基于多尺度模型的自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能研究

发布时间：2019-12-06 00:15

【摘要】：应用多尺度有限元方法研究自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能与传力特征,针对以往研究中存在的不足,提出将整桥模型通过合理的连接方式统一到锚固区精细模型中以替代刚性边界条件假定的思想,提出主缆锚固区弹性边界的概念。以目前世界上跨度最大的自锚式悬索桥——桃花峪黄河大桥为工程背景,针对大桥主缆锚固区的受力性能,建立多尺度有限元模型。同时,根据传统的研究方法,建立缩尺有限元模型与足尺有限元模型作为对比模型。设计并完成了桃花峪黄河大桥主缆锚固结构的缩尺模型试验以作对比验证。深入的对比研究表明,试验模型、缩尺有限元模型与足尺有限元模型的结果均存在失真区,失真区范围不能被定量确定,导致研究结果不可信并带来庞大的精细有限元试算工作。应用弹性边界这一广义边界条件,提出的锚固区多尺度有限元模型可以精确地预测自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区的受力性能,且不受失真区的影响,为相关研究提供了一种科学、精确、高效、实用的新思路。
【图文】：

第47卷第6期聂建国等·基于多尺度模型的自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能研究·59·验、缩尺有限元模型分析、足尺有限元模型分析，均为单一尺度研究手段;另一类则是基于平截面假定的多尺度有限元模型分析方法。本文研究首先采用传统的研究思路，，结合缩尺模型试验与缩尺有限元模型分析，研究锚固结构局部受力性能［4-6］;然后参考文献［7］的研究思路，建立足尺有限元模型作为锚固区整体受力性能研究的对照模型;最后建立多尺度有限元模型，与缩尺模型试验、缩尺有限元模型、足尺有限元模型对比局部特征点应力值，与足尺有限元模型对比主要板件应力分布特征与整体传力机制。通过多重对比，深入研究自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力图1多尺度有限元与传统有限元模拟手段对比Fig．1Comparisonbetweenmulti-scaleFEapproachesandconventionalFEapproaches图2多尺度主缆锚固区受力性能研究方案Fig．2Schemeofmulti-scalestudyforthebehaviorofcableanchoragezone性能，验证多尺度建模方法的科学性，对比分析其优势，达到本文的研究目标。1．2工程背景河南省武西高速公路桃花峪黄河大桥工程位于郑州市与焦作市交界处，主线全长27．54km，其中黄河特大桥长7．67km。桃花峪黄河大桥是工程全线跨越黄河的主桥，采用双塔三跨自锚式悬索桥形式，跨径布置为:160m+406m+160m(如图3所示)，为目前世界上跨度最大的自锚式悬索桥。锚固区加劲主梁采用扁平钢箱梁截面(如图4所示)。图3大桥立面布置图Fig．3Generalview图4锚固区加劲主梁段横断面(mm)Fig．4Crosssectionofthestiffenedmaingirderinanchoragezone(mm)

第47卷第6期聂建国等·基于多尺度模型的自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能研究·59·验、缩尺有限元模型分析、足尺有限元模型分析，均为单一尺度研究手段;另一类则是基于平截面假定的多尺度有限元模型分析方法。本文研究首先采用传统的研究思路，结合缩尺模型试验与缩尺有限元模型分析，研究锚固结构局部受力性能［4-6］;然后参考文献［7］的研究思路，建立足尺有限元模型作为锚固区整体受力性能研究的对照模型;最后建立多尺度有限元模型，与缩尺模型试验、缩尺有限元模型、足尺有限元模型对比局部特征点应力值，与足尺有限元模型对比主要板件应力分布特征与整体传力机制。通过多重对比，深入研究自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力图1多尺度有限元与传统有限元模拟手段对比Fig．1Comparisonbetweenmulti-scaleFEapproachesandconventionalFEapproaches图2多尺度主缆锚固区受力性能研究方案Fig．2Schemeofmulti-scalestudyforthebehaviorofcableanchoragezone性能，验证多尺度建模方法的科学性，对比分析其优势，达到本文的研究目标。1．2工程背景河南省武西高速公路桃花峪黄河大桥工程位于郑州市与焦作市交界处，主线全长27．54km，其中黄河特大桥长7．67km。桃花峪黄河大桥是工程全线跨越黄河的主桥，采用双塔三跨自锚式悬索桥形式，跨径布置为:160m+406m+160m(如图3所示)，为目前世界上跨度最大的自锚式悬索桥。锚固区加劲主梁采用扁平钢箱梁截面(如图4所示)。图3大桥立面布置图Fig．3Generalview图4锚固区加劲主梁段横断面(mm)Fig．4Crosssectionofthestiffenedmaingirderinanchoragezone(mm)

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2570169