钢锚箱.doc

4.2 锚固区受力机理有限元分析 通过建立有限元计算模型，分析索塔整体结构承受斜拉索拉力作用下的内力分配规律，为进一步分析锚固区受力性能提供总体依据。由于本工程采用钢结构和混凝土共同工作的原理设计索塔，而斜拉索的拉力作用于钢锚箱部分，钢锚箱与混凝土索塔之间的水平力和竖向力传递受两者刚度、传力界面机理的影响很大，特别是竖向力，所有斜拉索的竖向分力必须通过整个钢锚箱的协同工作后，作为一个整体传递给混凝土索塔，因此必须研究这一内在规律，才能为进一步的阶段模型有限元计算提供有效和符合实际的边界条件，同时，这一分析结果也可为进一步进行节段模型试验的提供划分依据。 采用线性和非线性三维有限元分析技术，分析研究索塔斜拉索锚固区钢锚箱及混凝土局部应力大小、主应力分布、变形和混凝土开裂情况。拟采用大型有限元分析程序ANSYS进行这一项目的分析研究，并采用SAP2000程序对线性分析进行校核。采用参数化建模思想，通过对分析时输入的主要计算参数进行摄动，分析不同参数下裂缝分布的特性并研究裂缝形成的机理，找到最优化和最合理的配筋方案，从而对索塔钢锚箱的设计提出改建措施和建议。 通过对节段索塔三维有限元仿真计算模型，进行考虑材料非线性、混凝土收缩徐变和混凝土开裂情况的全过程比例加载分析计算，研究索塔锚固区域的破坏形态、承载能力及安全储备情况。对于不同的不利工况内力组合，分别进行详细的计算研究，同样利用参数化建模技术，找到其承载能力的主要影响因素，提出既保证足够安全储备又具有良好经济性能的设计建议。 根据计算分析结果，邀请设计人员和技术专家，展开技术评定和研讨会，研究对比各种仿真计算结论，就钢锚箱及锚固区结构设计的合理性、安全性及其工作性能作出评价，对钢锚箱细部构造和索塔配筋设计提出合理的改进措施和建议。 4.3技术难点及创新点 超大跨径斜拉桥索塔采用组合钢锚箱锚固方式目前在国内外应用较少，在主跨跨径为850m的法国诺曼底大桥中有所应用。诺曼底大桥索塔锚固区的实际应用中，存在着一定的经验教训，出现了外围混凝土索塔局部开裂的现象。而苏通大桥主跨斜拉桥跨径为1088m，居世界第一，在国内首次采用组合钢锚箱锚固方式。由此可见，超大跨径斜拉桥索塔锚固区的实际应用有一定的技术难度，需在本课题试验研究及理论分析中得以解决。 4.3.1技术难点 斜拉桥索塔组合钢锚箱锚固方式在国内的大跨径斜拉桥中首次应用，有关资料较少，经验不足； 斜拉桥索塔锚固区节段足尺模型大吨位加载试验国内进行较少，模型节段截取困难，特别是持续长期加载，试验费用较高； 组合钢锚箱在斜拉索力作用下，塔内钢锚箱与外侧混凝土索塔共同工作，同时受混凝土收缩、徐变影响，其机理分析十分复杂； 钢锚箱与混凝土的剪力传递途径复杂，钢锚箱与混凝土之间的剪力，不仅通过剪力传力器直接传递，而且通过锚箱钢板与混凝土之间的摩擦也会分担部分剪力，理论分析及试验研究较难。 4.3.2创新点 在现场进行大吨位组合钢锚箱节段足尺模型试验，属国内首创； 采用空间斜向加载，进行全真模拟； 如采用长期加载方案，则需进行为期一年的长期加载。该试验方案国内及世界范围内未见相关报道。可观察钢锚箱锚固区及混凝土索塔壁长期持荷受力状况，观察混凝土收缩徐变对试验模型的影响； 针对混凝土收缩、徐变对索塔组合钢锚箱锚固区的受力影响，对模型试验试件采用有限元软件进行仿真分析，与试验结果相互验证； 通过足尺模型试验与仿真分析，评价斜拉索锚固区的细部构造和配筋设计，提出设计施工建议。 5 投标人既有同类科研经历 本研究课题组主要成员，近年来持续参与长大公路桥梁的建设，在南京长江二桥、润扬长江大桥、南京长江三桥、五河口斜拉桥、杭州湾跨海大桥等桥梁建设中，主持和参与了多项科研项目，取得了一定的科研成果和业绩。 在索塔节段足尺试验方面主持了南京长江第二大桥斜拉桥、润扬长江大桥斜拉桥、常州索塔模型试验。下面对这个试验简介如下： 南京长江二桥的索塔模型试验 南京长江第二大桥南汊桥斜拉桥主跨为628m，目前位居国内第一，世界第三。采用钻石形塔柱，塔高195.4m，斜拉索通过锚块锚固于上塔柱的内壁，为抵抗斜拉索的水平分力，在锚固区的塔壁内设置了相互扣合的、开口于索塔截面短边的(j15.24钢图 南京长江二桥索塔足尺节段模型索塔足尺节段模型的索塔模型试验(j15.24钢绞线群锚体系组成。模型塔身所有构造尺寸与实际索塔相同，施工工艺也与以后实际施工相同。为实现斜拉索的斜向加载，在模型底部设预应力混凝土T形截面伸臂反力梁。索塔斜向加载情况见图6～图7。 试验加载考虑多重因素后，决定分两次进行。第一次为斜向加载，目的是检验索塔在正常使用状态的设计索力下，索塔的弹性工作状态。水平加载试验再分两次进行，第一次水平加载最大吨位为8000kN，然后卸载到零，目的是为了找出模