矮塔斜拉桥索塔及索鞍区域空间应力分析
矮塔斜拉桥施工过程结构应力监测与分析
３ 应 力分析
３ １主梁、索塔监测截面应力情况 ．
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预应 力结构 ；主梁 划分 为３ 个梁段 ，其 中０ 梁段长 ５ ５ ， ９ ＃ ． ｍ 边跨支 架现 浇梁段长 ６ ９ ，边 、中跨合 拢段长 均为２ ，其 ．ｍ ｍ
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向阳大桥主桥上部 结构应 力监测截面布置情况 如图２ 所
示 。主梁共布设６ 个应力监测截面，每个索塔 分别在塔根和索 塔中问位置布设应力监测截面。主梁应力监测截面测点布置如 图３ 所示，索塔应力监测截面测点布置如图４ 、图５ 所示 。
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矮塔斜拉桥索塔锚固区应力分布规律及计算模型研究
矮塔斜拉桥索塔锚固区应力分布规律及计算模型研究作者：张涛李伟俊朱东邓韬李永明来源：《甘肃科技纵横》2024年第06期摘要：文章依据某矮塔斜拉桥，通过现场试验探究索塔锚固区应力分布规律，明确索塔锚固区混凝土在施工过程中的应力变化特征。
文章提出底部设置弹性支撑的局部有限实体计算分析模型，并通过实测值和理论值的对比分析验证该计算分析模型的可行性。
研究结果表明：施工过程中，索塔锚固区端部位置出现了拉应力，最大为1.2 MPa，施工时应考虑在锚固区端部增加横向钢筋；索塔锚固区混凝土横向应力呈现出端部小中间位置大的规律；索塔锚固区实测应力值和理论值基本吻合，验证了该计算分析模型用于计算索塔锚固区应力分析的可行性，为索塔锚固区的受力分析提供了技术支撑。
关键词：矮塔斜拉桥；索塔锚固区；计算分析模型；应力分布；试验中图分类号：U24文献标志码：A0引言矮塔斜拉桥的力学特性不同于斜拉桥和梁式桥，而是介于两者之间。
斜拉桥的拉索多数是单侧和索塔直接固结，而矮塔斜拉桥拉索多是直接穿过索塔作用在主梁上，索塔处直接作用在索鞍处形成一根通长的拉索。
索塔锚固区是矮塔斜拉桥的一个主要传力部位，主梁重量通过拉索将自重作用在索塔锚固区，然后通过桥塔传递给桥墩和基础，索塔锚固区在整个施工过程中受力较为复杂，为确保整个施工过程中斜拉桥的安全，需要掌握锚固区在整个施工过程中的受力特征。
为此，国内不少学者对其进行了研究。
周晖[1]通过对主塔索鞍区的计算分析，发现中间大向两边逐渐减小。
张海文等[2-3]通过数值分析探究了拉索与索鞍之间的接触关系，并研究了拉索的半径对锚固区混凝土应力的影响，认为施工中应对索鞍的安装定位进行严格控制。
部分学者依托实际工程对索塔区混凝土进行受力分析。
张树清和屈计划[4]依托实际工程，建立索塔锚固区计算分析模型，得到索塔锚固区混凝土的应力分布规律。
肖子旺[5]以常山大桥为依托建立全桥分析模型，基于等效原则通过变换索鞍结构形式，探究了索鞍形式对锚固区混凝土受力的影响规律。
某矮塔斜拉桥施工期空间受力分析的开题报告
某矮塔斜拉桥施工期空间受力分析的开题报告一、问题阐述矮塔斜拉桥是一种高效且经济的桥梁结构，近年来越来越受到工程领域的关注。
然而，斜拉桥的结构较为复杂，需要进行较为详细的受力分析。
本项目旨在研究某矮塔斜拉桥在施工期间所受到的空间力学影响，以提供工程设计和施工过程中的技术支持。
二、研究目的1. 分析某矮塔斜拉桥在施工期间所受到的空间受力，包括荷载、温度等。
2. 研究斜拉桥施工期间的变形及其对桥梁结构的影响。
3. 探究减小施工期间空间受力的有效措施，提高施工期间的安全性和效率。
三、研究内容1. 探究矮塔斜拉桥的结构特点，并分析其受力特点。
