锚管式结构锚固区受力行为分析

斜拉桥钢塔锚固区是连接斜拉索和桥塔的关键部位,该部位采用钢锚管结构,可以把巨大的斜拉索索力有效传递到桥塔中。现以某斜拉桥为背景,建立锚管式钢索塔锚固区空间板壳有限元模型,并对其进行分析研究。结果表明,锚固区内板件应力分布不均匀,承压板以及钢套管近锚头端的应力集中程度高,但高应力水平区域范围较小,应力扩散较快;钢套管与加劲板之间的焊缝应力需要计入桥塔整体变形的影响;塔壁承受面外荷载,但总体应力水平较低。     

独塔斜拉桥钢桥塔锚固区钢锚箱应力分析

为研究钢桥塔锚固区钢锚箱结构的受力特性及其传力机理,以天津市蓟运河大桥(钢箱梁独塔斜拉桥)为工程背景,基于有限元软件ANSYS 14.0,采用等效板厚法,建立了2个(S1号索和S13号索)钢锚箱结构的全实体单元有限元模型,对其应力分布、索力传递路径以及焊缝传力机理进行了分析。结果表明:钢锚箱各板件Von Mises应力均小于200 MPa,满足规范要求;由承压板、承剪板和加劲板共同构成的闭口箱形截面钢锚箱可以顺畅地传递斜拉索索力;S1号索、S13号索钢锚箱模型的钢锚箱分别表现出梁式和柱式锚箱的受力特性;柱式锚箱承剪板长度选取不宜过长,该桥S13号索钢锚箱承剪板长度最终取为1.4m。     

钢锚箱嵌固型索塔锚固结构受力机理分析

为提高钢锚箱型组合索塔锚固区传力可靠性,提出了一种将钢锚箱端部嵌固在索塔锚固区的新型结构;基于混合有限元模型,比较分析了该新型结构与现有内置型、外露型钢锚箱索塔锚固区的钢锚箱钢材利用率、塔壁混凝土应力以及钢-混凝土结合面受力机理;进一步探讨了嵌固端侧板厚度、连接件布置方式对钢锚箱嵌固型索塔锚固区受力机理的影响。结果表明:钢锚箱嵌固型索塔锚固结构具有较高的钢材利用率;端塔壁外侧混凝土主拉应力较内置型降低约1.5 MPa且外包钢板;钢锚箱与混凝土塔壁结合面连接件作用单方向均匀剪力;侧板厚度、连接件布置方式对连接件剪力影响较大;该新型构造传力可靠性高,可用于更大跨径斜拉桥拉索塔端锚固结构。     

青岛市墨水河大桥索梁锚固区受力分析

青岛市墨水河大桥主桥为2×90 m单塔中央双索面斜拉桥。主梁采用分体式箱形截面钢主梁,斜拉索与钢箱梁内边腹板之间通过钢锚箱连接,索梁锚固区的传力途径和受力情况较复杂。利用有限元软件midas FEA对索力最大的索梁锚固区及附近梁段进行板壳单元有限元分析,对索力最大的钢锚箱及局部腹板进行实体单元有限元分析。结果表明,对于中央索面分体式钢箱梁斜拉桥,顶底板等效应力峰值出现在联系横梁跨中;联系横梁腹板所对应的箱室内横隔板比拉索横隔板的应力水平高;通过设置腹板局部补强板,锚固区腹板变形和应力均可满足受力要求;钢锚箱锚固于内边腹板外侧,斜拉索张拉施工和后期养护均较方便。     

某独塔自锚式悬索桥吊杆锚固区细部应力分析

为了获得自锚式悬索桥吊杆锚固区复杂应力分布以便优化设计,以某独塔自锚式悬索桥吊杆锚固结构为研究对象,采用有限元分析软件建立吊杆主梁锚固区局部应力分析模型,分析吊杆主梁锚固结构在运营最不利工况下各构(板)件的应力情况。分析结果表明:锚管下部1/4管段、加劲板N57、加劲板N58、托架腹板N14a和横梁腹板是主要传力构件;托架腹板N14a、横梁腹板、箱梁外腹板N3和托架底板的节点位置应力值相对较大,存在应力集中,需要优化结构形式以改善受力。     

