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南京長江二橋耳板式索梁錨固試驗研究

08-22 12:27:40  瀏覽次數:301次  欄目:橋涵工程
標簽:工程設計, 南京長江二橋耳板式索梁錨固試驗研究,http://www.tljciu.live
  【 摘要 】 斜拉橋索梁錨固區結構復雜,受力集中,是控制設計的關鍵部位。耳板式索梁錨固結構是鋼箱梁索梁錨固的一種重要形式,使用這一結構的關鍵問題是掌握斜拉索與主梁錨固區域的應力大小及分布。本文以南京長江第二大橋南汊斜拉橋原耳板式索梁錨固結構為研究對象,     【摘要】斜拉橋索梁錨固區結構復雜,受力集中,是控制設計的關鍵部位。耳板式索梁錨固結構是鋼箱梁索梁錨固的一種重要形式,使用這一結構的關鍵問題是掌握斜拉索與主梁錨固區域的應力大小及分布。本文以南京長江第二大橋南汊斜拉橋原耳板式索梁錨固結構為研究對象,對應力狀態和傳力途徑,進行了結構試驗和理論分析,得出了一些有益結論。【關鍵詞】斜拉橋 索梁錨固 耳板 接觸應力一、概述在索梁錨固區域,結構復雜,受力集中,是控制設計的關鍵部位。掌握斜拉索的錨頭以及與鋼箱梁連接附近的應力分布情況是十分重要的,然而目前的理論分析和計算能力都難于反映真實的應力分布情況,為此,有必要進行試驗研究。南京長江第二大橋南汊斜拉橋的索梁錨固方案原設計采用耳板式結構,即在箱梁的邊腹板上用高強螺栓固定上耳板,板上開一圓孔,斜拉索通過銷子錨固在耳板的圓孔處。在受力方面,斜拉索的巨大索力通過銷子以接觸應力的形式傳遞給耳板,并進一步傳遞到腹板上。下面分別通過模型試驗和有限元計算方法對該區域的應力進行研究,為設計、制造這一新型結構提供試驗依據和理論依據。二、模型試驗1.試驗目的最大斜拉索索力作用下和1.7倍最大索力下兩種工況:研究斜拉索索力作用在耳板上時,耳板的應力分布尤其是耳板孔周的應力分布;研究耳板與鋼箱梁斜腹板連接的傳力途徑。2.模型設計根據試驗目的,通過對索梁錨固區域進行細致的分析,找出盡可能反映實際設計橋梁在該區域應力分布情況的試驗結構,在受力最大的J20號(江側20號)索與箱梁錨固處分割出部分結構,該索與主梁夾角為26°。在對應力分布不產生明顯影響的前提下作局部修改,根據相似條件,設計了1:2試驗結構,如圖1所示。3.模型制作及加載方案模型由鐵道部寶雞橋梁廠制造。焊接工藝盡可能與制造實橋的一致。耳板材料為0.7MnCrMoVR鋼,屈服強度為5l0MPa,極限強度為630MPa。由中交公路規劃設計院提供的試驗節端荷載為:索力 619.5t,兩端軸力分別是 364.0t和-185.6t。由這個荷載值根據相似原理計算得1:2模型設計荷載見表1,模型加載如圖2所示。 三、試驗結果分析1.0倍和1.7倍設計荷載下各構件的最大應力值見表2。從上表可以看出,耳板上的應力遠大于其他構件上的應力。下面重點對耳板進行分析。 1.0倍設計荷載下耳板最大壓應力和等效應力分別如圖3和圖4所示,圖中數字中心為貼應變片的位置,“o”表示螺栓,X表示應變片失效。分析圖3、圖4和試驗結果,可以提出以下幾點:(1)耳板在腹板以上部分的應力比在腹板以內部分大,因為索力向下傳遞過程中,有一部分通過高強螺栓連接的摩擦面傳遞到腹板上,變成耳板和腹板共同受力的緣故。(2)最大壓應力發生在銷子與耳板沿索力方向相接觸的位置,即圓孔右上方與水平線成26°角的地方,并且沿26°角方向一排測點的應力最大,向兩側衰減。最大壓應力值為286MPa,最大等效應力為352MPa。此值是在所有測點中的最大值,不一定是耳板上實際的最大應力值。由于耳板不受集中力,應力不會有突變,因此實際最大應力應發生在最大值測點附近,且真實值應比測點最大值大,從應力增大的趨勢看,實際最大應力應發生在圓孔右上方26°角處的孔壁上。(3)在圓孔下方螺栓上方,應力分布相對均勻,規律為向遠離圓孔方向遞減,至板的兩邊緣處減小為零。(4)在耳板與腹板通過螺栓栓接的摩擦面上應力分布規律為摩擦面周邊的應力相對較大,中部相對較小。(5)摩擦面上邊緣橫向每個螺栓孔處受力規律為向右水平方向遞增,縱向向下遞減。(6)從外荷載變化的角度來分析耳板的應力變化,得出在材料的線彈性范圍內,耳板的應力并不隨外荷載按比例地增長,當外荷載從1.0倍設計荷載增大到1.7倍設計荷載時,除去耳板右下角應力增長率大于1.7外,總體規律為應力大的地方應力增長率大,接近或超過1.7,應力小的地方應力增長率小于1.7。這種情況對耳板受力是不利的。四、有限元計算在橋的縱向取24m長,包括6個節間的梁段,鑒于鋼箱梁和索關于橋軸對稱,在橋的橫向取箱梁的一半,利用有限元計算程序ALGOR,采用板殼單元建立計算模型,運行程序

www.tljciu.live進行計算。耳板的最大壓應力等值線分布如圖5所示。比較上圖和圖3可以發現,應力分布規律基本一致。捕捉圓孔旁邊單元格的節點,耳板上的最大應力在圓孔右上方邊緣與水平線成26°角的部位,值為350MPa。因為計算模型和試驗模型的邊界條件有區別,因此兩者數值結果會有一定的差異。五、結論(1)耳板上最大壓應力位于銷子與耳板沿索力方向相接觸的位置,耳板上沿索力方向一排測點的應力較大,向兩方衰減。試驗測得最大壓應力值為286MPa;耳板與腹板檢接的摩擦面上邊緣出應力較大,中部應力較小;耳板上應力的增長與荷載的增長不成比例,應力越大的地方應力增長越快。(2)通過將試驗結果與有限元計算結果相比較,兩種方法得到的應力大小及分布規律基本一致,說明試驗方案可行,試驗結果可靠。(3)在大跨徑斜拉橋中,耳板式錨團結構的耳板銷孔在銷軸的擠壓下產生巨大的局部應力,其抗壓強度不易滿足設計要求,如果采用這種錨固方式,建議耳板的材料用強度較高的鋼材,且銷孔周圍須作局部加強。參考文獻[1]朱以文,韋慶如,顧伯達.微機有限元前后處理系統Vizi CAD及其應用.北京:科學技術文獻出版社,199

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