2. 建立某矮塔斜拉桥的三维模型，利用ANSYS等有限元分析软件进行模拟分析。
3. 分析斜拉桥在施工期间的荷载情况，包括自重、施工荷载、温度荷载和风荷载等。
4. 分析施工期间桥梁变形情况及其对受力的影响。
5. 提出减小施工期间空间受力的有效措施，包括加强施工监管、控制施工现场荷载等措施。
四、预期成果1. 某矮塔斜拉桥在施工期间所受到的空间受力分析报告。
2. 某矮塔斜拉桥施工期间的变形分析报告。
3. 减小施工期间空间受力的有效措施提案。
五、研究意义1. 提供某矮塔斜拉桥施工期间的受力分析报告，为工程设计提供技术支持。
2. 研究斜拉桥在施工期间的变形和受力情况，为施工过程中的监管和控制提供参考。
3. 提出减小施工期间空间受力的有效措施，有助于提高施工效率和施工安全。
六、研究方法1. 理论研究法：通过文献调研和理论研究，掌握矮塔斜拉桥的基本结构和受力特点。
2. 数值模拟法：根据某矮塔斜拉桥的实际情况，建立三维模型，利用ANSYS等有限元分析软件进行模拟分析。
3. 数据分析法：将数值模拟得到的数据进行分析和处理，得出有关施工期间受力和变形情况的结论。
七、预计进度安排时间节点 | 研究任务-|-第1-2周 | 文献调研和理论研究第3-4周 | 建立某矮塔斜拉桥的三维模型第5-6周 | 进行有限元分析和数据处理第7-8周 | 撰写研究报告和提案第9周 | 项目验收和提交结题报告八、参考文献1. 王建农. 矮塔斜拉桥施工阶段支撑系统技术与研究进展[J]. 土木建筑工程信息技术, 2019, 11(10):75-77.2. 沈岩, 王锋, 潘青. 斜拉桥结构在施工期间空间受力分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2016, 44(1):1-6.3. Tong Y L, Yang Y M, Pan Y Z. Cable-stayed bridge construction control and protection technology[M]. Springer, 2016.。
石湾特大桥矮塔斜拉桥索鞍区局部应力分析
石湾特大桥矮塔索鞍区局部应力分析罗旗帜1，彭爱勤1,2，陈玉骥1（1、佛山科学技术学院土木工程与建筑系，广东佛山 528000；2、广东工业大学土木与交通工程学院，广东广州 510006）摘要以石湾特大桥为研究对象，采用空间有限元方法计算了矮塔斜拉桥索鞍区的受力情况，将施工阶段最大悬臂状态下的索力按照等效简化荷载及边界条件对其加载，分析了桥塔索鞍区混凝土和管道的受力特点，并对桥塔索鞍区的设计提出了建议。
关键词矮塔斜拉桥索鞍空间有限元1 引言矮塔斜拉桥是近些年来在斜拉桥基础上发展起来的一种新型的桥梁结构形式，其塔身上设有转向鞍座,鞍座形式主要有双管和分丝管结构。
目前国内不少学者对矮塔斜拉桥桥塔索鞍区局部应力进行了研究，文献[1,2]对矮塔斜拉桥索鞍区进行了模型试验研究，文献[3-5]采用空间有限元法对单索面矮塔斜拉桥索鞍区局部应力进行了研究，文献[6] 采用空间有限元法对双索面矮塔斜拉桥索鞍区局部应力进行了研究，但是这些斜拉桥的宽度仅限于30m 以下。
本文就单索面、宽为33.5m的矮塔斜拉桥，采用空间有限元法对其索鞍区施工阶段局部应力进行分析。
石湾特大桥是佛山市禅西大道季华路至樵乐路段（325国道改线）工程上跨越东平水道（潭洲水道）的一座桥梁，该桥为矮塔斜拉桥，主桥采用双塔单索面、塔梁固结、墩塔分离、墩顶设置支座的结构形式，主桥跨径布置为由14#墩至17#墩90.5m+150m+90.5m，全长331m，如图1。
主桥梁体采用变截面箱梁形式，箱梁截面采用大悬臂单箱三室形式。
