韩家沱长江大桥索塔锚固区计算报告(432m钢桁梁斜拉桥).doc
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1、.重庆至利川线施工图设计韩家沱长江大桥(81+135+432+135+81)钢桁梁斜拉桥索塔锚固区计算报告(编号:施-Z02)计算:复核:专审:所审:院审:中国中铁二院二九年十二月二八日目录1.锚固区基本构造32.计算简介32.1计算软件32.2模型及边界条件32.3计算荷载42.4荷载工况62.5容许应力73.ANSYS模型及计算结果83.1 计算模型及说明83.2 各工况计算结果133.3计算结果分析13附件1 S11段局部应力图15附件2 典型位置应力表259附件3 各工况预应力钢束最值表2641.锚固区基本构造1)预应力钢束采用915.2mm和715.2mm的钢绞线,破断力1860MP
2、a,张拉控制应力1209MPa/1265MPa,计算有效预应力见2.3节。塑料波纹管,内径80mm;锚具采用9/7孔群锚(张拉端),单端张拉。2)预应力按下图布置,详细布置见施工设计图。按下图布置。图1-1 断面示意直线束ABCDE为钢束的等分点;曲线束ABCDE分别为端点、切点、曲线中点、切点、钢束中点2.计算简介2.1计算软件利用ANSYS建立的计算模型,计算主要位置的应力,混凝土单元和锚垫板、承压板采用块体单元、预应力钢束采用杆单元。其中,混凝土和锚垫板、承压板采用solid64单元,预应力钢索采用link8单元。2.2模型及边界条件1)取隔离体进行分析,根据对计算结果的多次比较可知,模
3、型上端面不约束,不影响计算结果,下端面约束仅仅影响最下面一个塔段,对于次下塔段的应力几乎没有任何影响。因此本次计算以考虑索力水平分量最大的塔段S11为研究对象,建立了与其紧邻的S9S12塔段进行分析。模型的上端面距塔顶9.25m。2)按实际布置设置相应的井字型预应力,采用实体单元,考虑预埋钢管、齿板、锚垫板等构造细节。边界条件采用将最下部所有节点进行固结的方式。2.3计算荷载1)自重由程序计算2)寒潮温度按温差10度施加到实体模型上,内外壁之间按指数函数变化,变化规律参考铁路墩台设计手册。3)索力按整体有限元分析结果见表2-1。表2-1 计算索力拉索编号恒载主力最大主+附最大内力-J (kN)
4、内力-J (kN)内力-J (kN)BS144366 5862 5995 BS134732 6310 6429 BS125137 6889 6997 BS115153 6979 7069 BS105118 6997 7067 BS95008 6938 7046 BS84992 6910 7050 BS74967 6725 6887 ZS74751 6830 6981 ZS84865 6984 7094 ZS94987 7000 7094 ZS105064 6933 7024 ZS115121 6846 6947 ZS125199 6771 6894 ZS134847 6171 6310 ZS1
5、44860 6047 6209 4)预应力按张拉控制应力,考虑各预应力钢束的沿程损失(按规范计算,主要参数选取见表2-2)。计算结果见表2-3(每一段段内近似相等,有效预应力断面)。表2-2 计算参数参数数值参数数值参数数值u0.15k0.00150.01875/0.02251con1209/1265L3侧壁1.1E-04前后壁1.1E-04前后壁1.2侧壁1.2表2-3 有效预应力计算表钢束编号1分段号X(m)(rad)L(m)L1(MPa)L2(MPa)L5(MPa)L6(MPa)pl(MPa)A-B0.379 06.360.687 91.981 22.6687535.684 1057.9
6、79 B-C1.161 06.362.104 91.981 22.6687527.856 1064.390 C-D1.969 06.363.565 91.981 22.6687527.260 1063.525 D-E2.776 06.365.024 91.981 22.6687527.095 1062.230 E-D3.584 06.366.482 91.981 22.6687527.190 1060.678 D-C4.391 06.367.937 91.981 22.6687527.324 1059.089 C-B5.199 06.369.391 91.981 22.6687527.625
7、1057.334 B-A5.981 06.3610.798 91.981 22.6687534.454 1049.098 钢束编号5分段号X(m)(rad)L(m)L1(MPa)L2(MPa)L5(MPa)L6(MPa)pl(MPa)A-B0.426 0.000 70.773 83.571 22.6687529.589 1072.398 B-C1.301 0.026 77.084 83.571 22.6687529.582 1066.093 C-D2.184 0.151 730.974 83.571 22.6687528.986 1042.800 D-E3.059 0.151 732.519
