劉家峽大橋鋼管混凝土橋塔模型試驗設計及受力性能分析.pdf

1、劉家峽大橋鋼管混凝土橋塔為目前我國直徑最大的鋼管混凝土橋塔,且鋼管混凝土結構是第一次在懸索橋橋塔中應用。為了解劉家峽大橋鋼管混凝土橋塔的受力性能及鋼管與混凝土的粘結滑移狀態(tài)。本文應用相似原理,對劉家峽大橋鋼管混凝土橋塔進行模型設計,并對試驗模型進行了推出和偏壓分析。
　　 通過查閱國內(nèi)外鋼管混凝土相關理論文獻,總結前人的研究成果。對國內(nèi)外鋼管混凝土結構的試驗研究進行分析,重點分析有關鋼管混凝土橋塔的模型試驗研究。在對鋼管混凝土研

2、究成果總結的基礎上進行劉家峽大橋鋼管混凝土橋塔試驗模型的設計和方案比選,并運用通用有限元分析軟件ANSYS建立該試驗橋塔的有限元模型。在鋼管與混凝土接觸界面上設置接觸單元,分析鋼管與混凝土在荷載作用下的粘結滑移狀態(tài)及受力性能。
　　 無焊釘鋼管混凝土構件推出試驗中鋼管應力隨位置的變化曲線和混凝土應力隨位置的變化曲線反應出的鋼管與混凝土粘結滑移關系是相同的,滑移由兩端逐漸向中間發(fā)展,由局部擴展到整體。在兩端局部滑移范圍(剪力傳遞長

3、度)內(nèi)鋼管與混凝土的應力變化規(guī)律均為線性變化,中間粘結部位鋼管與混凝土應力均保持不變,鋼管與混凝土處于協(xié)同工作狀態(tài)。對比有焊釘與無焊釘鋼管混凝土構件的推出試驗,鋼管混凝土結構中的焊釘只能減小鋼管與混凝土之間的滑動距離,而不能增強鋼管與混凝土之間的初始粘結。
　　 原橋荷載工況作用下的分析結果表明,由于偏壓,構件三向應力沿圓周變化較大,結構受力不均勻,鋼管三向應力均未超過設計強度,工況一與工況二混凝土三向應力均未超過設計強度,工況

4、三混凝土豎向壓應力介于抗壓強度設計值和抗壓強度標準值之間:鋼管與混凝土在徑向未發(fā)生脫離,二者接觸良好,界面滑移首先發(fā)生在上端,逐步向下發(fā)展,隨著荷載的增加下端開始出現(xiàn)部分滑移,但下端最終發(fā)生滑移的范圍較少,滑移值從下到上依次增大。
　　 對三種設計荷載作用下的結構受力狀態(tài)進行對比,工況三的荷載對橋塔結構的受力最不利。采用1.5倍工況三的荷載對模型進行分析,分析結果表明荷載從120％到150%過程中,混凝土均已超過設計抗壓強度,鋼