主梁采用抗风性能较好的单箱三室断面箱梁形式。
梁体全宽33.5m，采用单箱3室加撑板悬臂的形式，撑板悬臂部分在箱体两侧各8.5m，箱体宽度为16.5m。
主桥梁体采用悬臂施工法施工，按照施工阶段梁体可分为两个0号块，长度各16.2m，64个现浇块，长度有3m和4.5m两种，靠近中墩的梁段较短为3m，靠近跨中的梁段较长为4.5m。
两个边跨合拢段长度为各1.8m，两个边跨支架现浇段长度各为14.6m。
矮塔斜拉桥的拉索锚固区受力分析与设计
０ 引言
矮 塔 斜 拉 桥作 为 一 种新 兴 的桥 型结 构 ，国外 发展较快 ， 由于它优越 的结构性能 ， 良好 的经济指 标 ， 来 越 显 示 出 巨大 的发 展潜 力 。 国虽 起 步 稍 越 我 晚 ， 发 展 势 头迅 猛 ， 年来 各 地 兴 建 了数 十座 此 但 近 类桥 梁 。 矮 塔 斜 拉 桥 是 由 塔 柱 、 斜 拉 索 及 主 梁 等 部 分 组成 的组合 体 系 ，斜拉 索从 塔柱 锚 固处伸 出 通 过 主 梁 锚 座 悬 吊主 梁 ，以 增 大 主 梁 的 跨 越 能 力 。 其 可 靠 性 在 相 当 大 的 程 度 上 取 决 于 锚 座 处 的 可 靠 性 ，因 此 矮 塔 斜 拉 桥 主 梁 锚 座 处 应 力 分 布 的 局 部 分 析 在 设 计 中 很 重 要 ， 锚 座 处 为 垫 板 、 筒 、 凝 土 及 所 配 钢 筋 的 组 合 体 。 在 垫 板 导 混 上 承 受 着 由 高 强 拉 索 施 加 的 巨 大 压 力 。 由 于 这 特 点 ，在 锚 座 及 其 周 围 这 个 局 部 区 域 ，应 力 集 中 现 象 明 显 ， 应 力 迹 线 、 大 剪 应 力 迹 线 主 最 密 集 且 形 状 不 规 则 ， 时 混 凝 土 裂 纹 尖 端 处 应 同 力 场 也 相 当 复 杂 ， 些 就 是 局 部 设 计 的 难 点 所 这 在 。 本 文 以 通 州 玉 带 河 大 桥 为 例 ， 对 矮 塔 斜 针 拉 桥 的 主 梁 锚 座 处 进 行 了 受 力 分 析 ， 据 应 力 根 分 布 的 局 部 分 析 结 果 总 结 了 主 梁 上 拉 索 锚 固 区 的应 力 分 布 特 征 ， 给 出 了补 强 措 施 和 设 计 并
较差 ， 且厚度较 薄 ， 重交通下局部容 易松 散破坏 ，
矮塔斜拉桥V形索塔及分丝管索鞍空间受力分析
［ ２ 】 Ｊ Ｔ Ｇ Ｄ ６ ２ — ２ ０ ０ ４ ， 公路钢 筋混凝 土及预应力 混凝土 桥涵设计 规范
【 Ｓ 】 ．
７ 结 语
该 桥在保证 安Biblioteka 性 、 经济性 ， 并满足桥梁使用 功能和桥下通航要求 的前提下 ， 考虑 了结构新 颖 、
● ●
● ● ● ｔ 寸 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
（ 上接 第 ５ ５页 ）
产 生 不 均 匀 应 力 的工 况 。但 由 于在 静 接 触 分 析 时
把拉索 和分丝管整化 为一束实心拉 索 ，其横 向变 形 比实 际分 丝 管 较 小 ，因此 实 际分 丝 管 在 接 触 面 产 生 的 横 向 正 应 力 应 比静 接 触 模 拟 分 析 较 均 匀 ， 其分布特 点应介 于两 种算法 之间。但在工程设计 运用 中 ， 相对等效荷载分析方法 ， 静接触分析方法 更接 近于索塔的实际受力情况 ，可提供更可靠 的 设计理论依据。
【 ３ ］ 王 克海 编 著． 桥梁抗 震 研 究（ 第 二版 ） 【 Ｍ］ ． 北京 ： 中 国铁 道 出版
社， ２ ０ ０ ７ ．
［ ４ 】 ｃ Ｊ Ｊ １ ６ ６ — ２ ０ １ ｌ ， 城市 桥梁抗震 设计规 范【 ｓ 】 ．
