地锚式混凝土斜拉桥独斜塔锚索区节段模型试验研究

摘要

独斜塔斜拉桥造型优美，相比直塔斜拉桥，施工过程中斜塔在自重作用下产生巨大的倾覆力矩，因此多采用塔梁同步施工方法，施工斜塔无索区时设置临时支架、施工斜塔有索区时张拉斜拉索，抵抗倾覆力矩，改善斜塔受力。塔梁同步施工可有效缩短工期、节省工程造价，但施工工序复杂、存在的干扰因素多、施工技术要求高。目前，学者们对独斜塔斜拉桥塔梁同步施工的研究较少，但安全快速地建设独斜塔斜拉桥成为急迫的需求。斜拉桥索塔锚固区是将拉索的集中力安全、均匀地传递到塔柱的重要区域，锚固点作用着巨大的集中力，锚固区的受力状态复杂，应力集中明显，需给予足够的重视。迄今为止国内外学者对斜拉索交叉锚固独斜塔斜拉桥“I”形实心截面索塔锚固区的力学行为尚未开展深入系统的研究。
　　本文依托贵州省交通运输厅科技项目“芙蓉江特大桥地锚式混凝土斜塔斜拉桥建设关键技术研究”（项目编号2016-123-048），围绕芙蓉江特大桥塔梁同步施工、索塔锚固区力学行为开展了以下研究工作:
　　①采用有限元程序分析了芙蓉江特大桥塔梁同步施工全过程，研究了斜塔及主梁在施工过程中和成桥状态的受力情况，得到了斜塔临时支架的合理拆除时机。利用平面汇交力系理论研究了斜塔合力作用方向在施工过程中的变化规律。
　　②采用相似理论中的量纲分析法和方程分析法，推导出影响缩尺试验模型和实桥原型受力规律的参数之间的比例关系。采用理论推导和数值分析相结合的方法，着重研究了自重对缩尺试验模型和实桥原型应力分布的影响规律。
　　③采用数值分析、1∶4比例缩尺模型试验和实桥测试相结合的方法，研究了拉索交叉锚固独斜塔斜拉桥“I”形截面索塔锚固区的力学行为。结果表明:在索塔横向预应力和斜拉索力共同作用下，索塔锚固区整体处于弹性受力状态，安全可靠。斜拉索交叉锚固“I”形截面索塔受力明确，充分发挥了混凝土的抗压性能。横向预应力束可有效改善索塔横桥向受力，且有较大的安全储备。“I”形截面较矩形截面仅增加了四个面积较小的翼缘，却能明显改善索塔截面的受力情况。“I”形截面索塔外形美观，可起到隐藏锚固齿块的作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 独斜塔斜拉桥发展概况

1．1．1 国外独斜塔斜拉桥发展概况

1．1．2 国内独斜塔斜拉桥发展概况

1．2 斜拉桥塔梁同步施工研究现状

1．3 斜拉桥混凝土索塔锚固结构概述

1．4 斜拉桥索塔锚固区试验研究现状

1．5 本文研究的主要内容

1．6 芙蓉江特大桥概况

1．6．1 主梁结构设计要点

1．6．2 斜塔结构设计要点

第二章 独斜塔斜拉桥塔梁同步施工受力分析

2．1．1 斜塔支撑体系

2．1．2 塔梁同步施工阶段

2．2 塔梁同步施工有限元模型

2．2．1 数值分析单元的选择

2．2．2 荷载及边界条件

2．2．4 施工阶段划分

2．3．1 斜塔根部受力分析

2．3．2 斜塔成桥状态受力分析

2．3．3 斜塔合力作用方向分析

2．4 主梁受力分析

2．4．1 主梁根部受力分析

2．4．2 主梁成桥状态受力分析

2．5 本章小结

第三章 索塔锚固区节段缩尺模型设计

3．1．1 相似理论

3．1．2 量纲分析

3．1．3 自重变化对缩尺模型应力分布的影响

3．2．1 试验模型比例

3．2．2 试验模型普通钢筋及预应力钢筋换算

3．2．3 试验模型外包钢板

3．2．4 试验模型反力梁设计

3．2．5 试验模型总体设计

3．2．6 缩尺模型自重的模拟方案对比

3．2．7 缩尺模型自重变化的处理方法

3．2．8 试验模型制作工艺及流程

3．3 测点布置

3．3．1 试验模型测点布置原则

3．3．2 试验模型测点布置

3．3．3 实桥斜塔试验节段测点布置

3．3．4 实桥斜塔非试验节段传感器布置优化

3．4．1 加载方案

3．4．2 测试方法

3．5．1 混凝土立方体抗压强度测定

3．5．2 混凝土静力受压弹性模量测定

3．6 本章小结

第四章 数值分析及模型试验

4．1 试验模型数值分析

4．1．1 试验模型反力梁数值分析

4．1．2 试验模型索塔数值分析有限元模型

4．1．3 试验模型索塔数值分析结果

4．2 试验结果分析

4．2．1 反力梁试验结果分析

4．2．2 索塔锚固区塔壁试验结果分析

4．2．3 索塔锚固区锚块试验结果分析

4．2．4 试验模型与实桥测试对比分析

4．3 交叉锚固斜索塔合理截面形式

4．4 交叉锚固“I”形实心截面索塔力学行为

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文取得的主要成果

5．2 今后工作的展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果