江东大桥索梁锚固区极限承载力分析

以江东大桥为背景,对自锚式悬索桥索梁锚固区借助通用有限元软件建立锚固区的精细板壳模型,研究锚同区各板件在最不利荷载组合作用下的受力特性,根据各板件的应力应变关系模型,分析锚箱结构的极限承载能力.计算结果表明:钢锚箱应力沿着传力路径由锚固位置向加劲梁方向逐渐减小.在最不利荷载组合作用下,Mises应力最大值为144 MP...     

斜拉桥钢桥塔承压式钢-混结合段有限元分析

为研究斜拉桥钢桥塔端承压式钢-混凝土结合段的构造特点及传力机理,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立了某斜拉桥钢-混结合段计算模型。分析了在正常使用阶段最不利荷载组合下,该桥钢-混结合段处的承压钢板、混凝土承台及钢塔中的应力分布情况。总结了斜拉桥钢桥塔承压式钢-混凝土结合段的传力特点。结果表明:采用该类构造形式的锚固区在正常使用阶段的最不利工况下,各部件均可满足现行公路桥规中的安全性与抗裂性要求;对于钢塔的钢-混结合段,可以通过有限元数值模拟的方式对其受力特性及传力机理进行研究,为设计提供数值参考;由于有限元软件会自动考虑部分塔身节段弹性压缩引起的预应力损失,因此在计算预应力损失时,采用了迭代计算方法剔除钢塔自重引起的预应力损失,并考虑其对结合面应力计算结果的影响;锚杆预应力的增大,将对混凝土承台产生不利影响,而对承压式钢-混凝土结合段及钢锚箱产生有利影响,且在弯矩较大的工况下,锚杆预应力的增大将对钢锚箱的受力产生有利影响,因此在选取锚杆预应力设计值时,要综合考虑其对各部件的影响。     

大跨度斜拉桥新型索塔锚固构造力学性能研究

针对斜拉桥传统钢锚箱构造复杂、吊装重量大,钢锚梁结构需设置环向预应力、索导管定位复杂等问题,研究一种新型钢锚箱锚固结构(主要由混凝土桥塔、U形钢锚固件和钢拉板组成,塔壁不设环向预应力)的适用性。以某大型斜拉桥(采用传统钢锚梁+环向预应力锚固形式)为背景,提出这种新型钢锚箱索塔锚固结构设计方案,建立锚固区节段有限元模型,研究其受力性能。结果表明:新型钢锚箱索塔锚固结构设计方案中,斜拉索水平力基本由新型钢锚箱承担,取消塔壁环向预应力,按钢筋混凝土受拉构件由最小配筋率下裂缝宽度控制塔壁设计,塔壁设计凹形部位便于钢结构锚固;在正常使用工况和断索工况下,新型钢锚箱索塔锚固区受力合理,塔壁应力、裂缝宽度等指标均满足规范要求。     

桃花峪黄河大桥吊杆-主梁锚固区受力分析

桃花峪黄河大桥主桥为主跨406m的大跨度钢箱梁自锚式悬索桥。该桥吊杆-主梁锚固区采用锚箱式锚固结构,由布置在钢箱梁腹板外侧的锚固板、承压板及加劲板等组成,板杆空间交错,受力复杂。为验证该桥锚固区受力的合理性,采用ANSYS建立主梁空间节段有限元模型,对锚固区各板件的受力状况、锚固板件与箱梁外腹板焊缝受力特性及吊杆索力的扩散规律进行了分析,得到锚固区的受力特性。结果表明:吊杆索力通过锚头锚圈、垫板、承压板、锚固板、主梁腹板传递扩散到整个钢箱梁断面;锚固区各板件应力均满足规范要求,结构受力合理且应力在各板件间传递流畅。     