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 十 ● ● ● 十 ● ● ● 十 ● ＋ ● 中 十 七 十 ● ● ● ● ● ● ● 十 七 ● 中 十 ● 中 ● ● ●ｔ ● ●● ● 七 ● ● ● 中 ● 午 ● ● ● ● ｔ ● ● ● ． Ｐ ● ● ●
矮塔斜拉桥索梁锚固区局部应力分析
１ 工程概 况
石棉县人 民路一岩 子村 大渡 河大桥 西北 岸 接川 藏公 路 （ 国道 Ｇ １ ０ ８线 ） ， 东 南岸 接 滨河路 及 人 民路 ， 主 桥孔 跨布 置 为５ ５ ｍ＋１ ２ ０ ｍ＋５ ５ ｍ， 预应 力混凝 土矮 塔斜拉 桥 。桥塔 布 置于桥面 中间 ， 采用变截面八边形 ， 截 面由塔底往塔 顶收拢 ，
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矮 塔 斜 拉 桥 索 梁 锚 固 区 局 部 应 力分 析
王朝伦 ， 阳晓静 ， 王 路 ， 曾子健
（ １ ． 四川西 南交 大 土木工 程设 计有 限公 司 ， 四川成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ； ２ ． 成都 市城 市建 设科 学研 究 院 ， 四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ； ３ ． 西 南交 通 大学土 木工 程学 院 ， 四川成 都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
［ ５ ］ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ １ — 制０ １ 建筑抗震设计规范 ［ ｓ ］ ［ ６ ］ Ｊ Ｇ Ｊ ３ —２ ｏ ｏ ２ ， Ｊ １ ８ ６ －２ ０ ０ ２ 高层建筑混凝土结构技术规程 ［ Ｓ ］
［ ７］ 唐兴荣 ．高层建筑转换 层结构设计 与施工 ［ Ｍ］ ．中 国建筑 工
巨大的索力 ， 且承压 面较小 ， 极 易 出现应 力集 中现象 和局 部
较大拉应力 ， 同时为改 善结 构受力 状况 ， 常布 置有一 定数 量
的预应力钢筋 ， 使得该 区域受 力情 况极 为 复杂 ， 为保 证结 构
安全可靠 ， 有 必要 对索梁锚 固区进行 局部应力 分析 。本 文 以 某矮塔斜拉桥为工程背景 ， 着重对索梁 锚 固区进 行空 间应 力 分析 ， 并探讨 了预应力 对结 构局部 受力 的影 响 ， 进 而得 出一 般性的结论 ， 可为设计提供参考 。
矮塔斜拉桥塔梁固结段空间受力分析
矮塔斜拉桥塔梁固结段空间受力分析摘要：塔梁固结段，构造形状比较复杂，应力相对集中，但又是桥梁设计中需要重点考虑的关键部位。
在桥梁设计中应对其进行局部应力分析。
本文以某矮塔斜拉桥为工程背景，通过大型通用有限元程序ANSYS对其塔梁固结段进行受力分析，分析其受力特点，能够指导类似桥梁的设计与施工。
关键词：塔梁固结，局部受力，子模型，有限元1、引言某桥为塔梁固结体系的矮塔斜拉桥，塔梁固结区域处于上、下塔柱与主梁的交汇处。
一方面，塔梁固结区不但承受由主梁传递而来的弯矩和轴力，而且还承受主塔传递而来的巨大轴力；另一方面塔梁固结区截面突变，几何尺寸多变。
这两方面原因造成了塔梁固结区刚度变化大，受力状态复杂，对塔梁固结区域的受力分析很有必要。
为了得到塔梁固结区域的受力分析结果，就需要将模型划分更加精细化。
而将针对全桥建立的整体有限元模型必须划分的足够精细化以便能够达到局部应力分析的精度，这会导致单元数和节点数的剧增，计算分析的过程繁杂，费时费力，对计算机也要求有较高的性能。
