索梁锚固（精选4篇）
索梁锚固 篇1
0引言
安庆长江大桥主桥为主跨510m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。钢箱梁为扁平闭口流线形,索梁锚固为钢箱式锚固结构。该结构锚箱处板件较多,连接复杂,索力较大,加上斜拉索索力对腹板会产生附加弯矩,通过理论分析和计算研究,该区域都难以准确反映其真实的应力分布情况。为此,对钢箱梁与斜拉索的锚固结构进行了静载试验,以研究锚箱附近的应变和应力状态。
1试验模型及试验基本情况
试验模型主要包括模拟主梁、模拟索塔及张拉钢绞线三部分。模拟主梁采用了4.75m的长度,锚箱箱体及与之连接的腹板采用了与实际结构一致的尺寸及连接方式,主梁顶、底板则加厚并向锚箱一侧延伸,采用宽1.2m、厚0.05m的板件。模拟索塔采用箱形钢结构构件,一方面模拟主梁的约束条件,另一方面作为加载的反力构件。张拉杆用于模拟斜拉索进行加载,加载通过安装在模拟索塔张拉架上的900t级千斤顶进行。
该桥的最大设计索力为460t,由此确定试验加载工况。进行3种工况加载:工况Ⅰ分级加载到最大设计索力;工况Ⅱ分级加载到1.7倍最大设计索力;工况Ⅲ分级加载到1.9倍最大设计索力。
2 试验结果及其分析
2.1 应力分布分析
锚箱由顶板、底板、侧板、承压板、肋板构成。其中肋板不是主要受力构件,其应力较小,而承压板受力简单。此外,试验主要关心的是锚箱结构在最大设计索力460 t下的受力情况。因此只对工况Ⅰ实际1.0倍最大设计索力下,锚箱顶板、底板、侧板进行分析。根据试验测得的应变,可算得锚箱板件各测点的主应力及其作用方向,见图1～图4。
从图1,图2可以看出,锚箱顶、底板均以受压为主,且受力呈现一定的规律性。主压应力方向大致平行于板边缘,即平行于张拉钢绞线方向。而在垂直于该方向,锚箱顶、底板的受力相对较小。在锚箱顶、底板靠腹板侧主压应力中间小两头大。在另一侧则相反,主压应力呈现中间大两头小的规律。在顶、底板中间,主压应力从其靠锚箱承压板端向另一端递减。由此表明,锚箱结构为偏心受压状态,使得顶、底板存在受扭现象。锚箱顶、底板在其自由端靠腹板侧应力较大,而且对于顶板,在此处另一方向还存在较大的主拉应力。
从图3,图4可以看出,锚箱内、外侧板的两侧以受压为主,其主压应力方向大致平行于张拉钢绞线方向。而在垂直于该方向,内、外侧板的受力相对较小。锚箱内、外侧板在中间靠槽口处以受拉为主,主拉应力方向垂直于张拉钢绞线方向。而在另一端,外侧板仍以受拉为主,内侧板则以受压为主。锚箱内、外侧板的最大主压应力均发生在其靠锚箱承压板端,并由此向另一端递减。
2.2 应力发展进程分析
为了研究应力随加载的变化进程,在工况Ⅱ下,进行14级加载。即采用分级加载从1级0.2倍最大设计索力到14级1.7倍最大设计索力。取锚箱内、外侧板部分测点,根据其各级加载所得主应力,计算得各级加载等效应力,见图5。
从图5中可以看出,荷载与应力呈线性关系。表明在1.7倍最大设计索力,即782 t索力范围内,锚箱内、外侧板均未屈服,结构受力呈线性状态。
3 三维有限元仿真分析
本次试验模型的有限元计算,采用的是大型通用程序ANSYS。计算模型主要采用空间板壳单元Shell43建立,在锚箱承压板和索塔上斜拉索锚固承压板处,采用了接触单元Targe170和Conta174。由于模型中的斜拉索只是起加载作用,因此计算时采用两锚固处的等效分布荷载代替。
从图6中可以看出,锚箱顶、底板在其自由端靠腹板侧主应力较大,且应力沿斜拉索方向逐渐减小,到达承压板附近又迅速增大,最大压应力处达到248 MPa,等效应力为224 MPa。锚箱内、外侧板在其靠锚箱承压板端应力最大,且应力向自由端方向逐渐减小。锚箱以受压力为主。锚箱加劲肋板应力较小。
