斜拉桥索塔锚固区环向预应力筋优化方法研究

为防止斜拉桥索塔锚固区开裂、改善锚固区应力分布,基于遗传算法结合三维数值仿真提出一种索塔锚固区环向预应力筋优化方法,该方法利用数值仿真模型识别混凝土待优化区域,将张拉系数作为设计变量,建立数学优化模型,再结合遗传算法不断迭代优化设计变量,使索塔锚固区达到最优应力状态。以溧宁高速公路景宁高架段斜拉桥为背景,通过数值仿真和足尺模型试验,建立优化模型并采用遗传算法以锚固区应力水平为优化目标对索塔锚固区环向预应力筋进行优化迭代,并依据实测预应力损失修正优化方案。结果表明:环向预应力筋能为锚固区塔壁提供6~8 MPa的预压应力,可有效增强锚固区塔壁的抗拉能力;足尺模型试验实测预应力损失约为10%,且通过试验测得的应力值与理论计算值相吻合,数值仿真结果准确;采用最终得到的预应力方案可使索塔锚固区最大拉应力降低27.1%,有效改善锚固区应力分布状况。

非对称独塔斜拉桥索塔锚固区受力机制研究

为研究索塔锚固区的受力机制,以浙江湖州风荷桥非对称独塔式双层钢桁架斜拉桥为背景,基于位移相等理论推导斜拉索水平分力在钢锚梁和混凝土塔柱之间传递比例的计算公式;结合全桥模型分析结果,对索塔锚固区受力最不利节段采用ABAQUS建立有限元模型,分析斜拉索水平分力在钢锚梁和混凝土塔柱之间传递的比例,并对锚固区施加设计荷载,模拟各工况下混凝土塔柱的受拉情况。结果表明,采用位移相等理论推导的水平分力在钢锚梁及塔柱中传递比例计算公式的计算结果与有限元模型模拟结果的误差在1%以内;钢锚箱、钢牛腿的焊接处会产生较大焊接应力,锚垫板及钢锚箱是整体受力较大的构件;跨径较小的斜拉桥混凝土塔柱内不设置环向预应力可满足运营阶段的要求。

预应力钢棒体系索塔锚固区力学特性研究

针对斜拉桥索塔锚固区传统钢绞线预应力体系存在布设复杂、预应力分布不均匀、锚下应力集中等问题,对采用无粘结预应力钢棒体系索塔锚固区的力学特性开展了研究。以洛溪大桥拓宽工程主桥为背景,采用ANSYS软件分别建立了该桥预应力钢棒体系及传统钢绞线预应力体系索塔锚固区节段有限元模型,对比了2种预应力体系索塔锚固区在2种荷载工况下(完成预应力张拉但未张拉斜拉索和斜拉索张拉后)混凝土塔壁横桥向应力、顺桥向应力、第一主应力和第三主应力。结果表明:2种荷载工况下,无粘结预应力钢棒体系具有足够的压应力储备;与传统钢绞线预应力体系相比,无粘结预应力钢棒体系锚固区的应力水平较低,混凝土塔柱的应力水平沿高度方向更为均匀,采用无粘结预应力钢棒体系索塔锚固区具有更优的力学性能。

斜拉桥异形钢索塔锚固区受力敏感性因素分析

新首钢大桥主桥为主跨280 m的不对称倾斜拱形钢塔斜拉桥,斜拉索为空间异形索面。由于斜拉索锚固区与变截面扭曲钢塔的空间衔接关系不断变化,导致异形钢索塔锚固区的受力非常复杂。为了解复杂钢索塔锚固区的受力特性,以为该区域局部合理优化提供依据,采用CATIA软件建立索塔锚固区有限元模型,对影响该区域局部受力的主要因素进行敏感性分析。结果表明:影响索塔锚固区的主要敏感性因素包括斜拉索横向偏角、钢锚箱腹板厚度、锚腹板的底部夹角;斜拉索有横向偏角时,锚腹板角点应力对角点约束刚度敏感,且在距离角点4~5 cm处布设加劲肋最为有效;在锚腹板高度一定的前提下,锚腹板与承压板衔接点应力对锚腹板底部夹角较为敏感;锚固区应力扩散区域有限,边、中跨锚固区之间受力相互影响小。

钢箱梁斜拉桥索塔锚固区的受力性能

以青岛海湾大桥红岛通航孔斜拉桥为背景,介绍了耳板式索塔锚固区的构造特点;应用弹性力学解析方法求出了销铰的接触应力;采用有限元方法对索塔锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究,并考虑了几何非线性和材料非线性对钢锚箱进行了极限承载力分析。结果表明:最不利荷载组合作用下耳板锚孔处的最大Von Mises应力为203 MPa;索塔钢锚箱的极限承载力约为设计荷载的5.02倍,具有足够的安全储备。

异形截面斜拉桥索塔锚固区节段足尺模型试验研究

通过对哈尔滨绕城高速公路四方台松花江大桥索塔锚固区的节段足尺模型试验,研究了主塔预应力束的施工工艺,进行了索塔模型在环向预应力束及拉索作用下的应力和变形分析,确定了索塔锚固区的抗裂安全系数并对模型进行了计算机仿真分析;由其结果与试验实测值的比较,得到了一些有益的结论。研究的部分成果已应用于实桥结构,对主塔结构的优化设计起到了一定的指导作用。

