钢锚梁式钢—混组合索塔锚固体系设计与分析

某斜拉桥主桥是一座跨径布置为(130m+300m+130m)的双塔双索面预应力混凝土梁斜拉桥,索塔采用倒Y型,斜拉索在桥塔端采用新型空间索面钢锚梁式钢-混组合索塔锚固体系进行锚固。该型锚固体系将锚箱焊在钢锚梁两侧,同时采用钢牛腿替换传统的混凝土牛腿结构,提高了施工速度,改善了结构受力。介绍了该种锚固体系的特点,并采用有限元方法对改型索塔锚固体系的受力情况进行了分析,可为该类型索塔锚固体系设计提供参考。

钢锚板式钢—混组合索塔锚固体系中钢结构应力分析

选择青岛海湾大桥红岛航道桥的钢锚板式斜拉桥钢-混组合索塔锚固体系为研究对象,采用有限元仿真计算对体系中的主要钢结构在不同受力工况下的应力分布规律进行了分析,结果表明:钢结构整体最大应力随所承受的索力增长基本保持同幅度增长,锚板、横隔板、侧板竖隔板和PBL剪力键等主要构件最大应力形成的位置比较集中;各钢结构的水平和竖向应力在非断索和断索条件下呈现不同的分布特征;作为应力主体传递构件的PBL剪力键,各列穿孔钢筋由外侧两边列向中间列轴向应力逐列减小,不同层间的同列钢筋轴向应力无明显规律性。

钢锚板式钢-混组合索塔锚固体系单侧受荷承载力数值分析

采用非线性有限元仿真分析方法,研究在单侧受荷下钢锚板式钢-混组合索塔锚固体系的极限承载力。分析结果表明,单侧索力作用时的极限承载能力状态,非加载侧下横隔板与底板之间靠近侧板处混凝土发生破坏,此时,最大主压应力出现在加载侧侧板与上横隔板交界处所对应的混凝土角点处。锚固区普通钢筋最大轴向应力出现在加载侧侧板与上横隔板交界处所对应的外侧钢筋位置。随着荷载系数的增大,混凝土裂缝从加载侧向非加载侧发展,当荷载系数达到3.04时,混凝土塔柱发生破坏。

钢锚板式钢-混凝土组合索塔锚固体系黏结滑移性能影响因素分析

在研究钢锚板式钢-混凝土组合索塔锚固体系极限承载力时,发现钢锚板与塔柱混凝土之间的黏结滑移是一种主要破坏形式。影响钢锚板式钢-混凝土组合索塔锚固体系钢-混凝土黏结性能的主要因素有混凝土强度、钢锚板厚度、钢锚板穿孔钢筋(PBL剪力键)数量和位置、隔板数量和位置。通过数值模拟方法,对钢锚板式钢-混凝土组合索塔锚固体系的黏结滑移性能的主要影响参数进行了数值分析。分析结果表明,常用混凝土强度对钢板-混凝土滑移性能没有明显影响;钢板厚度对钢板-混凝土滑移性能影响最为明显,钢板厚度由30 mm变为50mm,自由端滑移量减小了34%。但是随着钢板厚度的增加钢材的强度会降低,质量难以保证。PBL剪力键和加劲板的数量对钢板-混凝土滑移性能影响较为明显。因此,优化PBL剪力键和加劲板的设置,是提高钢锚板与混凝土之间黏结性能的有效措施。

对称荷载作用钢锚板式钢-混组合索塔锚固体系传力机理

首次提出钢锚板式钢-混组合新型索塔锚固体系,并成功应用于青岛海湾大桥红岛航道桥。采用精细化弹塑性有限元数值分析方法对钢锚板式钢-混组合索塔锚固体系在对称索力作用下力的传递机理进行了研究,分析了对称索力作用下力的传递途径与各构件所承担水平力和竖向力的大小,同时分析了不同位置PBL剪力键传递水平力和竖向力大小的变化规律。结果表明:斜拉索水平分力的85%由钢锚板承担,15%的水平分力通过PBL剪力键和钢-混凝土间的摩擦力传递给混凝土塔柱;斜拉索竖向分力通过横隔板、底座、PBL剪力键以及钢-混凝土间的摩擦力传递给混凝土塔柱,其中上横隔板传递44%的竖向力,下横隔板传递15%的竖向力,底座传递38%的竖向力,PBL剪力键传递2.2%的竖向力,钢-混凝土间摩擦传递0.8%的竖向力。

钢锚箱连接对索塔锚固体系受力性能的影响

为明确多节段钢锚箱式索塔锚固体系的传力机理,以杭州湾跨海大桥北通航孔桥为例,采用有限元分析软件(ANSYS11.0),研究了钢锚箱之间连接与不连接两种方式对索塔锚固体系受力性能的影响。结果显示,钢锚箱之间是否连接对锚固体系各节段以及节段内各构件承担的水平力影响较小,对各节段整体承担的竖向力无影响,而对各节段钢锚箱及塔壁承担的竖向力影响较大;钢锚箱之间是否连接对钢锚箱板件应力、混凝土塔壁应力以及栓钉剪力的分布规律具有明显影响,与钢锚箱不连接体系相比,钢锚箱连接体系各构件的应力或剪力分布更为均匀。

钢锚板式钢-混组合索塔锚固区PBL剪力键传力机理分析

索塔采用混凝土、锚固区采用钢锚板的斜拉桥索塔锚固体系,构造简单,受力合理。本文针对这种新型锚固体系中PBL剪力键进行了静力性能有限元分析,分析结果表明,在沿整个PBL键穿孔钢筋长度方向上,传力主要集中在钢锚板附近的长度;对于多层PBL键穿孔钢筋,沿着竖向方向从上到下PBL键穿孔钢筋传递的力逐渐减小;当增大PBL键穿孔钢筋直径或增加钢锚板厚度时,PBL键的应力和位移都随着减小;不考虑钢锚板与混凝土之间的粘结作用时,与钢锚板接触但无粘结作用的混凝土应力水平较低且分布均匀。这种新型锚固体系采用PBL剪力键作为钢构件与混凝土之间的连接件能很好的利用材料性能,受力性能良好。