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大跨径钢塔斜拉桥索塔锚固区传力机理及受力性能研究

樊少彻  
【摘要】:索塔锚固区是将桥梁上部结构所受外荷载和自重传递至索塔的关键构造,承受强大的集中荷载作用,受力和构造较为复杂,通常是控制设计和施工的难点。目前我国建设的钢塔斜拉桥数量较少,针对大跨径钢塔斜拉桥索塔锚固区的研究还不够充分。因此对钢塔斜拉桥索塔锚固区传力机理及力学性能的研究很有必要。本文通过理论分析和有限元数值模拟的方法,对某拟建的大跨径钢塔斜拉桥索塔锚固区的传力机理和实际受力特征展开研究,本文的研究内容主要包含以下几个方面:(1)概述国内外已有大跨径钢塔斜拉桥的发展现状,总结归纳钢塔斜拉桥索塔锚固区的发展历程和构造形式的特点,以及钢锚箱式索塔锚固体系尚待解决的一些问题。(2)利用有限元软件MIDAS建立了大跨径钢塔斜拉桥宏观空间杆系模型,分析了全桥模型桥塔的力学性能,同时,以此为基础给出了选取典型索塔锚固区的方法以及给出了其最不利受力模式。(3)由于斜拉桥钢桥塔索塔锚固区结构复杂,结构局部力学行为不明确,本文采用有限元软件ABAQUS建立了索塔锚固区三维精细实体局部分析模型,并详细分析了有限元模型的模型参数、单元类型、网格划分、模型加载、模型边界及约束对索塔锚固区有限元分析结果的影响。此外,通过结合全桥模型和索塔锚固区局部模型,详细分析了结构的力学特征。(4)基于索塔锚固区局部分析模型,详细阐述了斜拉索索力在钢锚箱各板件的传力机理,并通过理论计算板件之间焊缝的受力情况,定量地阐明索力在钢锚箱构造中的传力情况。此外,采用力流分析方法对锚箱式索塔锚固区传力机理进行研究,通过MATLAB软件进行了索塔锚固区传力机理的可视化分析,从整体上揭示索塔锚固区的传力机理。(5)通过对钢桥塔索塔锚固区力学特征的分析,给出了优化索塔锚固区力学性能的建议,并结合规范,提出了定量评估钢桥塔索塔锚固区安全性能的具体方法。


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