8、83.571 22.6687528.427 1041.814 E-D3.941 0.151 734.075 83.571 22.6687528.390 1040.294 D-C4.816 0.151 735.616 83.571 22.6687528.770 1038.373 C-B5.699 0.177 741.759 83.571 22.6687528.673 1032.328 B-A6.574 0.177 743.290 83.571 22.6687528.836 1030.634 钢束编号2分段号X(m)(rad)L(m)L1(MPa)L2(MPa)L5(MPa)L6(MPa)pl(M
9、Pa)A-B0.223 03.86 0.422 151.492 28.4751529.285 1055.326 B-C0.693 03.86 1.314 151.492 28.4751531.856 1051.863 C-D1.188 03.86 2.252 151.492 28.4751531.937 1050.844 D-E1.683 03.86 3.190 151.492 28.4751532.593 1049.251 E-D2.178 03.86 4.127 151.492 28.4751532.342 1048.565 D-C2.674 03.86 5.063 151.492 28.
10、4751531.121 1048.849 C-B3.169 03.86 5.999 151.492 28.4751530.330 1048.705 B-A3.639 03.86 6.886 151.492 28.4751529.654 1048.493 钢束编号3分段号X(m)(rad)L(m)L1(MPa)L2(MPa)L5(MPa)L6(MPa)pl(MPa)A-B0.264 0.000 4.76 0.501 122.999 28.4751530.625 1082.399 B-C0.839 0.125 4.76 25.062 122.999 28.4751533.610 1054.853
11、C-D1.456 0.250 4.76 49.224 122.999 28.4751533.927 1030.374 D-E2.067 0.375 4.76 72.904 122.999 28.4751533.578 1007.044 E-D2.689 0.500 4.76 96.142 122.999 28.4751533.568 983.816 D-C3.311 0.625 4.76 118.926 122.999 28.4751532.619 961.980 C-B3.933 0.750 4.76 141.267 122.999 28.4751532.260 939.999 B-A4.5
12、08 0.750 4.76 142.236 122.999 28.4751527.262 944.028 钢束编号4分段号X(m)(rad)L(m)L1(MPa)L2(MPa)L5(MPa)L6(MPa)pl(MPa)A-B0.410 0.000 4.81 0.777 121.584 28.4751534.421 1079.743 B-C1.087 0.134 4.81 27.144 121.584 28.4751534.907 1052.891 C-D1.616 0.259 4.81 51.106 121.584 28.4751534.293 1029.542 D-E2.138 0.384
13、4.81 74.589 121.584 28.4751534.566 1005.786 E-D2.673 0.509 4.81 97.642 121.584 28.4751535.167 982.131 D-C3.209 0.634 4.81 120.249 121.584 28.4751533.390 961.302 C-B3.744 0.759 4.81 142.418 121.584 28.4751533.566 938.958 B-A4.421 0.759 4.81 143.558 121.584 28.4751530.572 940.811 2.4荷载工况分别考虑了6种荷载工况工况1
14、,张拉预应力。设置此工况的目的是为了进行张拉预应力束阶段塔体的应力分析,拟定合理的张拉方案,保障安全施工。工况2,上部结构自重+张拉预应力。设置此工况的目的是为了进行张拉斜拉索前塔体的应力分析,保障安全施工。工况3,工况2+恒载索力。此工况主要用于对成桥后无活载的特定工况进行考察,为施工提供参考数据,为成桥荷载试验的超载提供依据。工况4,主力最大索力。此工况主要是为了考察成桥营运的一般情况,索塔锚固区的应力状态,确定合理配束量。保证适当的安全储备,进而保障成桥的安全使用。工况5,主力+附加力最大索力。此工况主要是为了考察成桥营运时在某些可以组合的附加力特殊情况下,索塔锚固区的应力状态处于安全状
