鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系受力性能理論與試驗研究.pdf

1、本文以青島膠州灣大橋紅島航道橋為背景,結合山東省交通科技項目《斜拉橋索塔新型錨固體系研究》(2009Y24-2),在國、內外創(chuàng)新性地提出了鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系。在收集各種鋼-混組合索塔錨固體系構造形式及研究資料的基礎上,采用理論分析、足尺節(jié)段模型試驗的方法對鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系的傳力機理、承載能力及設計方法進行了研究。
　　采用彈塑性有限元數(shù)值方法對鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系在對稱及單側索力作用下的傳力機理

2、進行了研究。數(shù)值模擬采用精細化有限元模型,特別考慮了鋼與混凝土間的接觸非線性和摩擦力以及普通鋼筋的作用。研究得到了對稱及單側索力加載全過程中斜拉索索力傳遞路徑和鋼錨板、橫隔板、豎隔板、底座、側板、混凝土、PBL剪力鍵分別承擔的水平力和豎向力的大小與比例;同時還得到了不同位置PBL剪力鍵所承擔的水平力和豎向力分布規(guī)律及其穿孔鋼筋的有效工作長度。
　　進行了鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系足尺節(jié)段模型試驗研究,采用與實橋相同的斜向加載方

3、式。試驗加載工況包括成橋索力工況、運營索力工況、超載工況和偏載工況,其中超載(對稱加載)和偏載工況(單側加載)均加載至2.2倍成橋恒載索力,加載至最大索力時,結構未達到其極限承載能力,表明鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系具有較高的安全儲備;對各工況加載過程中鋼錨板應力和位移、混凝土應力、PBL剪力鍵穿孔鋼筋應力進行了測試,將測試結果與有限元數(shù)值分析結果進行了對比,結果表明采用本文有限元數(shù)值方法可以較好的模擬結構的實際受力狀態(tài)。
　　

4、對鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系的極限承載能力進行了彈塑性有限元數(shù)值分析。得到了對稱及單側索力作用下錨固體系的極限荷載及破壞形態(tài),同時得到了錨固體系在加載全過程中的變形、應力以及混凝土裂縫發(fā)展規(guī)律。
　　進行了對稱及單側索力加載時錨板厚度、橫隔板厚度及位置、側板厚度、豎隔板厚度、PBL剪力鍵列數(shù)及其穿孔鋼筋直徑等參數(shù)變化對鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系受力性能的影響分析。結果表明,錨固體系內各構件承擔的水平力和豎向力以及其應力大小

5、對錨板厚度、PBL剪力鍵列數(shù)的變化最為敏感;錨固體系對鋼錨板厚度變化較為敏感。
　　在上述研究成果的基礎上,對鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系構造進行了設計優(yōu)化,對優(yōu)化后錨固體系的受力情況及傳力機理進行了數(shù)值分析。結果表明,優(yōu)化后錨固體系受力安全可靠、傳力更為明確,PBL建立鍵傳遞的荷載較優(yōu)化前顯著增大。提出了優(yōu)化后鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系的設計方法。通過分析影響PBL剪力鍵承載力的主要因素,提出了適用于鋼錨板式鋼-混組合索塔