4 试验实测值与有限元计算值比较
根据主应力,可算得测点实测等效应力值,并把该等效应力值与有限元计算的等效应力进行比较,见表1,表2。
MPa
MPa
从表1,表2等效应力实测值与计算值的比较中可以看出,大部分测点的试验实测值和有限元计算值很接近。证明试验结果符合力学规律,是可信的。同时,也证明采用三维有限元分析的索梁锚固结构应力基本能够反映实际应力分布规律。
5结语
锚箱顶板、底板、侧板均以受压为主,主压应力方向大致平行于张拉钢绞线方向,而在垂直于该方向的受力相对较小。锚箱顶、底板最大主压应力均在靠腹板侧近主梁端,而侧板的最大主压应力值均在靠锚箱承压板端,并由此向另一端递减。在锚箱顶、底板靠腹板侧主压应力中间小两头大;在另一侧则相反,主压应力呈现中间大两头小的规律;在中间主压应力从锚箱承压板端向另一端递减。在782t索力范围内,锚箱结构受力呈线性状态。
有限元计算应力值与实测应力值吻合较好,证明试验结果可信,而且三维有限元方法可以用于估算实际索梁锚固结构的应力分布。
参考文献
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斜拉桥悬臂式索梁锚固区受力分析 篇2
斜拉桥在世界范围内的应用从20世纪70年代开始, 20世纪90年代迅速发展, 其跨径已经进入以前悬索桥适用的特大跨径范围[1]。从1975年, 我国第一座斜拉桥———云阳桥建成以来, 国内已经相继建成大小80余座斜拉体系的桥梁结构, 其中混凝土斜拉桥有30多座, 已建成的混凝土斜拉桥有济南黄河大桥、武汉长江二桥、重庆大佛寺长江大桥等, 其中有约2/3采用双索面的形式。
斜拉索的索力斜向并集中地作用于斜拉桥的混凝土梁的锚固点上, 斜拉索的锚固结构必须能顺畅地将索力传递给主梁, 因此斜拉索的锚固结构是斜拉桥的关键部位, 斜拉索锚固的可靠与否直接关系到整个大桥的安全度, 有必要对索梁锚固区进行专门的研究[2], 黄永、周贤文等[3,4]对混凝土梁斜拉桥做过相关研究。混凝土梁的斜拉索的锚固方式有顶板设置锚固块、箱梁内设横隔板锚固块、在箱梁内设斜隔板锚固块、在梁体两侧设锚固块、在底板设置锚固块五种[5]。在混凝土梁体两侧设锚固块是双索面斜拉桥普遍采用的锚固构造, 曹新垒[6]等对此类结构进行过有限元分析。
索梁锚固构造是混凝土梁斜拉桥受力分析的关键部位。混凝土梁体两侧设锚固块是双索面斜拉桥普遍采用的锚固构造, 当双索面斜拉桥主梁截面悬臂较长时, 需要设置悬臂式索梁锚固结构。但目前的索梁锚固结构, 主要采用了把斜拉索锚在腹板上或者加厚边肋上的形式, 对悬臂式的研究较少。
1 模型的建立
1.1 实体模型的建立
某斜拉桥的主梁是预应力混凝土结构, 如图1所示, 主桥为83+140+83 (m) , 双塔三跨, 主桥跨度为306 m。主梁采用单箱三室截面形式 (见图2) , 纵桥向上截面按二次抛物线变化, 梁高最大为4.80 m, 最小2.80 m, 梁宽在33.9~35.3 m之间。全桥拉索共56根且成对称布置, 拉索采用双索面布置, 索距有8 m和6 m两种布置形式, 索梁锚固形式采用在箱梁两侧设锚固块。
在Midas FEA中采用3D实体单元模拟C55混凝土结构, 考虑混凝土的10 000天的收缩徐变, 锚垫板选用板单元模拟, 钢筋用线单元模拟。各种材料具体参数见表1。为了提高计算效率, 模型的横桥向宽度取截面宽度的一半, 纵桥向上选取足够长度, 总长16 m, 模型整体视图见图3。