15、态。工况6,主力+附加力最大索力+寒潮温度。此工况主要是为了考察成桥营运时在寒潮温度作用组合的附加力特殊情况下,索塔锚固区的应力状态处于安全状态。工况7,主力+附加力最大索力+整体升温20度。此工况主要是为了考察成桥营运时在寒潮温度作用组合的附加力特殊情况下,索塔锚固区的应力状态处于安全状态。工况8,主力+附加力最大索力+整体降温20度。此工况主要是为了考察成桥营运时在寒潮温度作用组合的附加力特殊情况下,索塔锚固区的应力状态处于安全状态。2.5容许应力一、混凝土1、容许主拉应力:铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范(TB 10002.3-2005)第6.3.12条,C50混凝土容许主拉
16、应力0.7fct=0.7*3.10=2.17MPa。规范规定不满足容许应力值时,应修改截面尺寸或提高混凝土强度等级。若采用C60混凝土,容许主拉应力为0.7fct=0.7*3.5=2.45MPa。2、容许主压应力:对于允许开裂的结构,铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范(TB 10002.3-2005)没有规定。如果套用不允许出现拉应力的构件,规范第6.3.9条,主力组合0.6fc=0.6*33.5=20.1MPa,主+附组合0.66fc = 0.66*33.5 = 22.11 MPa3、正截面的容许压应力:铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范(TB 10002.3-2005)
17、第6.3.10条,C50混凝土正截面压应力,主力组合0.5fc=0.5*33.5=16.75MPa,主+附组合0.55fc=0.55*33.5=18.425MPa4、容许剪应力:铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范(TB 10002.3-2005)第6.3.15条,C50混凝土最大剪应力0.17fc=0.17*33.5=5.695MPa5、混凝土的正截面容许拉应力(名义拉应力):参考公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ 023-85)第5.2.33条和5.2.34条,部分预应力B类受弯构件的裂缝宽度,可用构件受拉边混凝土的名义拉应力控制。铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构
18、设计规范(TB 10002.3-2005)第6.3.18条,对允许开裂的预应力混凝土受弯构件,在恒载作用下,正截面混凝土受拉区压应力(扣除全部应力损失后)不应小于1.0MPa;在运营荷载作用下的特征裂缝宽度应符合下列规定:对于主力组合,不得大于0.1mm;对于主力加附加力组合,不得大于0.15mm;对于特种超载荷载,不得大于0.15mm。考虑到大跨度铁路斜拉桥的重要性,裂缝宽度按0.1mm限制。则对于C50混凝土,后张构件,构件高度大于1m,混凝土容许名义拉应力为5.0*0.7=3.5MPa。这个拉应力应该对应的是正截面拉应力。表2-4 C50混凝土容许应力(MPa)荷载组合容许主拉应力容许主
19、压应力*容许剪应力正截面容许压应力正截面容许拉应力*主力2.1720.15.69516.753.5主+附2.1722.115.69518.4253.5*注:容许主压应力和正截面容许拉应力供参考,不要求必须满足。二、预应力钢筋容许应力钢铰线最大应力0.6*fpk=0.6*1860=1116MPa3.ANSYS模型及计算结果3.1 计算模型及说明为了能准确把握索锚固区附近塔壁应力分布情况,用实体、路径、截面等显示应力(图中应力单位均为MPa)。其中各个符号意义表示如下:1)实体应力云图中:SZYLx代表顺桥向正应力、SZYLy代表横桥向正应力、SZYLz代表竖向正应力、SJYLx代表顺桥向剪应力、
20、SJYLy代表横桥向剪应力、SJYLz代表竖向剪应力、S1代表第一主应力、S3代表第三主应力。其中Tabi代表塔壁实体应力云图,Chiban代表齿板应力云图。2)断面路径的定义见图3-1-8,其中SZYLx代表顺桥向正应力、SZYLy代表横桥向正应力、SZYLz代表竖向正应力、SJYLx代表顺桥向剪应力、SJYLy代表横桥向剪应力、SJYLz代表竖向剪应力、S1代表第一主应力、S3代表第三主应力。断面为水平面,竖向位置在对应塔段的中间。3)截平面应力云图。LevelPlan-1为竖向位置在对应塔段的中间以上0.5米处的水平截面;LevelPlan-2为竖向位置在对应塔段的中间处的水平截面;Le
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