基于子模型法的局部分析已经得到广泛应用，通过子模型法不必建立划分足够精细的全桥有限元模型，只需要建立塔梁固结段的子模型并将其划分足够精细，节约了大量时间和工作量。
2、子模型法[4-5]子模型法是将通过空间杆系整体模型或者划分较粗糙的整体模型分析的结果作为荷载施加到局部精细模型上，从而分析局部区域的受力状态。
本文应用子模型法来分析塔梁固结区域受力状态的具体步骤是：1、通过有限元分析软件MIDAS/CIVIL建立全桥的模型，进行整体结构的分析；2、按照塔梁固结区域的实际尺寸构造，应用有限元分析软件Ansys建立实体子模型，划分足够精细；3、从整体模型分析中切割边界条件到子模型相应位置上；4、子模型对应在整体模型中的所有荷载、约束、边界条件全部保留，复制到子模型上，然后进行子模型的分析。
3、工程背景主桥桥跨布置为30.96m+65.0m+120m+65m+30.96m，桥面标准宽度为46m，引跨桥宽由46.0m渐变至38.0m，与引桥接顺。
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σｔｐ 和主压应力σｃｐ 按下式计算：
槡（ ） σｔｐ
＝σｘ
＋σｙ ２
－
σｘ －σｙ ２
２
＋τ２
（３）
槡（ ） σｃｐ
＝σｘ
＋σｙ ２
＋
σｘ －σｙ ２
２
＋τ２
（４）
对于同一点处的 应 力 状 态，若 所 取 单 元 体 的 方 位
不 同 ，但 两 者 是 等 价 的 ，那 么 可 通 过 式 （３）及 式 （４）将 混
常数，对于各向匀质材 料，只 有 ２ 个 常 数，可 用 拉 梅 常
数λ，μ 来表达：
σｉｊ ＝２μεｉｊ ＋λεｋｋδｉｊ
（２）
式中：εｋｋ为 体 积 应 变 或 应 变 张 量 的 第 一 不 变 量；σｉｊ ＝
｛０ ｉ≠ｊ。
１ ｉ＝ｊ
本模型的本构关 系 中，利 用 广 义 胡 克 定 律 中 弹 性
图 ５ 索 鞍 混 凝 土 模 型
图６的计算结果 显 示，混 凝 土 的 最 大 主 拉 应 力 值 达到了１．９６７ ＭＰａ，出现 在 索 鞍 区 混 凝 土 的 端 面 拐 角 处，超出 Ｃ５０混凝土的轴 心 抗 拉 强 度 １．８３ ＭＰａ，虽 然 模型及其边界条件的改变对混凝土的主拉应力值略有 影 响，但 大 于 １．８３ ＭＰａ 的 范 围 仅 占 整 个 区 域 的 ０．４％ ，影 响 不 大 。
量应力，其综合考 虑 了 第 一、第 二、第 三 主 应 力。 作 为
一种等效应力，Ｖｏｎｍｉｓｅｓ ｓｔｒｅｓｓ采 用 应 力 等 值 线 来 表
１９ ０ 中 外 公 路 第 ３２ 卷
化及两端不平衡索力 的 影 响；将 分 丝 管 索 鞍 构 造 等 效 地 简 化 为 一 束 ，近 似 地 采 用 钢 套 管 进 行 模 拟 ，旨 在 重 点 分析索鞍区域混凝土的空间受力特点。
１ 工程概况
常山大桥 主 桥 上 部 结 构 采 用 ６５＋１０８＋６５ ｍ 双 塔单索面三跨预应 力 混 凝 土 矮 塔 斜 拉 桥。 主 梁、索 塔 均采用 Ｃ５０混凝土，单箱三室截面，桥宽２８．６ｍ，塔高 １９．１５ｍ；全桥共 设 ２×７ 对 斜 拉 索，采 用 分 丝 管 索 鞍 形 式 ，每 根 拉 索 均 贯 穿 主 塔 锚 固 在 主 梁 上 ，斜 拉 索 均 采 用 ３１ 根 环 氧 喷 涂 钢 绞 线，单 根 钢 绞 线 规 格 直 径 为 １５．２ｍｍ，应力幅值２５０ ＭＰａ；常山大桥主桥采用塔梁 固结，梁底设置支 座 的 结 构 体 系 形 式。 斜 拉 索 布 置 形 式 见 图 １。