钢箱梁斜拉桥索梁锚固区钢锚箱受力性能及结构局部优化研究

大跨径斜拉桥钢箱梁索梁锚固区为空间受力构件,板件受力相对复杂。该文选取主梁锚固区为分析对象,建立局部有限元模型,研究了成桥恒载+最不利活载工况的最大索力作用下主梁锚固区钢锚箱的应力分布规律,并通过优化钢锚箱抗剪板尺寸,改善了结构应力分布,同时降低了应力集中效应,可为同类型工程提供借鉴。     

钢锚箱式索梁锚固区段有限元仿真分析

采用非线性接触单元法和简化的等效板厚法两种不同的建模方法,对青岛海湾大桥沧口航道桥索梁锚固结构--钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,将计算结果进行比较,验证了非线性接触单元法的计算模型能够较真实地反映锚箱锚垫板与承压板之间不焊接,但紧密压贴的关系.并分析了锚固区各板件的传力机理、应力分布、应力集中现象,提出了改善应力分布、减小应力集中现象的一些措施,供桥梁设计者参考.     

钢桥塔索辅梁桥锚固区新型钢锚箱受力分析

以某主跨2×94m的拱形钢桥塔索辅梁桥为背景,基于钢桥塔锚固区构造的合理简化,建立传统和新型钢锚箱构造的空间板壳单元有限元模型,分析了成桥及换索工况下钢桥塔锚固区主要板件及焊缝的应力幅值、应力分布、应力集中现象及索力传递路径。结果表明,两种钢锚箱方案材料用量、施工工艺、斜拉索张拉空间基本相同,锚固区各板件应力均满足规范要求。新型钢锚箱应力集中现象更弱,与钢桥塔连接的整体性更强,索力传递更顺畅。传统钢锚箱焊缝焊接施工工作量较少,斜拉索索力较大时,建议采用新型双横隔板钢锚箱方案;斜拉索索力较小时,考虑到减少焊接施工工作量,可以采用传统单横隔板钢锚箱方案。     

鳌江特大桥索梁锚固区受力分析及结构优化

鳌江特大桥主桥为主跨320m的双塔双索面钢-混组合梁斜拉桥,斜拉索在主梁上采用钢锚箱锚固。为研究索梁锚固区的应力分布,防止应力集中,改善锚固区受力,采用ANSYS软件建立钢锚箱及其对应的主梁边箱节段锚固区的三维实体有限元模型,分析锚固区的受力特性,并分析锚固区关键板件厚度及斜拉索索面倾角调整的2步优化方法。结果表明:锚箱盖板与箱梁腹板衔接处存在较高的应力集中区,受力不利;调整锚固区关键板件厚度可有效降低锚固区的应力水平,使钢锚箱和箱梁腹板受力更均衡、合理;调整拉索索面倾角可使锚固区受力有一定改善,但效果有限,且会影响到桥塔和主梁的总体布置。该桥实际施工采取调整锚固区关键板件厚度的优化方法,改善了钢锚箱的应力集中现象,钢锚箱受力合理,满足设计要求。     

锚拉板式索梁锚固区足尺模型承载性能试验研究

为了研究锚拉板式索梁锚固结构在设计荷载下的应力分布及传力机理,对某斜拉桥锚拉板式索梁锚固区进行了足尺模型静力加载试验,得到各受力区域在不同荷载等级下的应力分布情况;利用ABAQUS建立索梁锚固有限元模型,按Von Mises强度理论分析其承载性能,并与试验结果对比。结果表明:在设计荷载作用下,该结构整体处于弹性工作状态,满足设计承载能力的要求;锚拉板与锚拉筒的侧焊缝根部圆弧区出现较大应力集中;上加劲板以上的锚拉板部分,最大应力出现在中部槽口中间位置;钢箱梁区域的整体应力水平较低;该结构各构件应力传递路径明确,设计时建议加大锚拉板与锚拉筒侧焊缝根部圆弧半径。     

