范例_05_线性静力_悬索桥锚固端详细分析.doc

1. 概要 本例题针对地锚式悬索桥的主缆的锚固端进行了三维详细分析。锚固端承受来自主缆的很大的水平力和一定的竖向力，加之锚固端本身构造为异形的三维空间结构，因此该处受力非常复杂。通常对于该处大都根据经验进行配筋，因不能明确受力特点，所以配筋量都趋于保守，不仅导致该处基本上都是密密麻麻的钢筋，混凝土的浇筑很困难，而且所配的钢筋量以及配筋方向也未能真实的反映实际发生应力的大小和方向。本例题利用midas FEA对主缆锚固区进行了三维详细分析，明确了局部的受力状态和应力的大小及方向，进而根据分析所得的应力计算了配筋量。 2. 结构信息 2.1 锚固端形状 所分析的地锚式悬索桥锚固端的具体形状如下图所示，长度方向为40m，高度方向为25m。 2.2 分析条件 分析中锚固端的混凝土使用的是抗压强度为35Mpa的混凝土，锚固板使用的是Q390的钢板。 3. 模型 本例题考虑了两种分析工况。第一种工况是通过向主缆施加预应力来锚固时的受力状况，第二种工况考虑的是主缆锚固后在使用状态下的锚固端应力分布情况。 模型中混凝土使用的是八节点的实体单元，锚固板使用的是四节点的板单元。由于结构对于XZ平面对称，因此考虑模型规模和分析时间只建立了1/2的模型。模型的单元总数约为55,000个。 荷载按压力荷载形式加载，两种荷载工况如下： Case01 : 自重 + 主缆施加预应力(如图所示) Case02 : 自重 + 外力(散索鞍处反力 + 锚固处反力) ]  4. 分析结果 一般锚固端的应力集中主要发生在如图所示的A、B、C等部位。在这里除了查看上述部位外，还将查看由于主缆的预应力导致的锚板处应力集中。 4.1 分析结果 锚块的自重很大，又同时承受主缆的拉力，因此对于受拉区域需要配置钢筋予以加强。钢筋量的计算以及配置方式需要设计人员根据三维有限元分析得到的最大主应力的大小、方向以及分布区域来最终确定。 4.2 几个主要断面的应力状况 锚固端的配筋一般沿着纵桥向和横桥向进行。其中主要是针对最大主拉应力发生的区域，根据主拉应力的大小、分布以及方向通过计算来确定配筋量。混凝土的容许应力为2.74Mpa（短暂状况），通常以该值（或者设计人员自己根据经验或者设计需要设定的基准值）作为是否需要进行配筋的判断依据。 自重加预应力荷载工况下两个方向的主要断面的应力分布如下图所示。最大主应力产生在锚固板底部的位置，大小为3.02MPa。对于纵桥向或者横桥向或者其他任意方向，都可以利用midas FEA提供的剖断面(Slice Plot)功能在最大主应力产生位置进行断面剖分，非常方便地查看应力大小和分布。 下图显示在锚固板周边产生了应力集中，因此主要针对该区域进行配筋计算。根据应力结果进行配筋的方法通常采用容许应力法，即假设全部拉应力由钢筋来承担，以此来计算配筋量。 对于垂直于纵桥向的截面， 可以如下图所示，对与主缆锚固方向相同的截面进行验算。 配筋计算的基本步骤 计算主应力的大小和方向 ↓ 计算主应力方向上作用的张拉内力 ↓ 计算整体坐标系各方向上的张拉力 ↓ 计算整体坐标系各方向上的配筋量 ↓ 按最少配筋量的方向确定钢筋布置方向 ↓ 按与钢筋布置方向的垂直方向配置钢筋 配筋方法是根据单元的主应力大小和方向计算整体坐标系各方向的拉应力，再根据整体坐标系各方向的拉应力和容许应力的比值来计算最终所需的配筋量。配筋量计算区域主要是针对主拉应力大于3MPa的单元。配筋计算的基本步骤如下。 下面对于前图的A区域中产生最大主拉应力的8252号单元进行配筋计算。 单元 最大主拉应力 (MPa) X方向的 余弦值Ux Y方向的 余弦值Uy Z方向的 余弦值Uz 8252