本组合下，索力值最大，因此单独对拉索 Ａ７ 索 鞍 区 混 凝 土 进 行 建 模 分 析 ，模 型 中 采 用 同 ２．２ 节 的 加 载 方 式 ， 并 将 其 边 界 条 件 简 化 为 下 端 固 结 ，实 际 模 型 见 图 ５。
图 ３ 索 塔 混 凝 土 最 大 主 拉 应 力 云 图 （单 位 ：ＭＰａ）
弹性模型本构模型。假设混凝土的应力应变成正比例
关 系 ，即 当 混 凝 土 无 裂 缝 时 ，可 将 混 凝 土 视 为 线 弹 性 均
质 材 料 ，用 广 义 胡 克 定 律 来 描 述 此 本 构 关 系 ：
σｉｊ ＝Ｃｉｊｋｌεｋｌ （ｉ，ｊ，ｋ，ｌ＝１，２，３）
（１）
式中：Ｃｉｊｋｌ为 材 料 常 数，为 一 个 ４ 阶 张 量，通 常 有 ８１ 个
示模型内部的应力分 布 情 况，并 可 清 晰 描 述 出 一 种 结 果在整个模型中的变 化，从 而 快 速 确 定 模 型 中 的 危 险 区 域 ，对 疲 劳 、破 坏 等 进 行 评 价 。 ３．３ 整 体 模 型 的 空 间 应 力 分 析
将 索 塔 的 实 体 模 型 沿 顺 桥 向 ，在 索 孔 中 线 处 剖 开 ， 以 便 更 直 观 地 研 究 其 内 部 应 力 分 布 情 况 （图 ３、４）。
用 Ｖｏｎ ｍｉｓｅｓ模 型，即 当 点 应 力 状 态 的 等 效 应 力 达 到
某 一 与 应 力 状 态 无 关 的 定 值 时 ，材 料 便 屈 服 ，等 效 应 力
σ 见 式 （５）。
槡 σ＝
１ ２
（σ１
－σ２
）２＋
（σ２－σ３
）２＋
（σ３
－σ１
）２
（５）
Ｖｏｎｍｉｓｅｓ ｓｔｒｅｓｓ是 根 据 第 四 强 度 理 论 得 到 的 当
由表１可知，拉 索 Ａ７ 在 承 载 能 力 极 限 状 态 的 基
３．５ 钢 套 管 对 索 鞍 区 域 的 受 力 影 响 根据图５中的索 鞍 区 模 型，在 索 孔 区 域 建 立 钢 套
管 的 实 体 模 型 ，对 其 单 独 划 分 网 格 ，采 用 同 ２．２ 节 的 加 载 方 式 ，将 均 布 荷 载 等 效 加 载 到 钢 套 管 内 部 ，并 在 混 凝 土与钢套管之间建立 接 触 面，进 行 静 力 非 线 性 接 触 分 析 。 实 际 模 型 见 图 ７。
表 １ 索 力 取 值
拉索面 标准强 最大悬臂 成桥索 基本组 长期效应 短期效应 索号
积／ｍｍ２ 度／ＭＰａ 索力／ＭＰａ 力／ＭＰａ 合／ＭＰａ 组合／ＭＰａ 组合／ＭＰａ Ａ１ ４ ３０９ １ ８６０ ６６３．７３ ７１５．９４ ８３５．４６ ６６４．８９ ６６３．７３ Ａ２ ４ ３０９ １ ８６０ ６６０．２５ ７１４．７８ ８３３．１４ ６６１．４１ ６６０．２５ Ａ３ ４ ３０９ １ ８６０ ６５６．７６ ７１３．６２ ８２６．１８ ６５９．０９ ６５６．７６ Ａ４ ４ ３０９ １ ８６０ ６５３．２８ ７１３．６２ ８２１．５４ ６５５．６０ ６５３．２８ Ａ５ ４ ３０９ １ ８６０ ６４９．８０ ７１２．４６ ８１２．２５ ６５２．１２ ６４９．８０ Ａ６ ４ ３０９ １ ８６０ ６７９．９７ ７４６．１１ ８３７．７８ ６８３．４５ ６７９．９７ Ａ７ ４ ３０９ １ ８６０ ６９８．５４ ７６８．１６ ８４７．０６ ７０３．１８ ６９８．５４
关 键 词 ：矮 塔 斜 拉 桥 ；索 塔 ；索 鞍 ；空 间 应 力
