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原文传递钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构传力机理研究

论文题名：	钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构传力机理研究
关键词：	桥梁工程;钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构;连接方式;荷载作用;传力规律
摘要：	钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构作为一种新型的索塔锚固结构，受力性能有着明显的优势，但其板件构造复杂，与现有的组合索塔锚固结构传力机理不同，已有研究尚不足以描述这种新的锚固形式。本文以杨梅洲大桥为工程依托，通过有限元软件数值模拟的方法，主要对其钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构在成桥恒载作用下的应力分布和索力传递规律开展研究，同时还比较了不同索塔锚固结构的构造和受力特点，探究了不同连接方式和不同荷载组合对钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构的受力影响，具体研究内容与结论如下：　　（1）对不同结构形式的索塔锚固结构的构造特点和受力性能进行对比分析，利用有限元数值模拟的方法，针对钢锚梁和钢牛腿的不同连接方式，开展钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构受力研究。研究表明：从索塔锚固结构受力性能的角度来说，相比环向预应力索塔锚固结构和钢锚梁-混凝土牛腿组合索塔锚固结构，钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构有着明显的优势。以钢锚梁和钢牛腿各构件应力峰值以及索塔所受主拉应力为判断标准，选择水平索力较大侧设置滑动连接的方式最为合理，可以最大程度的发挥钢锚梁性能，减小索塔拉应力。　　（2）选取典型索塔锚固节段，采用弹塑性有限元数值分析方法，建立精细化局部有限元模型，分析成桥索力作用下钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构各构件的受力状态和传力机理。研究表明：高应力区域主要出现在各板件连接焊缝处，并且应力沿索力方向在板件焊缝后端集中。钢锚箱各板件中，拉索水平分力主要通过后承压板N5、上支承板N6以及锚箱侧板N8传递至钢锚梁，占各个板件传递水平分力总和的85%，拉索竖向分力主要通过上支承板N6、锚箱侧板N8以及加劲板N12传递至钢牛腿，占各个板件传递竖向分力总和的 75%。钢锚梁承担了全部的拉索平衡水平分力，锚梁侧板为主要受力板件。拉索竖向分力几乎全部由对应侧的钢牛腿承担，边跨侧外腹板传递竖向力比例略高于内腹板，中跨侧则相反。绝大部分锚固区竖向剪力通过焊钉群传递，边跨侧焊钉群传递竖向力占比为 79%，中跨侧为85%。　　（3）在典型索塔锚固节段弹塑性有限元模型基础上，通过改变拉索角度，比较各构件的应力分布，观察应力分布、索力在各板件之间传递和索力分配的变化规律，以此研究不同荷载组合下钢锚梁-钢牛腿组合索塔锚固结构的传力规律。研究表明：拉索角度改变对钢锚箱应力峰值影响很小，但索力传递在各板件间的分配比例变化较大。随着拉索角度系数增大，钢锚梁应力峰值降低，承担拉索水平力比例增大，拉索角度系数超过一定限度之后钢锚梁承担全部拉索平衡水平分力。钢牛腿构件随着拉索角度系数增大，应力最大值由受竖向力控制变为受水平力控制，最大应力点位置也随之改变，腹板传递竖向力的比例减小，顶板传递竖向力比例增大。主塔端壁外表面主拉应力随着拉索角度系数增大而减小，主拉应力最大值出现位置从牛腿腹板下缘高度逐渐下移，且应力分布逐渐平缓，说明拉索角度系数增大对索塔端壁有利。
作者：	王子
专业：	土木水利
导师：	张永水
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023