为了对局部应力集中结果的影响因素进行探究, 本文建立三个不同的模型 (见图4) 。三个模型的区别:模型1中锚块和顶板连接部位是直角连接的形式;模型2中锚块与顶板连接部位采用20×20 (cm) 的倒角;模型3中锚块和顶板连接部位采用45°斜角, 三个模型的其他方面相同。
通过建模计算分析发现混凝土锚块的两个区域应力集中现象较为明显, 拉应力值较大。一个区域是锚块的外侧和顶板连接的区域, 称作区域A, 另一个区域是锚块的下缘和斜腹板连接的区域, 称作区域B, 详见图4。
顶板横向预应力钢筋采用3φs15.2钢绞线, 间距为50cm。腹板竖向预应力钢筋采用JL25的精轧螺纹钢, 间距50cm。底板预应力钢筋采用四束上下布置的钢绞线, 布置在横隔板和底板的连接位置, 其中两束底板预应力钢筋弯起通过斜腹板, 最后锚固于锚块的外侧。弯起的两束底板预应力钢筋规格是12φs15.2, 另外两束不弯起的底板预应力钢筋采用的16φs15.2的钢绞线。预应力有两种不同的布置方式 (图5) , 两种预应力布置方式所不同的是预应力布置二中两束顶板横向预应力钢筋 (5φs15.2) 沿顶板下缘穿过锚块 (图5 (b) ) 。
1.2 边界条件的选取
在箱梁靠近塔的横截面的中心建立一个主节点, 并与该截面上的所有网格节点刚臂连结, 然后约束主节点的顺桥向和竖向的平动, 同时约束绕横桥向和竖向的转动。在箱梁远离塔的横截面上以同样的形式建立主节点和其他网格节点以同样的刚臂的形式连接, 只约束该主节点绕竖向的转动。在模型的横向对称截面上, 约束该面上的每个节点的横桥向的平动。
1.3 加载方法及工况
作用到模型上的外力包括拉索传来的索力, 相邻索梁锚固段传来的弯矩、剪力、轴力, 以及结构自重, 考虑到车辆荷载对结构受力有利, 不考虑车辆荷载对结构的作用力。相邻梁段施加到分析索段上的内力通过桥梁的整体分析得出, 只考虑远塔端梁段传递的内力, 加载的方法和边界条件的选取相似, 同样是在箱梁靠近塔端的横截面的中心建立一个节点, 以这个节点为主节点, 和该截面上的所有网格节点以约束六个自由度的刚臂连接, 将表2中所列的轴力、剪力、弯矩值施加到该主节点上。
加载工况下分以下两种:工况一:自重+索力+梁端内力 (轴力、剪力和弯矩) ;工况二:工况一+顶板横向预应力+腹板竖向预应力+底板预应力。
注:X、Y、Z是指模型整体坐标系方向;X是横桥向, Y是顺桥向, Z是竖向。
2 计算结果
2.1 顶板、底板应力分布
顶板和底板顺桥向、横桥向全部受压, 完全满足全预应力构件的受力要求。工况一和工况二的结果比较, 横桥向的拉应力减小并出现较大压应力, 这是由于顶板和底板内横向分布的预应力钢筋能有效地提供预压力, 很好地提高了顶板和底板的抗开裂能力。三种模型的区别只是锚块形状不同, 不会对顶板和底板的应力分布产生影响, 采用模型三的顶板、底板的应力分布作为代表值, 列于表3。
/MPa
2.2 锚块形式对应力分布的影响
通过计算结果比较, 不同锚块形式对区域A的应力分布影响较大, 将区域A的应力分布最不利取值列于表4。
/MPa
锚块区域A的横向和竖向的拉应力的大小和锚块的形状有很大的关系。在工况二的作用下, 锚块中区域A的竖向应力随锚块形式的变化差别很大。模型3的竖向应力值明显小于模型1。由此可以看出, 设置倒角尤其是设置斜角, 能够明显降低区域A的竖向应力。然而工况二作用下, 模型3中区域A的横桥向应力反而大于模型1。究其原因, 本来沿竖向传递的力, 由于斜角的设置变成沿斜向传递, 故竖向应力减小, 横向应力增大。