独斜塔斜拉桥预应力索塔锚固区模型试验研究

为保证厦门马新大桥索塔锚固区安全,根据其小半径环向预应力索塔锚固区、非对称受力的4个重要工作状态(预应力施工、正常使用、单索作用和超载),采用斜向加载,进行了足尺模型试验和空间精细有限元分析.结果表明:计算值与试验结果吻合较好,有效预应力对锚固区受力影响很大,索非对称布置对锚固区受力影响不大;环向预应力锚固区极限承载能力超过1.7倍设计索力荷载,安全可靠.

巴东长江大桥索塔锚固区节段模型试验与空间应力分析

斜拉桥主塔拉索锚固区是斜拉桥的关键部位 ,其受力十分复杂 ,一般的平面分析难以反映锚固区实际工作状况和应力分布 .文中介绍了巴东长江公路大桥索塔锚固区足尺节段模型试验的测试方案、内容和成果 ,并进行了空间有限元分析 ,结果表明试验和理论分析结果吻合程度较好 .此外 ,还得出了模型的开裂荷载。

斜拉桥单向预应力体系索塔锚固区足尺模型试验研究

为研究布置单向预应力的混凝土索塔锚固区的传力机理,明确该类新型索塔锚固区的实际受力状况,以广中江高速公路西江水道桥为工程背景,进行了索塔节段足尺模型试验和有限元数值分析,试验中特制了与实桥一致的平行钢丝索短索,并设计了斜向加载反力梁,以模拟斜拉索的大吨位斜向荷载;试验过程中观测结构的应力、变形以及裂缝发展.研究结果表明:理论分析与试验结果吻合较好,结构在1.2倍设计荷载下仍处在弹性受力状态,主要受力部位未发现裂缝;推算抗裂安全系数为2.04,布置在顺桥向塔壁的单向预应力能够提供足够的压应力储备.

大跨斜拉桥预应力索塔锚固区受力机理及试验

为保证斜拉桥索塔锚固区受力可靠,基于受力特征和平面框架分析模型,推导了不同受力阶段预应力小半径大吨位环向U型预应力索塔锚固区控制截面环向应力的计算公式.结合实际工程,建立空间有限元模型,并进行预应力索塔锚固区斜向加载的足尺模型试验,得到了预应力施加阶段、正常使用阶段和非对称加载阶段塔壁的应力分布规律,通过与试验结果进行对比,验证了本文提出公式的适用性.研究结果表明:斜拉索水平力主要由环向预应力筋承担,非对称受力对锚固区受力影响不大,所提出的简化方法可为索塔锚固区设计提供参考.

斜拉桥索塔锚固区直向短束预应力损失研究

为克服斜拉桥混凝土索塔锚固区布置环形预应力筋在受力和施工方面的不足,提出一种新型单向预应力布置型式.该布置型式下预应力筋长度较短,其损失规律和施工工艺与普通长束预应力筋有所不同.为研究这种直向短束预应力筋的损失特点,进行了足尺模型试验,重点对摩阻(包括孔道摩阻和锚具摩阻)损失,锚固回缩损失以及伸长量控制方法进行了研究,并对锚下预应力筋进行了短期观测.结果表明:预应力总损失约为26%,锚固回缩损失占总损失的50%以上;孔道摩阻损失占总损失的12%左右,锚圈口摩阻损失占20%,此二项不同于大多文献和规范建议的作忽略考虑;"伸长量控制"在短束预应力施工控制中同样适用,但其对施工误差极为敏感,必须保证张拉质量,控制误差应放宽至±9%.

索塔锚固区拓扑优化拉压杆模型及预应力构造分析

针对混凝土索塔锚固区承载力准确计算及预应力设计难题,提出拓扑优化拉压杆模型,以龙川枫树坝大桥为背景,采用变密度拓扑优化法构建索塔锚固区拉压杆模型,分析索塔锚固区压杆和节点的承载力、计算环向预应力需求数量,建立索塔锚固区节段有限元模型进行预应力构造优化分析,确定预应力沿高度方向布置方式、预应力盲区设计及预应力配置数量,并对优化后的模型进行应力验算。结果表明:分散布束较集中布束产生的锚固区主拉应力更小;在导管处预应力盲区增加短束可均匀提高塔侧壁的预压应力;受材料泊松效应影响,索塔锚固区预应力钢筋必须适量配置;按提出的拉压杆模型及构造优化方式布置预应力钢束可较好满足索塔锚固区受力要求。

斜拉桥钢-混组合索塔锚固区节段模型试验研究

斜拉桥钢-混组合索塔锚固区构造和受力十分复杂,通过索塔锚固区的足尺模型试验,并进行空间的有限元仿真计算分析,给出仿真计算的主要成果及其与试验实测值的比较,得出一些重要结论。试验成果对杭州湾跨海大桥的建设起到了重要的指导作用。

