空间六索面斜拉桥钢桥塔拉索锚固区受力分析及结构优化VIP免费

第18卷�第1期2010年3月山东交通学院学报JOURNALOFSHANDONGJIAOTONGUNIVERSITYVo.l18No.1Mar.2010收稿日期:2009-09-27作者简介:薛宪政(1983�),男,山东巨野人,大连理工大学硕士研究生,主要研究方向为桥梁与隧道工程设计创新.DOI:10.3969/.jissn.1672-0032.2010.01.010空间六索面斜拉桥钢桥塔拉索锚固区受力分析及结构优化薛宪政,潘盛山,张�哲(大连理工大学建设工程学部,辽宁大连�116024)摘要:依据钢桥塔的结构形式和受力特点,建立钢桥塔节段的板壳有限元模型,对索塔锚固区进行有限元静力分析,得出索塔锚固区的应力分布特征,通过减小塔壁与横隔板厚度、在锚固区支撑加劲肋间加水平加劲肋等对锚固区的结构进行优化,使上横隔板的应力集中现象得到了很好的解决,且传力较流畅。关�键�词:斜拉桥;钢桥塔;索塔锚固区;应力分析;结构优化中图分类号:U448.27�������文献标识码:A文章编号:1672-0032(2010)01-0038-04城市公园中,为了满足人们的视觉享受,景观桥梁的首选设计方案往往是带索结构桥梁,斜拉桥桥塔是主要的传力构件,桥塔上拉索锚固区受力复杂,常会出现较大的应力集中现象,关系到整座桥的安全耐久性。同时,由于钢桥塔结构的钢板比较薄,常有钢板还未达到破坏强度就因失稳而破坏的情况发生。因此合理的结构设计对于防止结构失稳作用显著。本文以营口青龙公园2#桥独塔斜拉桥为例,着重分析桥塔处拉索锚固区的受力原理,根据受力原理合理布置各钢板构件,以便能更有效地传递荷载而不发生屈曲,更好地发挥钢材的性能,且经济性较好。1�工程概况��营口青龙公园2#桥独塔斜拉桥总布置图如图1,2所示,图中单位为m。图1�营口青龙公园2#桥立面图图2�营口青龙公园2#桥平面图该桥主跨长75m,边跨长33m,全桥长108m,桥宽11m(6m车行道+3m人行道+2m索区)。主梁采用单箱双室箱梁混凝土结构,桥塔上部的拉索锚固区采用圆台式钢箱结构,下部为圆柱混凝土实体结构,桥塔下塔柱用3根混凝土柱与地基相连,桥塔钢混结合段采用在混凝土塔柱中预埋钢板与钢结构上塔柱相连接的方法。由于主桥路面为单路面,边跨为分开双路面,因此主跨侧为双索面,边跨侧为四索面,故拉索在钢桥塔中的锚固构造就显得复杂,受力不明确。2�受力机理及计算模型2.1�受力机理锚箱锚固区断面图与立面图如图3,4所示,图中单位为mm。中小型索桥钢桥塔所受的力一般由斜拉索通过锚杯传递给锚垫板,再由承压板传给支撑加劲肋,支撑加劲肋通过熔透焊焊接在桥塔内壁,通过焊缝传递拉索的竖向分力,拉索的水平力由横隔板和横隔板上下的水平加劲肋承担。为了更有效地传递拉索的竖向力和水平力,减少塔壁钢板的环向应力,避免钢板局部受压屈曲,在结构上进行如下布置:1)如图3,在钢塔壁上布置6道通长的竖向加劲肋,提高钢塔的承压面积,从而提高了钢塔的竖向极限承载力,增加了钢塔截面的抗弯惯性矩[1-2];2)在锚固区层面处的横隔板下面布置8道水平加劲肋I,有效传递拉索水平方向的分力。为了避免水平加劲肋I屈曲失稳,在任意2个水平加劲肋I之间加一竖向加劲肋I,如图3所示。图4给出的是斜拉桥最顶层拉索锚固区1/6拉索锚固的构造,主要由钢塔壁、锚固层处横隔板、拉索以下0�65m处第2道横隔板、支撑加劲肋、锚垫板、承压板和锚垫板上下腹板组成,构造比较简单,可以基本满足拉索力的水平和竖向传递。单层锚固区板件规格及数量如表1所示。39第1期�������������薛宪政等:空间六索面斜拉桥钢桥塔拉索锚固区受力分析及结构优化�����表1�单层锚固区板件规格及数量名称厚度/mm单节段数量/块塔壁301(钢塔范围内通长)支撑加劲肋2812(钢塔范围内通长)垫板406名称厚度/mm单节段数量/块承压板406竖向加劲肋128横隔板222名称厚度/mm单节段数量/块竖向加劲肋226水平加劲肋1282.2�有限元计算模型图5�1/2钢塔锚固区有限元模型为了研究索塔锚固区局部受力情况,以整桥为研究对象,利用有限元分析软件Midas�Civil进行整体受力分析,根据该桥索塔锚固区的结构形式和索力大小,选取最不利的索塔锚固区并参照圣维南原理确定合理的计算塔段长度,并应保证锚箱附近范围内的钢板应力受模拟边界条件影响较小,选取受力较为不利的索塔顶部1个节段进行空间分析[3],其1/2钢塔锚固...