锚块中应力分布和锚块的结构形式有很大的关系, 锚块的结构形式的变化使得局部区域的受力机理发生了变化。从计算结果来看, 三种模型中模型3设置45°斜角的形式的应力分布较为合理。在进行局部结构设计时, 通过改变锚块的局部结构可以有效的改善应力集中现象。
2.3 预应力钢筋布置形式对应力分布的影响
两种预应力布置 (图5) 形式对三种模型的应力分布的影响产生了大致相同的变化趋势, 以模型3为例进行说明。表5列出了模型3中两种不同预应力布置下中区域A和区域B的应力值大小。
/MPa
在悬臂式索梁锚固结构中, 预应力的布置方式也会对锚块的局部应力分布产生较大的影响。本文中顶板横向预应力钢筋下移并穿过锚块 (图5 (b) ) 的方法有效地减小了区域A和区域B的局部较大的拉应力, 使得局部应力集中现象得到明显的改善。在悬臂式的索梁锚固结构的设计中, 合理地布置预应力钢筋位置和数量是一种降低局部拉应力, 改善局部应力集中的有效方法。
3 结论
本文对斜拉桥悬臂式索梁锚固段建立有限元模型进行局部受力分析, 分析了三种不同的模型分别在两种工况下的应力分布规律, 得出了以下结论:
1) 本论文选取的边界条件能够比较合理的模拟索梁锚固梁段的约束方式, 可作同类结构分析时参考。
2) 在拉应力较大区域和方向上配置足够数量的预应力钢筋可以有效的降低或者抵消结构中产生的拉应力, 可以很好的避免混凝土因过大的拉应力而开裂。
3) 锚块的应力分布和锚块的结构形式有很大的关系, 锚块的结构形式的变化使得局部区域的受力机理发生了变化。改变锚块的局部结构可以有效的改善应力集中现象。
4) 合理的布置预应力钢筋位置和数量可以有效的降低局部拉应力, 从而改善局部结构的应力集中现象。
参考文献
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索梁锚固 篇3
关键词：索梁锚固区,有限元,材料非线性,接触非线性,数值模拟
0 引言
大跨度斜拉桥的索梁锚固区具有受力集中、构造复杂、非线性行为突出的特点，对桥梁的整体和局部均起到控制设计的关键作用。目前采用的索梁锚固区连接方式主要有锚箱式连接、耳板式连接、锚管式连接和锚拉板式连接。
本文以安徽省徐明高速公路五河定淮大桥主桥为研究背景。该桥为一座单柱独塔混合梁斜拉桥，主跨246 m，是跨越淮河的最大跨径桥梁。设计中采用锚拉板式索梁锚固，即以钢板作为锚拉板，并由上、中、下三部分组成:竖拉板上部开槽，槽口内侧焊于支撑管外侧，斜拉索穿过支撑管并用锚具锚固在锚管底部;锚拉板下部直接用焊缝与主梁上翼板焊接;锚拉板中部除了满足安装锚具的空间需要之外，还需连接上、下两部分。为了补偿开槽部分对锚拉板截面的削弱，以及增强其横向刚度与整体性，锚拉板的两侧焊接加劲板。锚板式索梁锚固区的具体构造和各板件名称标注如图1所示。
1 索梁锚固区数值模拟
使用大型通用有限元软件ANSYS进行索梁锚固区空间仿真模拟。数值模型同时考虑两种典型非线性行为:钢锚拉板的材料非线性以及锚垫板与锚具螺母的接触非线性。
1.1 材料非线性模型
锚拉板各板件均采用Q345钢材，本文使用双线性随动强化模型(BKIN)模拟钢材的材料非线性。应力—应变关系如图2所示，分为两个线性段:应力小于材料屈服强度345 MPa时，表现为线弹性，弹性模量为206 GPa;达到材料屈服强度后，表现为完全塑性，即随着应变增大应力保持不变。实际工程中不允许结构发生过大的应变，本文不考虑材料的强化阶段。
1.2 接触非线性模型
