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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流范例05线性静力悬索桥锚固端详细分析.精品文档.1. 概要本例题针对地锚式悬索桥的主缆的锚固端进行了三维详细分析。锚固端承受来自主缆的很大的水平力和一定的竖向力，加之锚固端本身构造为异形的三维空间结构，因此该处受力非常复杂。通常对于该处大都根据经验进行配筋，因不能明确受力特点，所以配筋量都趋于保守，不仅导致该处基本上都是密密麻麻的钢筋，混凝土的浇筑很困难，而且所配的钢筋量以及配筋方向也未能真实的反映实际发生应力的大小和方向。本例题利用midas FEA对主缆锚固区进行了三维详细分析，明确了局部的受力状态和应力的大小及方向，进而根据分析所得的应
2、力计算了配筋量。2. 结构信息 2.1 锚固端形状所分析的地锚式悬索桥锚固端的具体形状如下图所示，长度方向为40m，高度方向为25m。 正面锚固方式示意图 2.2 分析条件分析中锚固端的混凝土使用的是抗压强度为35Mpa的混凝土，锚固板使用的是Q390的钢板。3. 模型本例题考虑了两种分析工况。第一种工况是通过向主缆施加预应力来锚固时的受力状况，第二种工况考虑的是主缆锚固后在使用状态下的锚固端应力分布情况。 (1) 模型中混凝土使用的是八节点的实体单元，锚固板使用的是四节点的板单元。由于结构对于XZ平面对称，因此考虑模型规模和分析时间只建立了1/2的模型。模型的单元总数约为55,000个。(2
3、) 荷载按压力荷载形式加载，两种荷载工况如下：Case01 : 自重 + 主缆施加预应力(如图所示)Case02 : 自重 + 外力(散索鞍处反力 + 锚固处反力) 张拉主缆时的加载状况 ( 自重 + 主缆预应力 ) 使用状态下的荷载状况 ( 自重 + 外力 ) 分析模型 4. 分析结果一般锚固端的应力集中主要发生在如图所示的A、B、C等部位。在这里除了查看上述部位外，还将查看由于主缆的预应力导致的锚板处应力集中。 4.1 分析结果锚块的自重很大，又同时承受主缆的拉力，因此对于受拉区域需要配置钢筋予以加强。钢筋量的计算以及配置方式需要设计人员根据三维有限元分析得到的最大主应力的大小、方向以及分
4、布区域来最终确定。4.2 几个主要断面的应力状况锚固端的配筋一般沿着纵桥向和横桥向进行。其中主要是针对最大主拉应力发生的区域，根据主拉应力的大小、分布以及方向通过计算来确定配筋量。混凝土的容许应力为2.74Mpa（短暂状况），通常以该值（或者设计人员自己根据经验或者设计需要设定的基准值）作为是否需要进行配筋的判断依据。(1) 自重加预应力荷载工况下两个方向的主要断面的应力分布如下图所示。最大主应力产生在锚固板底部的位置，大小为3.02MPa。对于纵桥向或者横桥向或者其他任意方向，都可以利用midas FEA提供的剖断面(Slice Plot)功能在最大主应力产生位置进行断面剖分，非常方便地查看
5、应力大小和分布。下图显示在锚固板周边产生了应力集中，因此主要针对该区域进行配筋计算。根据应力结果进行配筋的方法通常采用容许应力法，即假设全部拉应力由钢筋来承担，以此来计算配筋量。 对于垂直于纵桥向的截面， 可以如下图所示，对与主缆锚固方向相同的截面进行验算。 配筋计算的基本步骤 计算主应力的大小和方向 计算主应力方向上作用的张拉内力 计算整体坐标系各方向上的张拉力 计算整体坐标系各方向上的配筋量 按最少配筋量的方向确定钢筋布置方向 按与钢筋布置方向的垂直方向配置钢筋配筋方法是根据单元的主应力大小和方向计算整体坐标系各方向的拉应力，再根据整体坐标系各方向的拉应力和容许应力的比值来计算最终所需的配
