基于多尺度模型的钢管混凝土桥塔锚固区受力性能研究

发布时间：2020-04-20 20:40

【摘要】：钢管混凝土斜拉桥桥塔的索塔锚固区构造复杂,直接承担巨大的索力,桥塔空间狭小,通常还需要在其上开孔,因而索塔锚固区的受力非常复杂。采用多尺度模型,既可以对关键区域如索塔锚固区进行精细化建模,提高计算精度,还可以考察在全桥尺度下荷载的变化对关键区域的影响。对工程上常用的多尺度方法如子结构法、子模型法和界面连接的多点约束法的基本原理进行介绍,本文采用方法为ABAQUS自带的运动耦合约束连接梁单元和实体单元,建立了不同长度的实体单元段的桥塔多尺度模型,对比其位移和应力结果,确定了合理的实体单元段长度,并验证了本文采用的多尺度界面连接方法的合理性。通过敏感性分析对缀管的半径进行修正,经过修正后的多尺度模型与全实体单元模型符合良好。基于修正后的多尺度模型,详细研究了索塔锚固区的应力分布,并分析了索力在桥塔上的分配规律。桥塔横向力由横向预应力和缀板及其加劲肋承担,其中横向预应力筋的预应力损失较少,能够固定承担一部分与张拉预应力大致相等的桥塔横向力,缀板可以承担34.0%~66.5%的桥塔横向力。桥塔纵向力大部分由核心混凝土承担,所占纵向力比例为68.2%~85.4%,索塔主钢管所占比例为11.6%~17.8%,缀板所占比例为5.2%~13.8%。讨论了粘结滑移、横向预应力和车辆荷载对索塔锚固区的影响。由于拉索和横向预应力对核心混凝土有巨大的挤压作用,大部分区域索塔主钢管和混凝土之间摩擦很大,相对滑移很小,粘结滑移效应不明显,但在锚下和索导管等应力集中的区域粘结滑移效应的影响比较大。只有预应力筋但不加预应力与没有预应力筋的结果相差不大,施加预应力能够减小缀板的应力,但对其余部分应力影响不大。单跨布置车辆荷载会使桥塔整体受弯,远离布载跨的单肢钢管混凝土受轴压力会增大,靠近布载跨的另一肢钢管混凝土轴压力比较小甚至受轴拉力,单跨车辆荷载引起的最大轴压力是恒载作用下最大轴压力的2.5%。
【图文】：

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第 1 章绪论来源混凝土斜拉桥是一种新桥型，钢管混凝土拥有优越的受压性偏压构件，将钢管混凝土运用于斜拉桥桥塔上能够充分发挥。但由于桥塔锚固区和桥塔与主梁的连接区的受力机理还没，其设计理论也没有完善，其推广和跨径的提升存在一些，河南省交通运输厅组织开展对钢管混凝土斜拉桥结构行为科技项目名称为钢管混凝土斜拉桥结构行为特性与监控研究。钢管混凝土桥塔锚固区受力性能的研究为其中的一研究背景及意义年建成的南海紫洞大桥开创了钢管混凝土斜拉桥的先河[1,+140m+69m，塔高 36m，主塔为单钢管混凝土柱，主梁为构，造型优美，体态轻盈，如图 1-1 所示。

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是一座独塔钢管混凝土斜拉桥，如图1-2 所示，于 2017 年开工建设，计划 2019 年底完工。主桥跨径为 100m+75m，主塔向短跨方向倾斜 10°，斜拉索共 26 对，双索面，主梁为预应力钢筋混凝土梁，主梁在塔梁结合部根部梁高 3.9m，其余部分梁高 3.4m，桥面宽度为 24m。图 1-2 息县淮河大桥桥塔由两肢钢管混凝土组成
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441

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