(yīng)力一般都控制在3MPa范圍內(nèi)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，這說(shuō)明截

7、面設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力束的布置是合理的。(3)在錨固齒塊附近一些截面突變的區(qū)域，存在較大的拉應(yīng)力，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，應(yīng)該在此處通過(guò)調(diào)整錨墊板、索導(dǎo)管尺寸以增大受壓面，或適當(dāng)增密普通鋼筋的布置，以防止混凝土開(kāi)裂，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。