朱春莹期中答辩

姓名：朱春莹

指导教师：包龙生学科领域：桥梁与隧道工程

自锚式悬索桥锚固区局部应力分析主要内容一、课题的研究内容二、国内外同类课题的研究现状三、课题的研究方法及进展四、预期目标一、课题的研究内容自锚式悬索桥以其结构造型美观和对地形、地质状况适应性强等优点，目前我国越来越多的城市桥梁、中小型桥梁，乃至跨江河的大桥都采用该种桥型。为了确保自锚式悬索桥施工和成桥运营期间的安全性，使得自锚式悬索桥结构的设计更加经济合理，本文以沈阳四环快速路浑河景观桥作为工程背景，开展了对自锚式悬索桥成桥运营阶段主缆锚固区局部受力性能和桥面板的疲劳性能的研究。二、国内外的研究现状根据主梁材料的不同，自锚式悬索桥大体分为钢梁、混凝土梁、钢混结合梁三大类。二、国内外研究现状名称地点跨径布置失跨比概况科隆-迪兹桥德国92.3+184.5+92.31/8.61915年建成，钢梁第七街桥美国67.5+134.8+67.51/8.11926年建成，钢梁清洲桥 日本45.8+91.5+45.81/7.11928年建成，钢梁科隆-米尔海姆桥德国91+315+911/9.11929年建成，钢梁此花大桥日本120+300+1201/6.01990年建成，钢梁永宗桥 韩国125+300+1251/5.01999年建成，钢梁旧金山-奥克兰海湾新桥 美国385+180建造中，钢梁Sorok岛桥韩国110+250+1101/5.0建造中，钢梁2.1国外部分已建或在建的自锚式悬索桥二、国内外研究现状名称主梁材料跨径布置失跨比建成时间广西桂林丽君桥钢梁25+70+251/5.492001年建成金石滩金湾桥混凝土梁24+60+241/8.02002年建成浙江金华康济桥钢混结合梁30+100+301/7.52003年建成抚顺万新大桥混凝土梁70+160+701/6.02004年建成佛山平胜大桥钢梁2x30+350+301/12.52006年建成长江三叉矶大桥钢梁132+328+1321/5.02006年建成钱江大桥钢梁83+260+260——2008年建成南京长江隧道右汊江心洲大桥钢梁35+77+60+248+351/12.342009年建成2.2国内部分已建或在建的自锚式悬索桥二、国内外研究现状2.3自锚式悬索桥锚固区结构形式主缆与加劲梁的锚固主缆在塔顶的锚固自锚式悬索桥主缆锚固混凝土加劲梁主缆锚固钢加劲梁主缆锚固钢混组合梁主缆锚固二、国内外研究现状2.3自锚式悬索桥锚固区结构形式混凝土加劲梁主缆锚固结构

根据我国已建、在建的自锚式悬索桥来看，混凝土加劲梁主缆锚固结构主要有三种锚固方式：a主缆不散开，直接锚固在锚固体上，类似于斜拉桥斜拉索和主梁的锚固。采用这种锚固方式的有大连金石滩自锚悬索桥。二、国内外研究现状2.3自锚式悬索桥锚固区结构形式b主缆在散索鞍处散开，分别锚固在锚固体上。这种锚固方式锚固体采用的是锚固梁或者锚固块。锚固体必须具有足够的强度和刚度来传递主缆的水平分力。绝大多数自锚式悬索桥采用这种锚固方式。采用这种锚固方式的有延吉布尔哈通河局子街桥、浙江永康溪心桥等。二、国内外研究现状2.3自锚式悬索桥锚固区结构形式c主缆采用钢丝绳，连续绕在梁端的锚固跨上。这种形式的锚固体系使钢丝绳在锚固跨连接为环形，钢丝绳的转向通过转索鞍来实现。抚顺万新大桥就是采用的这种锚固方式。二、国内外研究现状2.3自锚式悬索桥锚固区结构形式钢-混组合加劲梁主缆锚固结构在我国，已建成的钢混组合加劲梁的自锚式悬索桥很少，而且大多都是钢桁梁(钢箱梁)和钢筋混凝土桥面板结合形成组合梁。主缆和加劲梁的锚固，主要是通过设置在梁端的刚性横梁来实现，桂林市丽君桥就是采用这种方式。