拓扑优化拉杆-压杆模型在索塔锚固区的应用

为改善传统索塔锚固区拉杆-压杆模型的精度,采用密度法对传统模型进行拓扑优化。将连续介质离散为若干有空穴的单元,设定拓扑优化方向(体积减小率)进行迭代,得到相对密度趋近于1的单元,即找到最有效的荷载传递单元和路径,从而获得精确的拉杆、压杆面积和角度。将该方法应用于索塔锚固区强度校核中,以迫龙沟特大桥为例进行说明。采用通用软件ABAQUS建立该桥上塔柱索塔锚固区节段模型,通过拓扑优化获得节段有效传力区域退化模型,求解模型中拉杆、压杆及节点强度,并采用AASHTO规范校核,结果表明杆件及节点强度均满足要求。

钢锚梁索塔锚固区受力机理分析与约束方式比选

斜拉桥采用内置式钢锚梁索塔锚固区结构时,为选择合理的钢锚梁约束方式,以九江长江公路大桥为背景,利用简化平面模型对该桥索塔锚固区水平传力机理进行分析并采用AN-SYS建立索塔锚固区第27节段模型,对4种钢锚梁与塔柱牛腿约束方式(钢锚梁两端始终固定;中跨端固定、边跨端先滑动后固定;边跨端固定、中跨端先滑动后固定;边跨端固定、中跨端始终滑动)进行比选。分析结果表明:钢锚梁采用两端固定的约束方式时,斜拉索水平分力的分配比例和钢与混凝土变形协调关系相关;综合考虑结构安全性和可靠性,认为钢锚梁采用边跨固定、中跨先滑动后固定的约束方式时结构受力较理想;钢锚梁的应力受约束方式影响不大。

鄂东长江公路大桥索塔锚固区节段模型试验研究

以鄂东长江公路大桥索塔锚固区为研究对象,采用1:1足尺模型试验与有限元分析相结合的方法,研究钢锚箱与混凝土组合结构索塔在不同索力状态下的受力特性和混凝土的抗裂性能,模型试验最大荷载为1.6倍设计组合索力。研究结果表明:试验荷载为1.0倍设计组合索力时,塔壁裂缝位于边跨侧索导管口上方,最大宽度为0.15 mm,小于设计允许裂缝宽度,钢锚箱上测点最大应力为94.6 MPa,个别部位存在应力集中现象,但钢结构整体处于结构弹性范围内;试验荷载为1.6倍设计组合索力时,塔壁最大裂缝宽度扩展至0.27 mm,组合结构能继续承载,说明结构有足够的安全度。

济南黄河三桥索塔锚固区水平受力性能模型试验研究

济南黄河三桥索塔锚固区采用混凝土与钢锚箱组合的结构形式,最大斜拉索索力达到6400 kN,结构构造复杂,在强大索力作用下结构的受力性能值得关注。通过该索塔锚固区水平受力性能节段模型试验,得到了锚固区构件的应力分布和塔壁混凝土的裂缝开展情况。试验结果表明该索塔锚固区在设计索力作用下水平向受力是安全的。

分组集聚式斜拉桥索塔锚固区传力机制

为研究新型分组集聚式斜拉桥锚固形式应力安全及钢-混传剪机理,以某公路大桥为背景,选取分组集聚索塔锚固节段为分析对象,运用有限元软件ABAQUS建立锚固区精细的数值模型.根据桥塔等效杆系模型的分析结果确定节段模型准确的荷载及边界条件,分别计算分析了3种工况下锚固区混凝土及钢横梁应力分布;通过对钢-混界面的各向应力及位移分布研究,探讨在不同程度预应力损失和钢-混界面摩擦系数影响下钢横梁与混凝土桥塔的传剪受力机理.研究结果表明:设计荷载工况下,钢横梁梁端剪力主要由界面静摩擦力承担,塔柱与钢横梁未发生相对滑动,具有足够安全储备;当锚杆预应力损失达到60%或接触面摩擦系数减小为0.2时,钢-混界面处于临界摩擦状态,相对滑移增大,结构处于相对不安全状态.

曹娥江大桥主桥索塔锚固区节段足尺模型试验方案与空间受力性能研究

曹娥江大桥主桥拉索锚固区为双钻石型联体桥塔混凝土结构,在环向预应力及较大斜拉索索力的作用下,锚固区的应力分布和传递十分复杂。对该桥索塔锚固区节段的足尺模型制定试验方案,用以研究主塔预应力束的施工工艺以及索塔锚固区的实际应力场,并通过对索塔锚固区节段足尺模型的空间有限元分析,掌握锚固区的空间受力性能。有限元分析结果表明:在使用阶段,环向预应力筋在各个区域可以较好的抵消斜拉索拉力,索塔模型整体受力良好。有限元分析的主要结果对斜拉桥索塔锚固区设计有一定参考作用。

拱塔斜拉桥索塔锚固区应力分析

文章以某拱塔斜拉桥为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS对其索塔锚固区进行空间应力分析;通过索塔锚固区不同工况下的应力分析,总结了锚固区应力分布特性,并研究了锚固区应力在索力及预应力单独作用时沿高度方向的衰减情况,为相关设计给出了相应的建议。