索塔矮而轻巧是 矮 塔 斜 拉 桥 的 重 要 外 貌 特 征，其 索塔不需要像传统斜拉桥为提高结构的整体受力而设 计得较为笨重，矮塔 斜 拉 桥 的 塔 高 一 般 为 主 跨 跨 径 的 １／１２～１／８，一般不存 在 失 稳 问 题；常 见 的 矮 塔 斜 拉 桥 多采用钢筋 混 凝 土 索 塔、实 心 截 面，以 方 便 设 计 和 施 工。矮塔斜 拉 桥 的 斜 拉 索 在 索 塔 处 通 过 索 鞍 实 现 转 向 ，转 向 处 受 力 复 杂 ，需 要 对 索 鞍 区 域 混 凝 土 进 行 细 部 应力分析。
常数的关系：
λμ
＝
Ｅμ （１＋μ）（１－２μ）
式中：μ 为 混 凝 土 的 泊 松 比，对 于 Ｃ５０ 混 凝 土，μ 取 ０．２，弹性模型 Ｅ 取３．４５×１０４ ＭＰａ，则λμ＝９．５８×１０３ ＭＰａ。
按ＪＴＧ Ｄ６２－２００４《公 路 钢 筋 混 凝 土 及 预 应 力 混 凝 土 桥 涵 设 计 规 范 》第 ６．３．３ 条 规 定 ，混 凝 土 主 拉 应 力
３ 空间应力分析
３．１ 混 凝 土 的 本 构 关 系 模 型 混凝土有限元分 析 问 题 中，常 用 的 本 构 关 系 主 要
分 为 线 弹 性 模 型 、非 线 弹 性 模 型 、塑 形 理 论 模 型 和 其 他
力学理论类模型４类。该文的主要研究内容为索鞍结 构 的 应 力 强 度 分 析 ，非 线 性 性 质 不 明 显 ，故 该 文 采 用 线
凝土竖向应力σｙ 和 横 向 应 力σｘ 转 化 为 混 凝 土 第 一、 三主应力。
该文利用第一强度理论即最大拉应力强度理论作
为混凝土发生破坏的 判 断 依 据，认 为 当 混 凝 土 构 件 内
一点处承受的最大主拉应力达到其材料的极限应力值
时 ，即 发 生 脆 性 断 裂 。
３．２ 钢 套 管 材 料 的 本 构 关 系 模 型 斜拉桥索鞍区钢 套 管 为 金 属 材 料，其 本 构 关 系 采
１８９
２．１ 选 取 最 大 索 力 分别将荷载进行承载能力极限状态的基本组合及
正 常 使 用 极 限 状 态 的 长 期 效 应 组 合 、短 期 效 应 组 合 ，并
与成桥状态及施工阶段最大悬臂状态下的索力值进行 比 较 ，获 取 最 大 索 力 值 。 索 力 取 值 详 见 表 １。
２．２ 有 限 元 建 模 的 加 载 方 式 常 山 大 桥 施 工 时 ，斜 拉 索 套 管 端 部 被 同 时 锚 固 住 ，
故可忽略拉索与管壁 间 的 径 向 摩 擦，由 平 衡 条 件 将 作 用于套管壁的径向线均布压力等效为ｑ＝Ｆ／Ｒ，Ｆ 为单 根索张力，Ｒ 为套管弯曲半径，然后再将径向均布力等 效加载到索孔３Ｄ 单元面上。
图 １ 斜 拉 索 布 置 图 （单 位 ：ｃｍ） 图 ２ 索 塔 空 间 有 限 元 模 型 图
收 稿 日 期 ：２０１２－０６－２２ 作 者 简 介 ：王 立 峰 ，男 ，博 士 研 究 生 ，副 教 授 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｏｍｐｕｔｅｒｗｌｆ＠１２６．ｃｏｍ
２０１２年 第６期
王 立 峰 ，等 ：矮 塔 斜 拉 桥 索 塔 及 索 鞍 区 域 空 间 应 力 分 析
图 ６ 索 鞍 混 凝 土 最 大 主 拉 应 力 云 图 （单 位 ：ＭＰａ）
图 ４ 索 塔 混 凝 土 最 大 主 压 应 力 云 图 （单 位 ：ＭＰａ）
根据应力云 图 ３，索 塔 混 凝 土 最 大 主 拉 应 力 出 现 在 Ａ１ 号 拉 索 索 鞍 区 混 凝 土 圆 弧 顶 部，其 值 为 １．１９ ＭＰａ，小于 Ｃ５０ 混 凝 土 的 轴 心 抗 拉 强 度 １．８３ ＭＰａ。 主拉应力大于 １．００ ＭＰａ的 区 域 分 布 范 围 很 小，仅 占 整个索 塔 区 域 的 ０．６％，主 要 集 中 在 索 鞍 下 部 混 凝 土 顶 部 ，沿 索 孔 圆 弧 径 向 较 均 匀 地 分 布 。