大跨度PC矮塔斜拉桥箱梁应力及索梁锚固局部应力分析-建筑与土木工程专业论文.docx

摘 要 矮塔斜拉桥因其外形美观、主梁刚度大、跨越能力强可用于铁路桥梁的建设。本文 是以即将建设的成昆铁路扩能改造工程三堆子金沙江预应力混凝土矮塔斜拉桥为背景， 对预应力混凝土矮塔斜拉桥的若干关键问题进行了数值模拟分析，主要工作和结论如 下： 1.基于 APDL 语言对矮塔斜拉桥的索力优化进行参数化分析。斜拉索是矮塔斜拉桥 的重要组成部分，斜拉索与主梁的锚固使主梁类似多点弹性支撑的连续梁。当荷载确定 时，通过调整斜拉索的索力，可以改变结构的受力分配，使反映结构的各种性能指标达 到最优。矮塔斜拉桥为三维空间结构，要进行索力优化计算需要建立空间有限元分析模 型，本文选用弯曲能量最小的原理，通过 ANSYS 参数化设计语言 APDL 编制索力优化 程序段，对索力优化进行了分析计算，得到成桥状态恒载作用下的一组索力值。本文建 立的索力优化模型精确模拟了主梁截面在高度和宽度方向的变化， 弥补了以往应用 ANSYS 建模时模拟主梁的不足。计算实践表明，所编制程序计算精度较高，应用方便， 并且收敛速度快，具有很高的应用价值。 2.采用 ANSYS12.1 建立预应力混凝土矮塔斜拉桥上部结构三维空间有限元模型。计 算分析表明，结构在自重、二期恒载和预应力共同作用下主梁的线型平顺，主梁受力均 匀，各截面处于受压状态，出现的最大压应力远小于混凝土的抗压强度限值。结构在自 重、二期恒载、预应力和最不利活载共同作用下主梁各控制截面的竖向位移和纵向应力 均在合理范围内。在活载（偏载）作用下，得到了主梁各控制截面左、中、右腹板的纵 向应力分布特征。结果表明在主梁向下挠曲变化最剧烈的部位，偏载下方边腹板的纵向 应力小于远离活载的另一边腹板，可知该部位是主梁受力最不利的区域，如中跨跨中截 面和边跨跨中截面，而主梁其他部位偏载下方边腹板的纵向应力大于远离活载的另一边 腹板，由于主梁全截面受压，出现这样的应力分配使结构具有一定的安全储备。本文首 次探索了预应力混凝土矮塔斜拉桥单箱双室主梁左、中、右三个腹板的纵向应力分布特 征，得到了较好的结果，可为同类型的桥梁设计提供参考。 3.运用 ANSYS12.1 对多种新型的索梁锚固方式进行了数值分析。结果表明：在单 钢板锚拉的情况下，虽然锚固段主梁混凝土绝大部分区域的应力值在允许的范围内，但 是钢板局部应力过大，通过分析不宜采取该锚拉方式。采用双钢板锚拉时，锚固段主梁 混凝土和钢锚拉板结构绝大部分区域应力在允许的范围内，局部应力较大的部位可以采 I 取适当的加固措施，可以满足结构受力要求。总体来说采用钢锚拉板锚固，结构新颖， 样式优美，但是锚拉结构传力复杂，钢板和混凝土之间的连接不好处理，要消耗大量钢 材，费用较高。当采用混凝土锚拉块锚固时，必须适当加入预应力才能满足结构受力要 求。通过圆导角锚块锚固和楔形导角锚固的数值计算，可知采用楔形导角锚块锚固时， 锚固段梁体和锚拉块大部分处于受压状态，个别区域出现拉应力，与圆导角锚块锚固时 的最大拉应力值相比，出现的最大拉应力要小的多，并且应力集中的面积很小。楔形导 角大部分处于受压状态，其中出现最大拉应力的位置属于构造发生突变的截面，出现局 部应力集中现象，集中应力数值小，范围小，如果采用圆角过渡，可以满足结构受力要 求。索梁锚固的方式不同，锚固区梁段的受力比较复杂，影响因素较多，通过对四种不 同锚固型式的分析计算，可为矮塔斜拉桥的索梁锚固设计提供参考。 关键词：矮塔斜拉桥；ANSYS；APDL；索力优化；预应力混凝土；索梁锚固 II Abstract Extradosed cable-stayed bridge because of its beautiful appearance, the main girders stiffness, strong spanning ability can be used in the construction of railway Bridges. The upcoming construction of the Chengdu-Kunming railway expansion renovation project of Jinsha River prestressed concrete extradosed cable-stayed bridge as the background, some key problems of prestressed concrete extradosed cable-stayed bridge are carried out numerical simulation analysis, the main work and conclusions are as follows: Based