矮塔斜拉桥鞍座锚固区局部应力分析

3 收稿日期: 2008201215 文章编号: 1001 - 7291 (2008) 03 - 0011 - 03 文献标识码: B 矮塔斜拉桥鞍座锚固区局部应力分析 柯善刚 1 ,彭 卫 2 ,王 炎 2 (1 1台州市交通工程质量监督站,浙江 黄岩 318020; 21金华职业技术学院,浙江 金华 321017) 摘要:结合一座矮塔斜拉桥的设计,采用三维有限元模型,分析了桥塔、鞍座以及斜拉索孔 道等部位的局部应力,提出了设计建议。 关键词:矮塔斜拉桥;鞍座锚固区;局部应力 1 工程概况 某公路桥为塔梁固结的预应力混凝土连续-斜拉 桥,下部结构为实体墩、U型桥台,桩基础。主塔为 实心矩形截面,塔身上部设有鞍座,混凝土塔内预埋 有套管,斜拉索穿过套管,施工完毕后在钢管灌注高 强混凝土,以增加承受两侧斜拉索拉力差能力。图1 为总体布置图,图2为桥塔构造图。为了解主塔鞍座 处的受力特点及应力分布,确保主塔鞍座区结构安全 性及可靠性,在实桥主塔鞍座区选取一节段进行有限 元模型分析。 图1 大桥总体布置示意图 单位:cm 图2 桥塔构造示意图 单位:cm 2 有限元模型 桥塔分析采用大型通用有限元计算软件ANSYS 中的结构分析模块对该桥索鞍节段进行三维有限元分 析。所用单元为ANSYS中的SOL I D45单元。考虑到 第3期(总第171期)华东公路No.3 (Total No. 171) 2008年6月20日EAST CH I NA H IGHWAYJune 2008 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 建立整个桥塔结构单元数量巨大,为减少计算机时, 模型的建立选取了桥塔底部索力较大的C 1C 3号 斜拉索所对应的孔道进行分析,为了模拟顶部混凝土 及其他拉索竖直力的作用,有限元模型选取了C 4索 与桥塔轴线相交处截面至C 1索与桥轴线相交处向下 4 m处的截面之间的桥塔建立模型。同时考虑到结构 的对称性,建立了1 /4桥塔结构的有限元计算模型, 图3给出了模型示意图,整个模型共有112 903个单 元,图4给出了鞍座处的局部网格划分图。计算荷载 考虑了主塔鞍座圆弧外管内侧壁法向力 和主塔上部 混凝土自重及其他拉索竖向力加载。 3 分析结果 311 鞍座处应力云图 为研究桥塔鞍座的应力分布,下面给出鞍座结构 的应力云图,如图5 - 1) 图5 - 4)所示。 12华东公路2008年第3期 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 从图5 - 1 图5 - 4可以清晰的看出桥塔鞍座顺 桥向最大拉应力为2198 MPa,出现在拉索孔道附近, 最大压应力为91346 MPa,最大压应力集中出现在两 C 1拉索进孔中心下部对应的鞍座锯齿块底部与桥塔 连接线附近,且高度集中呈线性分布;桥塔鞍座横桥 向最大拉应力为51572 MPa,出现在桥塔C 1拉索对 应锯齿块拉索进孔上缘内壁,且应力高度集中,最大 压应力为51646 MPa,出现位置同顺桥向最大压应力 位置;桥塔鞍座竖向最大拉应力为01379 MPa,出现 在桥塔C 1拉索对应锯齿块角隅,且最大拉应力集中 度不高,可见桥塔锯齿块竖向受弯,最大压应力为 281514 MPa,出现位置同顺桥向最大压应力位置。 312 斜拉索孔道局部应力云图 图6 - 1) 图6 - 4)给出了桥塔斜拉索索道孔 处的局部应力图: 图6 - 1) 桥塔鞍座结构顺桥向应力示意图 图6 - 2) 桥塔鞍座结构竖向向应力示意图 图6 - 3) 桥塔鞍座结构第1主应力示意图 图6 - 4) 桥塔鞍座结构第3主应力示意图 从图6 - 1) 图6 - 4)可以看出,斜拉索孔道 附近应力分布较均匀。可以认为在自重和孔道压力作 用下鞍座顺桥向呈压弯的状态,顺桥向最大拉应力为 21976 MPa,出现在拉索孔道内壁下缘,靠近拉索进 孔处;横桥向最大拉应力为:51615 MPa,出现在拉 索孔道内壁上缘,与锯齿块上进索孔相交处,应力高 度集中。从以上各图可以看出:拉索孔道上下缘横桥 向拉应力较大,可以看出孔下横向受到劈裂作用。 4 结 语 (1)有限元模型计算结果表明:在拉索法向力 均匀分布力作用下,孔道下受到竖向压应力,横向受 到劈裂应力,但这些仅在孔下的局部区域出现; (2)孔下的横向有较大的横向劈裂应力,此处 需布置适量的钢筋以防止开裂,并抵抗斜拉索与孔壁 可能出现的不均匀接触引起的局部过大应力; (3)鞍座和塔柱的交界处受力复杂,应力较大, 此处的截面和配筋应加强; (4)建议索道孔采用钢管。鞍座锯齿块角隅采 用圆弧形倒角,减少应力集中。 2008年第3