6、筋量。配筋量计算区域主要是针对主拉应力大于3MPa的单元。配筋计算的基本步骤如下。 下面对于前图的A区域中产生最大主拉应力的8252号单元进行配筋计算。单元最大主拉应力(MPa)X方向的余弦值UxY方向的余弦值UyZ方向的余弦值Uz82523.0259.001e-002-2.896e-0029.955e-001 为了计算最大主拉应力方向上作用的张拉力，需计算各方向的作用面积。分析模型的单元大小为0.5 x 0.5 x 0.5(m)，因此各方向的作用面积可按0.5 x 0.5 /ui (m2)来计算。计算结果如下。单元X方向上的作用面积(m2)Y方向上的作用面积(m2)Z方向上的作用面积(m2)
7、82522.7774698.63260.25113利用该面积计算主应力方向上的张拉力结果如下。单元X方向作用面上的张拉力 (kN)Y方向作用面上的张拉力 (kN)Z方向作用面上的张拉力 (kN)82528401.84426113.605759.669 各方向上的张拉力可按 来计算如下。单元X方向作用力(kN)Y方向作用力(kN)Z方向作用力(kN)825293343.45901712.9763.1025 各方向所需钢筋量可以根据(3)中得到的张拉力除以容许拉应力来确定。这里我们使用容许拉应力为185MPa的HRB335钢筋，计算所得配筋面积如下。单元X方向所需配筋量(cm2)Y方向所需配筋量(
8、cm2)Z方向所需配筋量(cm2)82525045.59248741.23241.249 根据(4)计算得到Z方向的配筋量最少，因此按该方向配置水平钢筋。 在与水平钢筋垂直的平面内，按相互垂直的两个方向确定钢筋间距来配筋。 按照上述方法，对于主拉应力大于3MPa的区域计算钢筋量予以配筋。(2) 下面对于自重和使用状态下的外力共同作用的工况查看各主要断面的应力分布状况。如下图所示，应力集中主要产生在支撑散索鞍的结构下部拐角处，大小为7.568MPa。首先来查看一下横断面的主应力分布。由图可知应力集中发生在截面形状发生变化的拐角处，也正因为此，设计时为了使该部分的应力能够尽量分散，事先在该位置考虑
9、了加腋。ABC对于纵桥向断面由图可知应力比较集中，因此可以对于应力状态不同的区域分别进行配筋。配筋方法和前面所述的方法相同。 另外对于锚固板的位置，可以按照锚固板的方向剖开断面后，根据该断面的应力分布状况进行配筋。如下图所示，锚固板处产生的最大主拉应力为5.432MPa。根据前面的配筋量计算方法，得到的散索鞍下部以及锚固板处所需钢筋量如下表所示。位置单元X方向所需钢筋量(cm2)Y方向所需钢筋量(cm2)Z方向所需钢筋量(cm2)散索鞍下部41676302.440563060.237154.299锚固板51703130.290159541.448168.311散索鞍下部以及锚固板处都是Z方向的
10、钢筋量最少，因此选择在该方向配置水平钢筋。之后对于与该钢筋垂直的两个方向计算钢筋间距予以配筋。5. 结论(1) 自重和预应力工况作用下锚固板下部区域产生了最大3.02Mpa的拉应力。对于自重和使用状态下的工况，在散索鞍下部产生了最大7.198MPa的拉应力，在上部锚固板的区域产生了最大5.432Mpa的拉应力。根据不同工况、不同区域主拉应力的大小、方向以及产生区域的大小计算了所需钢筋量并进行了合理地配置。(2) 对于悬索桥锚固端的区域，由于受力非常复杂，采用本资料中基于三维有限元仿真分析的结果，查出最大应力发生的位置、大小和方向，可以进行精确的钢筋量计算以及确定合理配置的方法，从而实现更加准确、安全地设计。