山区悬索桥隧道式锚锭受力特性分析

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1、234科技研究城市道桥与防洪20144tz9月第9期山区悬索桥隧道式锚锭受力特性分析张明，汪宏：(1．天津市市政1程设计研究院．天津市300191；2．招商局重庆交通科研没计院限公rd，承J足ll41)1)067)摘要：以云南省某悬索桥为依托．采用有限元软件MIDAS—GTS建立其隧道式锚锭的有限冗模．Ji：进行数f『If模拟分忻通过模拟隧道式锚锭在设汁荷裁下的受力情况并考虑超载，研究隧道式锚锭的变形及应力状态．提}¨没it隧道锚锭注也的问题，为将来同类桥梁的设计和施1提供依据、关键词：悬索桥；隧道式锚锭；数值模

2、拟分析；应力中图分类号：U448．214文献标识码：A文章编号：1009—7716(2014)09—0234—06鞍支墩基础位于Llj体浅表部位，体的初始应力0引言场以白重场为主I．冈而计算分析时按f．1重应力场悬索桥是日前公认跨越能力最强的一种桥考虑。山体有限元模型如l所示型。悬索桥在充分发挥材料性能和加劲梁的高跨比两方面具有显著的优势，闪而具有旺盛的生命力，是跨越海峡、江河、峡谷的理想选择，因此悬索桥设计施T技术在两部地区将具有十分广阔的应用前景⋯由于隧道式锚锭受力复杂且不具普遍性，因此对于具体的桥梁有必要进

3、行具体的分析研究。一般来说，为了对隧道式锚锭围岩应力场的分布规律有直观的了解，可以通过进行模型试验或通过大型有限元软件进行仿真模拟分析来进行。本文结合一座采用了隧道式锚锭的悬索桥的设计，通过运用大型隧道岩土有限元分析软件图1山体有限元模型MIDAS—GTS对该桥隧道式锚锭及所在山体围岩进行空间仿真分析，得出该部位应力分布及变形的锚锭结构按照实际设计图纸尺寸建模，锚锭一般规律，定量地得到结构内应力分布状况，检验有限元模型见图2。设计的安全性与合理性，为工程设计和施丁提供合理的依据。1有限元模型建立依据设计资料．模型

4、巾模拟了左右两个锚锭、散索鞍及支墩基础，尺寸形式均按设计方案进行模拟。铅直方向取为z轴，向上为正；Y轴与、z轴构成右手坐标系。计算模型范围充分考虑边界条件对分析结果的影响，范围为X×Y取为图2锚锭有限兀模型225m×170m，Z轴正方向按照山体地表高程，一侧取150nl，另一侧取53．4mI【J体地表依据电子计算模型一共划分单元548836个，节点高程图实际高程点，通过MIDAS—GTS的地表生成122527个，采用弹塑性本构模型，弹塑性模型中器功能生成实际山体地表。F}1于隧道锚锭和散索破坏准则采用德鲁克一普托

5、格准则．三维实体单元采用四面体单元，混凝土衬彻采川板单元，锚杆收稿日期：2014—04一lI模拟采用桁架单元，支护钢架采J+J梁元模拟。模作者简介：张明(1985一)+男．辽宁辽阳人，助理[程师，从事桥梁结构设tf‘丁作型边界除山体表面采用『IF}1边界外．j七余全部采用2014年9月第9期城市道桥与防洪科技研究235固定边界。初始应力场的应力云图如图3、图4。应力以压应模型中施加在隧道锚锭的荷载主要有3种。力为主，竖向最大压应力为1．13MPa，顺桥向最大(1)山体、锚锭结构以及衬砌混凝土的自重。压应力为一0．

6、4MPa，锚锭区围岩处在低应力场中，(2)施加于锚塞体中的预应力荷载。按照锚塞同时可以发现，随着深度的增加围岩应力不断加体两端实际的锚同面积换算为面压力荷载施加，大。则施加于前端面的压力荷载为1363．1kPa施加尾岛鼢端面的压力荷载为2552．58kPa。30EUlETSTRESSS。HSZZCeer(3)设计缆力。该悬索桥隧道式锚锭采用后锚式，因此将主缆拉力荷载等效于面荷载形式施加于锚塞体尾端。用有限元软件MIDASCIVIL建立全桥整体模型计算，取最不利荷载工况下的主缆力97777．23kN／缆施加于模型，

7、等效转化为面荷载后为648．09kPa。岩体的本构模型采用德鲁克一普拉格弹塑性模型，模拟岩层在不同方向上力学性能的差异性(正交各向异性)，即垂直层面与平行层面上，岩体的抗剪强度不同，沿层面破坏时，取为层面强度参图3竖向应力云图数，垂直层面破坏时，取岩体综合强度参数。计算参数取值如表l所示。表1普利岸隧道锚岩体物理力学参数图4顺桥向应力云图2．2山体岩石变形规律2-2．1施／ja-r程设计荷载后同时施加主缆设计荷载、索鞍处荷载后，锚锭与围岩的变形指向洞外(见罔5)，同时顺桥向位移显著增大，指向桥跨方向，最大增量值为

8、0．232mm(见图6)，竖向位移与顺桥向位移保持相似的增长速率，最大增量值为0．3mm，变形最大处位于锚2计算结果室洞口处(见图7)，横桥向位移基本无变化(见图在数值分析模型中，通过模拟施加设计锚锭8)。三个方向的岩体变化趋势与隧道锚锭的受力特征相吻合。由此可见，当施加设计荷载后，锚址主缆荷载，以计算分析设计条件下岩体的变形及稳定性。对隧道锚锭施加了3P、5P、7P、1