預(yù)應(yīng)力混凝土空心橋塔錨固區(qū)受力特點研究

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　　簡介： 無中間橫梁的預(yù)應(yīng)力混凝上空心橋塔構(gòu)造簡單、施工方便、節(jié)省工程量。但拉索錨固區(qū)通過雙向預(yù)應(yīng)力平衡強大的拉索水平分力，受力十分復(fù)雜。為研究索塔錨固區(qū)的受力特點，對蕪湖長江大橋進行了足尺模型試驗，并結(jié)合有限元分析，指出了索塔錨固區(qū)的應(yīng)力分布特點，其結(jié)果對于類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要的參考價值。

　　關(guān)鍵字：預(yù)應(yīng)力混凝上結(jié)構(gòu) 橋塔 錨固區(qū)

　　1 前 言

　　蕪湖長江大橋為公鐵兩用矮塔斜拉橋，其主塔拉索錨固區(qū)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱形結(jié)構(gòu)。單箱單室截面。由于未設(shè)中間橫梁，在預(yù)應(yīng)力及強大的拉索索力作用下，錨固區(qū)的應(yīng)力分布及其傳遞十分復(fù)雜。為研究主塔錨固區(qū)的應(yīng)力分布規(guī)律，為設(shè)計提供依據(jù)，對蕪湖長江大橋主塔錨因區(qū)進行了足尺模型試驗。模型平面尺寸與實際結(jié)構(gòu)完全相同。在高度方向截取—一個索距（1．2m），其制作工藝按實橋的工藝要求進行。

　　模型試驗不僅測試了混凝土表面的應(yīng)力分布，而且在混凝土內(nèi)部布置了測點，測試了混凝土內(nèi)部的正應(yīng)力和剪應(yīng)力。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，僅取模型的1／4進行描述。并用虛線將其劃分成A、B、C三個區(qū)域，順橋向為x 方向，橫橋向為y方向。

　　2 模型的應(yīng)力分布

　　2．2 σx的分布

　　實測的σx在模型上表面的分布為：A區(qū)為塔的側(cè)壁，表現(xiàn)為明顯的拉彎組合應(yīng)力特點，內(nèi)角點處的應(yīng)力梯度很大，相對A側(cè)壁區(qū)而言，錨固壁上B區(qū)的2向正應(yīng)力常常受到忽視。試驗結(jié)果表明：錨固壁從內(nèi)側(cè)到外側(cè)，σx逐漸以拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，拉索索孔范圍內(nèi)的應(yīng)力較為均勻，外側(cè)壁應(yīng)力很小，在塔角C區(qū)域，最大拉應(yīng)力沿斜向分布。

　　2．2 σy的分布

　　實測的σy在模型上表面的分布，表現(xiàn)為明顯的彎曲應(yīng)力特征。在錨固壁B區(qū)外側(cè)，拉應(yīng)力數(shù)值十分巨大，最大值達21．06MPa.設(shè)計者在該區(qū)域布置了36根Φ32預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，形成強大的預(yù)應(yīng)力是非常必要的。

　　2．3 剪應(yīng)力τxy的分布

　　實測結(jié)果與理論計算均表明拉索的水平分力通過平行于拉索的豎直面?zhèn)飨騻?cè)壁，在該豎直面內(nèi)，τxy及τyz均很小，而τxy則很大。由于τyz的分布十分復(fù)雜，用有限的實測值很難描述其分布規(guī)律，因此進行了詳細的計算，并將實測值與理論值進行對比分析，進而描述剪應(yīng)力τxy的分布特點。

　　由此可以描述剪應(yīng)力τxy的分布特點如下。剪應(yīng)力τxy從錨下開始成喇叭狀沿斜向向角點方向傳遞，最大值傳至內(nèi)梗肋后，喇叭口逐漸收攏。離拉索錨固區(qū)較遠的截面，剪應(yīng)力分布較均勻。因此?？梢哉J為，在索塔錨固區(qū)，剪應(yīng)力成復(fù)雜的空間分布，在不同的高度上、最大剪應(yīng)力出現(xiàn)的平面位置并不一樣。設(shè)計工程師應(yīng)該充分考慮剪應(yīng)力的這種特殊分布形態(tài)。

　　2．4 最大主拉應(yīng)力

　　模型混凝土表面的主拉應(yīng)力分布，其最大值出現(xiàn)在錨固壁中線外側(cè)及側(cè)壁靠內(nèi)梗肋處，在錨固壁外側(cè)，σ1與σy的分布十分相似；在側(cè)壁上，σy則與σx分布相似，且數(shù)值相差不大，由此說明。只要有效地控制σx及σy就能有效地控制主拉應(yīng)力。

　　3 模型與原型的比較

　　用有限元方法對模型和原型沿索孔方向的應(yīng)力分布進行了詳細分析。在相同的坐標(biāo)系下，二者沿索孔方向的應(yīng)力分布規(guī)律一致。在相同的荷載作用下，原型應(yīng)力略小于模型應(yīng)力。

　　4 結(jié) 語

　　通過以上分析可知：無中間橫梁的預(yù)應(yīng)力混凝土空心橋塔拉索錨固區(qū)的剪應(yīng)力呈空間形態(tài)分布，其最大主拉應(yīng)力的控制點在錨固壁中線外側(cè)及側(cè)壁靠梗肋處。模型試驗?zāi)軌蛘鎸嵎从吃偷氖芰μ攸c，其試驗結(jié)果對于類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要的參考價值。