二、国内外研究现状2.3自锚式悬索桥锚固区结构形式钢加劲梁主缆锚固结构加劲梁采用钢结构的自锚式悬索桥主缆在梁端的锚固方式主要有以下三种：a锚固结构采用混凝土结构。为了克服由于钢结构局部应力过大出现失稳的问题，一部分钢结构加劲梁采用混凝土结构对主缆进行锚固。南京长江隧道右汊江心洲大桥就是采用这种锚固方式。二、国内外研究现状2.3自锚式悬索桥锚固区结构形式b锚固结构采用钢结构。主缆进入钢结构锚固体，通过散索鞍散开分别锚固在锚固面上。锚固体通过高强螺栓或者焊缝与钢箱梁的顶板、底板和腹板相连，将力传递给全截面。韩国永宗大桥、日本此花大桥均采用了这种锚固方式。二、国内外研究现状2.3自锚式悬索桥锚固区结构形式c锚固结构采用环形锚固结构。采用这种锚固方式的自锚式悬索桥，主缆采用钢丝绳，连续绕在梁端的帽梁上（一般为预应力混凝土结构），连接为环形。美国旧金山‐奥克兰海湾新桥西锚就采用这种环形锚固结构。二、国内外研究现状锚固结构采用混凝土二、国内外研究现状锚固结构采用钢结构钢结构锚固平面钢结构锚固立面二、国内外研究现状锚固结构采用环形锚固结构钢结构锚固平面钢结构锚固立面三、研究方法及进展3.1工程概述浑河景观桥主桥结构采用塔梁固结的独塔自锚式悬索桥方案。桥跨布置为48+2×180+48=456m，全长456m，两个主跨为悬吊结构，索塔两侧结构对称。桥面宽度为42.5m，上部加劲梁采用等高度钢箱梁，钢箱梁采用整体式带挑臂扁平箱形断面，标准梁高4.0m，标准梁段长度为9.0m。三、研究方法及进展浑河景观桥钢箱梁标准截面图三、研究方法及进展

浑河景观桥主缆与加劲梁锚固采用的是铸钢承压体与格构式钢结构组合的结构形式。两根主缆的索股锚固在梁内垂直于主缆轴线的铸钢承压体上，中央纵腹板与铸钢承压体两者之间采用熔透焊缝焊接，两块内侧纵腹板上开孔使铸钢承压体穿过，周边与铸钢承压体熔透焊接。三、研究方法及进展浑河景观桥锚固结构形式锚固构造立面锚固构造平面三、研究方法及进展3.2研究方法对于锚固区的分析运用Midas/FEA有限元软件建立空间有限元模型对选取的典型节段进行局部应力分析，以掌握模型中局部应力的分布情况。为了观察结构的安全性，主缆的索力取为最不利索力T=50000kN。锚垫板及锚固区加劲板为主要承受荷载的结构，主缆的索力通过锚垫板和锚固区加劲板将荷载分散到主梁上，因此模型的重点也在于通过有限元分析观察在最不利荷载作用下锚固区的应力状态。三、研究方法及进展3.2研究方法对于桥面板的分析运用Midas/FEA有限元软件建立桥面板局部有限元模型，计算钢箱梁正交异性桥面板的应力幅值。分别按照Eurocode3规范和AASHTO2007规范规定对浑河景观桥钢桥面板进行疲劳验算。三、研究方法及进展由于关注锚固构造的局部受力性能，远处的边界条件对局部受力性能的影响不是很大，所以选择局部梁段建模分析。纵桥向选取的节段长度为12m，钢铸件锚垫板前端的长度为9m，锚垫板后端的长度为3m。横桥向选取的节段长度为两个内腹板之间的距离进行应力分析，建模时考虑到主缆索力及结构的对称性，只取结构的一半，即中腹板到内腹板板的节段，中腹板厚取为原板厚的一半，且在中腹板上施加对称约束。3.3锚固区的研究进展三、研究方法及进展主缆锚固区空间有限元分析模型三、研究方法及进展主缆锚固区模型内部构造三、研究方法及进展钢材弹性模量E=210GPa，泊松比γ=0.3。计算模型横向取4条U肋宽度，纵向截取实桥行车方向4倍横隔板间距长度。选取横隔板高度为0.75m来进行所有的分析，并约束横隔板下端的所有自由度。如下图