基于临时锚碇法施工的自锚式悬索桥锚固系统研究

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自锚式悬索桥通常采用“先梁后缆”的有支架架设法,此法对通航有较大的影响,且支架架设条件受水文地质影响较大。现有东莞东江南支流港湾大桥由于所在河道通航要求高,且地质条件差使搭设支架代价大等原因,该桥最终采用临时锚碇法这种“先缆后梁”无支架架设法。采用临时锚碇法施工的自锚式悬索桥的锚固系统主要由两部分组成:一是主缆自锚段,其不仅需承担主缆全部索力,还需承担施工过程中临时拉索索力,使其受力状态更加复杂;二是临时地锚,其需承担施工过程中临时拉索索力,该桥临时地锚采用分离式哑铃型承台群桩锚碇,在巨大临时拉索索力作用下,各桩内力分配复杂,且桩顶位移、各桩桩顶内力大小及分配比例受多种因素影响。针对以上问题,本文进行的研究工作与取得的主要成果有:(1)采用Midas Civil建立全桥有限元模型,确定了临时拉索索力释放初始状态时主缆锚固端及临时拉索索力在24000k N左右;随着体系转换过程中临时拉索索力的释放,主缆及吊杆索力均逐渐减小,边跨主缆下移,中跨主缆与主跨加劲梁上移。(2)通过Ansys Workbench建立自锚段钢箱梁实体模型,分析自锚段钢箱梁在临时拉索索力释放初始状态及最不利索力工况下的受力情况。结果表明:主缆及临时拉索力作用在自锚段钢箱梁上的传力路径清晰,顺畅,均匀;在临时拉索索力释放初始状态,临时拉索销轴连接处最大应力达370Mpa,需采取相应加强措施;在正常使用状态的最不利工况下,自锚段最中间横隔板在主缆锚固开孔上方存在很大的应力集中,需采取相应的优化措施,其它区域应力水平均在允许范围内。(3)在墩梁临时固结状态,因施工过程中自锚段两端索力存在不平衡,将临时拉索与主缆索力差值控制值定为2715k N,在此控制值下,墩顶顺桥向位移为8.11mm,临时固结的自锚段钢箱梁的最大应力为165MPa。(4)利用Abaqus建立临时群桩锚碇桩土有限元模型,分析临时拉索索力分级张拉过程中锚碇承台变形、各桩顺桥向位移、内力及桩顶内力分配比例的特点等。结果表明,在临时拉索索力作用下,各桩能够较好的协同发挥作用,承台存在明显的弯曲变形与绕轴旋转,在设计索力作用下,系梁桩桩顶内力较其它桩更大。(5)探讨了桩土摩擦系数、承台抗弯刚度、承台埋深、桩径、系梁桩数、土体材料参数对临时群桩锚碇内力及变形的影响。结果表明:桩土摩擦系数仅对粉砂层一下桩身轴力影响较大;承台埋深、承台抗弯刚度、桩径、系梁桩数与土体弹性模量对群桩变形与内力均有较大的影响,其它土体参数影响则相对较小。其中,桩顶顺桥向位移与桩顶绕横桥向弯矩对桩径与土体弹性模量最敏感,桩顶轴力对系梁桩数与桩径最敏感,桩顶顺桥向剪力对系梁桩数与承台埋深最敏感。本文的研究成果对采用“先缆后梁”无支架架设法建造自锚式悬索桥具有很重要的工程实用价值。
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