锚垫板与锚具螺母通过压紧接触传递巨大锚下荷载，是高度的接触非线性行为，如果采用简单的使锚垫板模型与螺母模型共节点的连接方式，会对分析锚垫板受力性能造成较大的误差。这是因为实际上，由于接触面刚度分布不同和板件变形，几何接触面不会全部参与传递荷载，实际参与传递荷载的面积比几何接触面积要小，即按照几何接触面积建立共节点模型，传递荷载的面积就会比实际偏大。
为了合理的模拟这一行为，在锚垫板与锚具螺母之间建立接触单元。其中，以锚垫板表面为目标面，以锚具螺母表面为接触面。
1.3 锚固区有限元模型
基于1.1和1.2的非线性模型，建立锚固区有限元计算模型，如图3所示。根据圣维南原理，需要足够长的过渡区域保证局部分析中边界条件的准确模拟;考虑到钢主梁的对称性，选择单侧钢主梁进行研究。基于上述两点，以拉索与主梁理论交点为中心，向主梁纵向两侧各延伸8.75 m的单侧钢主梁建立数值模型。
拉索荷载的加载位置为锚头螺母的内侧，与实际受力相仿，拉索荷载按照以下原则确定:保证索梁锚固区不会先于拉索失效，即将标准破断索力折减2.5的安全系数后作为数值模型中拉索荷载P(P=3 826.4 k N)。
2 数值模拟结果分析
2.1 应力分布
依据上述数值模拟的分析，在ANSYS中得到在给定拉索荷载作用下的索梁锚固区各板件以及附近钢主梁的Von-Mises应力分布。
1)锚下区。锚垫板应力分布如图4所示，锚垫板顶面以及内环表面靠近支撑管与竖拉板下端连接处的区域有较大的应力集中，最大应力达到297.0 MPa;而与锚具螺母压紧接触的地面应力集中相对不明显，应力也相对较小，由内侧向外侧呈逐渐减小的趋势，最大值达到232.0 MPa。
由于应力集中区域较小，并且与支撑管连接的绝大部分区域应力值在166.0 MPa以下，故锚垫板N8有效地起到了将螺母传递过来的集中应力较为分散和均匀的传递给支撑管的作用。
2)锚拉板。竖拉板应力分布如图5所示，竖拉板与支撑管交线下端和竖拉板矩形开孔上方两倒角局部应力集中比较明显，最大均达到345.0 MPa的材料屈服应力。靠近顶帽板区域板件应力较小，在83.6 MPa以下。靠近钢主梁区域板件应力较小，在83.6 MPa以下。整个板件绝大部分区域的应力在158.0 MPa以下，并且应力集中能够比较均匀，平缓的传递到附近区域的板件上。
横拉板应力分布如图6所示，横拉板中间区域应力最大，并且有一定的应力集中，最大应力达到168.0 MPa;从中间区域向上应力逐渐减小，与顶帽板连接附近区域应力在40.1 MPa以下;从中间区域向下应力逐渐减小，与钢主梁连接附近区域应力在58.4 MPa以下。
支撑管应力分布如图7所示，支撑管从靠近顶帽板端到靠近锚垫板端应力逐渐增大，并且在与竖拉板下端连接区域处有较大的应力集中，最大应力达到336.0 MPa，已经非常接近材料的屈服强度345.0 MPa。同时，在与锚垫板连接区域附近也有一定的应力集中，最大应力达到264.0 MPa。除了这两处应力集中区域外，其他区域板件应力均在85.5 MPa以下。
顶帽板应力分布如图8所示，顶帽板与支撑管、竖拉板连接部位有较小的应力集中，最大应力达到93.4 MPa，绝大部分区域板件应力在63.6 MPa以下。
3)钢箱梁节段。钢箱梁应力分布如图9所示，钢箱梁仅在与锚拉板连接区域有较小的应力集中，最大值达到72.0 MPa，并且沿纵向和横向较为均匀的向周围板件传递，整体应力过渡平缓，绝大部分区域应力在40 MPa以下。
2.2 塑性应变分布
索梁锚固区仅在竖拉板局部进入了塑性变形，其分布区域如图10所示。考虑到材料最大弹性应变为1.67×10-3，而绝大部分塑性应变区域应变值在0.267×10-3以下，即该区域塑性应变为最大弹性应变的16.0%，并且区域较小，故不影响索梁锚固区整体性能。
