斜拉索桥结构仿真分析-电视塔.pdf

第2届超限建筑结构有限元分析讲习班 – 深圳 3. 斜拉索桥结构仿真 3. 斜拉索桥结构仿真 庄茁1 黄东平1 汪正兴2 1 清华大学航天航空学院 1 清华大学航天航空学院 2 铁道部大桥局科学研究院 2 铁道部大桥局科学研究院 2011.05.28-29 2011.05.28-29 ABAQUS在桥梁结构中的应用 ABAQUS在桥梁结构中的应用 • Seismic response—retrofitting of the Golden Gate Bridge • Transient nonlinear dynamics 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 荆沙长江公路大桥已经竣工，投资 13.7 亿人民币。 斜拉桥全长 557 米（160+300+97 米）。 斜拉桥为双索面漂浮体系结构。 42、43 号主塔墩设置横向减震限位支座，41 号墩设竖向 承压支座，44 号墩设竖向拉压支座，本桥桥塔为 H 型结 构，混凝土标号 C40。 H 型高塔承台以上塔高 124.8 米，塔顶标高 150.2 米。 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 桥塔建模 桥塔 桥面板 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 拉索建模 • 斜拉索建模主要有三种方法：等效弹性模量法、 多段直杆法和曲线索单元法。 • 多段直杆法，将拉索离散成一串铰接的连杆，自 重和其它载荷集中作用在节点处。每索30根杆， 最大垂跨比约为0.4 ％，准确度足够。 • 拉索不能受压。实际施工中，斜拉索经过了预张 拉，拉索始终工作在拉伸状态。 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 桥面体系 • 桥面系包括主梁、桥面板和筋板，人们常用鱼刺模 型。即将桥面视为理想的抗弯、抗剪、抗扭和抗轴 力的均匀骨架单元。 • 将桥面板和主梁用实体单元模拟，下面的筋板用厚 壳单元（8节点）模拟。 主梁采用Rebar技术施加预应力。 • 选择ABAQUS/Standard 。 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 • 静力学分析， 一次性加载 • 静载荷只包括了桥梁的自重 全桥竖向位移分布 全桥竖向位移分布 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 • 桥面体系的最大挠度出现在中跨的梁段上，中 心挠度11.4cm，边缘为9.5cm。位移与桥的跨 度比很小，表明在设计成桥索力之下桥梁接近 刚性支撑连续梁状态，设计索力是合理的。 • 拉索中最大垂度为69cm，相应的垂跨比为 0.4%。这说明了用30个拉杆单元模拟一根拉索 能提供足够的精度。 • 非线性索单元，见庄茁等：基于ABAQUS的有限 元分析与应用，清华大学出版社，2009 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 全桥纵向位移分布 全桥纵向位移分布 纵向应力分布 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 •桥面最大压应力在第 20-23 主梁下表面，为 15MPa 。主梁的材料为C60混凝土，其标准强度 42.0MPa，设计强度32.5MPa，满足设计要求。 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 5号梁段沿桥纵向应力(S33)分布情况 5号梁段沿桥纵向应力(S33)分布情况 荆州长江斜拉桥结构三维仿真 • 该桥桥面体系自身是很不平衡