顺置式吊杆锚固区受力特性与极限承载力研究

为掌握顺桥向设置的吊杆锚固区在吊杆力作用下的受力特性和极限承载力,以某在建斜拉-自锚式悬索组合体系桥为依托工程,利用ANSYS软件建立壳单元空间有限元模型,对锚固区在最不利荷载作用下的受力性能进行研究;并分别采用线弹性及非线性分析方法对吊杆锚固区极限承载力进行分析,讨论构件的受力情况。结果表明:在最不利荷载作用下,钢锚箱及钢锚梁应力较横隔板应力小;除钢锚梁与横隔板焊接处应力集中现象显著外,各构件应力分布较均匀;各构件顺桥向变形较大。不同极限承载力分析方法表明,此类结构采用壳单元建模进行极限承载力分析时应仅考虑材料非线性。建议在此类结构设计时,对于横隔板刚度不足问题应给予足够重视。     

南洞庭胜天大桥塔上钢锚梁受力性能研究

以主跨450 m的南洞庭胜天大桥为工程背景,采用整体杆系有限元计算和局部精细化的实体板壳有限元计算相结合的方法,基于5种受力工况条件,研究了大跨度斜拉桥塔上钢锚梁的传力机理和受力特性。研究结果表明:钢锚梁的构造合理,整体受力性能良好,传力路径明确;通过模拟钢锚梁边界条件的变化,优化其制造及安装工序;恒载、标准组合、超载工况下钢锚梁Mises等效应力绝大部分区域分别小于47.1、70.6、102 MPa, Mises等效应力最大值分别为141、212、307 MPa。超载工况下,钢锚梁最大Mises等效应力大于钢材应力容许值,但小于钢材屈服强度,钢锚梁能满足桥梁的正常使用和极限状态下的受力要求。     

斜拉桥索塔锚固区节段足尺模型试验研究

以四川合江康博大桥索塔锚固区为研究对象,采用模型试验和有限元分析相结合的方法,研究了井字形预应力钢束预应力损失及增设钢拉杆的箱壁锚固形式应力分布规律,并最终确定了索力、钢拉杆以及混凝土结构三者之间的传力规律,证明锚固结构设计合理.试验表明:井字形预应力损失较小,增设钢拉杆有利于箱壁锚固形式的应力分布,承载力符合设计要求.     

黄墩大桥索塔锚固区传力途径和受力分析

为验证索塔锚固区设计的合理性,了解索力在锚固区的传递途径以及主要板件的受力特点,通过全真的实体有限元模型对黄墩大桥索塔锚固区进行了计算分析。计算结果显示:锚固区的索力传递途径明确,能适应斜拉桥的受力特点;钢横梁两端受压,中间受拉,除锚固板与腹板的连接焊缝附近有应力集中现象外,其余板件的应力值均小于材料屈服强度;混凝土塔壁主拉应力较小,配置普通钢筋即可,不必设置环向预应力筋;位于牛腿焊缝附近的剪力钉受力较大,通过加密调整后满足受力要求。上述结果表明黄墩大桥索塔锚固区设计合理、实用,能满足结构受力需要。     

钢塔斜拉桥复合式锚固结构研究和分析

复合式锚固结构用于钢塔斜拉桥可以简化塔内构造布置,有效传递斜拉索索力。复合式锚固系统主要由钢锚箱和环向加劲组成,斜拉索水平分力由钢锚箱承担,不平衡水平力由环向加劲承担,竖向分力由加强加劲肋与桥塔承担。通过对复合式锚固结构的有限元分析,总结了该锚固结构的受力性能和特点,为同类型斜拉桥塔上锚固结构的设计提供参考。     

夹河特大桥主缆锚固区受力性能数值分析

自锚式钢结构悬索桥,主缆索力较大、且主缆锚固区受力复杂,为验证主缆锚固区安全性及主要受力壁板应力分布规律,结合烟台夹河大桥主缆锚固区缩尺模型试验,进行了不同工况下缩尺试验模型与足尺结构模型受力计算,研究讨论了大桥主缆锚固区实际受力状态以及壁板应力分布规律。对比研究结果表明,缩尺模型试验有限元模拟结果与试验测试结果吻合较好,在主要受力板件的应力分布规律方面,缩尺有限元模拟结果与足尺模型模拟结果吻合较好。