2.3 接触效应分析
接触非线性模拟结果如图11所示。本文认为紧密接触和接触单元接触面有较小相对滑移的区域均为可靠的传力区域，该区域明显小于几何接触面积，很好的验证了1.2的分析。
3 结语
1)在所取荷载作用下索梁锚固区钢主梁横隔板、腹板及顶底板也出现一定的应力集中，但扩散迅速均匀，整体应力水平较低。2)在所取荷载作用下索梁锚固区锚拉板横拉板、顶帽板应力水平较低;竖拉板、支撑管及锚垫板N8应力水平较高，应力集中明显。3)分析表明索梁锚固区存在两个明显的应力集中区域，已达到屈服应力并进入塑性状态:竖拉板矩形开孔上方倒角部位以及竖拉板与支撑管交线下端部位。两个应力集中区域很小，进入塑性变形程度不大，可以得到有效扩散，对索梁锚固区整体受力性能影响较小。4)锚垫板N8有效地起到了将螺母传递过来的集中应力较为分散和均匀的传递给支撑管N4的作用。5)该索梁锚固区传力途径明确，无大范围应力集中，性能较为可靠。6)本研究可为徐明高速公路五河定淮大桥主桥索梁锚固区设计提供理论依据，并可以作为同类结构分析和使用的参考。
参考文献
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索梁锚固 篇4
笔者采用Ansys[3]有限元软件模拟建立了钢箱梁的局部计算模型, 钢锚箱模型的主要难点为主要受力板件:锚垫板和承压板的模拟方法。在模型中按照非线性接触分析手段中的面—面高级接触[4,5]技术模拟了锚垫板和承压板的接触分析, 验证了大桥的安全性, 证明了钢锚箱作为一种普遍采用的索梁锚固形式在受力性能上的合理性和可靠性。
1 工程背景
福建某特大桥, 主桥北接长门村, 南接琅岐岛。跨越闽江, 大桥处于闽江的下游, 濒临闽江的入海口, 桥址区东临东海, 是福州绕城高速公路东南段工程项目中重要的控制性工程。主桥全长848 m, 结构形式为 (35+44+66) m+550 m+ (66+44+35) m双塔双索面混合梁斜拉桥。主梁中跨采用底板水平宽度较大的流线型扁平钢箱梁、边跨采用整体式混凝土箱梁, 主要轮廓尺寸为:钢箱梁含风嘴顶板全宽为38.5 m, 不含风嘴顶板宽为34 m, 中心线处梁高3.204 m。桥跨布置见图1。
2 钢锚箱锚固区有限元计算模型
2.1 研究对象
计算模型采用Ansys有限元软件, 选取一个标准梁段的半幅模型, 主梁长度为15 m, 其中纵肋按照图2建模, 4道横隔板与远塔端主梁端部的距离为0.75 m, 3.75 m, 2×3.75 m, 3×3.75 m, 其他部位板件均按照实际图纸建模计算。
钢箱梁及钢锚箱材料[6]选用Q345q结构钢, 各向同性, 屈服极限fy=345 MPa, 弹性模量取为2.1×105MPa, 泊松比取为0.3, 密度取为7 850 kg/m3。模型边界条件的处理方式为:计算时不考虑主梁的第一体系力, 箱梁近塔侧主梁和纵隔板端部位置均按固结边界处理;在箱梁节段模型的纵向1/2剖面采用对称约束, 整个模型共有46 066个节点, 56 285个单元, 具体模型见图3。
2.2 研究方法
钢锚箱结构相对独立, 是主要受力兼传力体系, 在拉索方向有足够的连接焊缝, 使索力能流畅的传递到主梁。其结构包括锚垫板、承压板、锚固板顶、底板, 钢锚箱加劲板及钢箱梁腹板锚固区加劲翼板。钢箱梁局部模型的关键是钢锚箱锚垫板和承压板的模拟方式。按照非线性接触分析方法中的面—面高级接触技术来模拟钢锚箱的锚垫板和承压板, 由于两者为接触非线性问题, 接触非线性问题属于高度非线性。采用Ansys有限元软件建立局部模型, 锚垫板选取Solid45实体单元来模拟建立, 其他板件选取Ansys中的Shell43弹性板壳单元来模拟建立, 计算中激活Ansys计算选项中板的应力刚化效应和接触单元的厚度效应, 采用接触分析中的无限摩擦理论来模拟垫板与承压板之间的接触边界。
