大跨度斜拉桥混凝土索塔钢锚箱锚固区受力机理研究

摘要

本文结合大跨度斜拉桥具体工程，较为深入系统地研究了大跨度斜拉桥混凝土索塔钢锚箱锚固区的受力机理。主要做了以下工作：从整体结构上分析了斜拉索索力的传递规律，分析拉索的水平分力、竖向分力如何在索塔锚固区构件中传递，定量计算了各部分构件具体分担了多少拉索水平分力、多少拉索竖向分力，比较了构件尺寸变化对承担拉索分力的影响情况。另外，在定量计算锚固区构件分担拉索水平分力以及竖向分力时，除了采用比较精确的采用空间有限元方法，本文尝试提出了一些简化的计算方法，对简化计算方法进行了研究，比较不同方法的适用性和计算精度。斜拉桥索塔的受力计算常常采用杆系有限元方法，分别采用钢—混凝土组合截面与混凝土截面计算索塔的受力，比较的计算结果差别，分析钢锚箱对索塔应力的影响程度。本文通过空间实体有限元模型计算索塔的真实受力情况，与杆系有限元方法计算结果比较，分析由于钢锚箱引起索塔截面变化对计算结果的影响。 大跨度斜拉桥混凝土索塔钢锚箱锚固区通常在索塔的顶部受到较大的拉索水平力作用，尽管钢锚箱能够承担较大的水平分力，但是还有一部分水平力会被混凝土塔壁承受，通过对索塔塔壁混凝土的受力状况进行计算，分析其应力分布规律，确定可能开展的裂缝。另外钢锚箱直接受到斜拉索强大索力作用，由于钢锚箱板件多、构造复杂，应力集中现象严重，特别是其受力的方向性复杂，通过对索塔中钢锚箱的受力状况进行计算，分析板件应力分布规律，考虑材料非线性因素影响计算了钢锚箱的超载能力，确定可能发生破坏的位置。斜拉桥索塔锚固区的剪力钉是专门用来传递钢锚箱和索塔之间的竖向剪力的构件，对斜拉桥索塔的安全有着至关重要的作用。本文通过试验测试了考虑索塔不同位置的剪力钉承载力和抗剪刚度，分析了钢锚箱与混凝土塔壁间摩擦力对钢与混凝土之间的抗剪性能影响，另外通过试验测试了剪力钉规格为直径22mm长度200mm，混凝土的强度等级为C50，且剪力钉处于侧立状态下焊钉连接件的力学性能。利用三维弹簧单元模拟剪力钉，通过索塔空间的有限元模型，计算分析剪力钉的受力情况，得到了剪力钉剪力的分布规律，比较了改变钢锚箱节段连接数量和变化剪力钉横桥向布置时的剪力钉受方。本文最后结合上海长江大桥工程，对其索塔锚固区进行节段试验。测试在不同荷载情况下，索塔混凝土、钢锚箱板件的应力与变形，并与有限元计算结果进行对比确认索塔锚固区的承载能力及安全储备。关键词：斜拉桥，锚固区，混凝土索塔，钢锚箱，剪力钉，大跨度，有限元，抗剪刚度，抗剪强度，极限承载力，试验。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1大跨度斜拉桥钢锚箱混凝土索塔发展应用概况

1.1.1斜拉桥的发展概述

1.1.2斜拉桥索塔的发展概述

1.1.3斜拉桥索塔锚固区的发展概述

1.1.4大跨度混凝土索塔锚固区结构形式的比较

1.2斜拉桥钢锚箱索塔锚固区受力机理研究现状

1.3工程背景

1.4本文的主要内容

1.4.1斜拉索力的传力机理

1.4.2混凝土索塔整体的受力分析

1.4.3索塔混凝土塔壁和钢锚箱的受力机理

1.4.4剪力连接件承载力试验

1.4.5索塔锚固区剪力连接件受力特性

1.4.6索塔锚固区节段模型试验

第2章 斜拉索索力的传力机理

2.1概况

2.2斜拉索的传力机理分析

2.2.1斜拉索水平分力的传力机理

2.2.2斜拉索竖向分力的传力机理

2.2.3钢锚箱板件对分配斜拉索索力关系的影响

2.3斜拉索传力机理的简化计算

2.3.1斜拉索水平分力传力的简化计算方法

2.3.2斜拉索竖向分力传力的简化计算方法

第3章 混凝土索塔整体的受力特性计算

3.1概况

3.2杆系有限元方法计算

3.3实体有限元方法计算

3.4小结

第4章 索塔混凝土塔壁和钢锚箱的受力机理

4.1混凝土受力分析

4.1.1有限元模型

4.1.2混凝土应力分布

4.1.3混凝土塔壁裂缝宽度验算

4.2钢锚箱受力机理

4.2.1有限元模型

4.2.2钢锚箱计算结果

4.2.3钢锚箱极限承载力分析

第5章 剪力钉承载力试验

5.1概况

5.2国内外剪力钉抗剪强度的研究

5.2.1焊钉连接件抗剪承载力的几个概念

5.2.2焊钉连接件抗剪承载力现有试验方法

5.2.3焊钉连接件抗剪承载力现有计算公式

5.3索塔锚固区剪力钉的抗剪强度

5.3.1焊钉连接件试验模型的设计

5.3.2试验加载及试验测试方案

5.3.3焊钉连接件模型试验结果及分析

5.3.4小结

第6章 索塔锚固区剪力钉受力分析

6.1概况

6.2索塔锚固区剪力钉的受力计算

6.2.1计算条件

6.2.2计算结果

6.3其他因素对索塔锚固区剪力钉受力的影响

6.3.1底部钢锚箱边界条件对剪力钉受力的影响

6.3.2不同钢锚箱节段连接对剪力钉受力的影响

6.3.3剪力钉横向间距调整对剪力钉受力的影响

第7章 索塔锚固区节段模型试验

7.1试验目的与内容

7.2试验方法与加载方案

7.2.1试验模型设计

7.2.2试件的加工制造及材料特性

7.2.3加载方案

7.2.4测点布置

7.2.5测试内容

7.2.6仪器设备

7.3试验结果分析

7.3.1混凝土塔壁试验结果

7.3.2钢筋应力测试结果

7.3.3钢锚箱试验结果

7.3.4边跨剪力钉应力分布趋势

7.4结论

第8章 结论与展望

8.1结论

8.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果