2.3 钢锚箱锚固区有限元分析
为了研究钢锚箱在最不利荷载组合作用下各个板件的受力性能, 采用Midas有限元软件建立全桥整体模型, 从模型中提取最不利工况作用下标准梁段的最大索力, 再将最大索力加载到锚垫板的加载面上。
2.3.1 结构计算
整体模型分析所得最不利荷载组合作用下梁段的最大索力为5 935 k N, 将索力加载到Ansys模型中, 通过计算得到模型中关键板件的Von Mises应力。由承压板、锚固板和加劲肋所形成的封闭框架作用下, 承压板所承受的垫板传来的压力呈现明显的不均匀性。框架范围内压力较大, 框架外侧接触应力较小。直接支撑承压板处的接触最强。计算各个板件在最大力工况索力作用下的最大MISES应力值如表1所示。
MPa
2.3.2 结果分析
计算模型各个关键板件的最大MISES应力见图4~图6, 从应力图可以看出, 钢锚箱作为直接受力结构, 各个板件的应力值较大, 以往的研究表明[7]钢锚箱锚固板是主要的传力构件, 索力的80%以上最终将转化为剪力由锚固区焊缝直接传递到钢箱梁腹板上, 最终完成共同受力。
1) 锚垫板的应力较大部位在开孔处, 由于锚垫板和承压板共同承受索力作用, 所以在板与板的接触位置由于压力的作用出现应力集中的现象, 应力集中部位是在锚固板与加劲板支撑位置出现, 往板边缘应力慢慢减小;
2) 承压板的应力较大部位在开孔处与承压板和腹板的焊缝处, 开孔处出现应力集中的原因和锚垫板相同, 焊缝处由于承受锚垫板传来的压力和弯矩, 所以出现应力较大的现象;
3) 锚固板作为主要传力构件应力集中位置主要出现在与承压板的焊缝处, 由于焊缝直接承受锚垫板传递的压力作用, 因此出现应力集中, 随着板的扩散, 应力衰减也较快;
4) 钢箱梁腹板为主要受力构件, 应力集中处主要在锚固区的焊缝连接处;
5) 钢箱梁顶板应力集中位置是钢锚箱锚固顶板与钢箱梁顶板的连接处, 应力集中的原因是由此处承受了较大的剪力和弯矩造成的。
3 结论与建议
3.1 结论
计算结果表明:锚箱式连接是一种合理的索梁锚固形式, 锚垫板和承压板共同承担索力, 再由承压板、锚固板和加劲板所组成封闭框架, 通过锚固区连接焊缝将索力传递到钢箱梁的腹板上, 结构是安全可靠的;采用非线性接触分析手段, 较为准确的模拟了钢锚箱的受力机制, 计算结果合理, 通过计算找到了结构受力较大的关键位置, 并分析了成因。
3.2 建议
1) 通过计算发现斜拉桥索梁锚固设计中, 承压板和锚垫板可以共同受力, 日本本州四国联络桥公团顾问远藤武夫认为应采用较厚的垫板来分布荷载, 而采用较薄的承压板, 建议可以通过有限元分析和试验相结合来找出合理的指标。2) 焊缝作为主要传力部件将承受较大的应力, 尤其是与横隔板交界处和焊缝端部, 因此在施工中应该加强检测管理。3) 通过计算找到了应力较大的板件位置, 必要时可以适当增加相应位置的板厚来有效的减小应力, 提高结构的安全性。
摘要：以福建某特大桥为背景, 采用Ansys建立了钢箱梁局部模型, 计算分析了斜拉桥索梁锚固结构的受力性能, 找到了结构的关键受力部位, 为锚固区的设计和施工提供了理论依据和相应的建议。
关键词：索梁锚固结构,应力分布,钢箱梁局部模型,Ansys
参考文献
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