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2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 厦门纳潮口大桥SQG 预应力锚箱空间分析研究 朱万旭 郑晓龙 黄芳玮 柳州海威姆建筑机械有限公司 1 2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 厦门纳潮口大桥SQG 预应力锚箱空间分析研究 朱万旭 郑晓龙 黄芳玮 柳州海威姆建筑机械有限公司 摘 要： 本文介绍由柳州海威姆建筑机械有限公司和瑞典国家公路局联合设计开发的 SQG 双群锚干风拉索体系预应力钢锚箱结构的设计和空间有限元计算，给出了其在额定载荷 作用下，主锚和辅锚垫板及加筋钢板应力和变形的分析计算结果，得出这种新型预应力拉索 锚箱结构的许多重要设计参数，对大桥的建设具有重要的指导作用。 关键词： 斜拉桥 SQG 预应力 空间分析 一、工程背景 厦门纳潮口大桥将建在厦门环岛路五通~墩上C 标段，是厦门环岛路北段主要工程，处 于海洋环境中。该桥为中承式钢-混凝土结合梁和钢拱肋提篮式拱桥，主桥三跨长为 58 米 +208 米+58 米。吊杆纵向标准间距为7.5 米，倾角变化范围为8.269~0.052°，系杆置于主 梁的边主箱内，横向每侧各4 根，拟定采用SQG 双群锚干风拉索体系。 采用SQG 双群锚干风拉索体系，需对锚固构造进行专门的设计，使系杆索力合理地传递 到结构上，目的是使拉索轴线与主梁轴线尽量接近，尽量用压力传递，避免复杂的应力状态， 特别是过大的拉、弯应力。锚固构造同时要考虑足够的安装空间，便于拉索的张拉和索力调 整。 这样该桥锚箱的设计在满足 SQG 双群锚干风拉索体系的安装要求同时，钢锚箱结构在 715 吨的系杆主锚索力及150 吨辅锚索力的作用下，锚下垫板、腹板主要受力板块的应力及 变形情况如何，加筋如何布置更为合理，锚箱的结构是否可靠，很难通过理论计算验证，而 通过空间有限元分析的方法则可以较直观地模拟实际情况。 图1 锚箱三维模型 2 2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 二、空间有限元分析 1、理论分析模型 该锚箱的形状为几何对称结构，为了更为方便地观察整个锚箱的应力分布，取整个实 体结构进行有限元单元划分建模分析，模型中锚箱与混凝土粘结部分的剪力销进行了简化， 通过边界条件的约束进行模拟；另外，考虑到已埋入混凝土的加筋钢板实际已经和混凝土粘 合在一起，忽略了加筋钢板上的圆孔（起增加与混凝土粘结力的作用）和三角形翼缘。不考 虑结构重力的影响。 本研究采用美国MSC 公司的MSC.Patran 和MSC.AFEA 软件进行空间有限元弹性分析。 锚箱钢板作为二维厚壁单元加入，赋予各部分单元厚度，计算模型共计有3241 个结点，2895 个单元，有限元分析模型如图2 所示。在分析中，钢板材料为Q345，弹性模量 5 2x10 MPa， 泊松比0.3。 预应力锚具（主锚和辅锚）的作用按等效载荷进行考虑。主锚施加给主锚垫板的力为 715 吨，辅锚施加给辅锚垫板的力为150 吨。 约束边界条件：锚箱尾部轴向位移为零，中间截面约束水平方向位移。 图2 锚箱结构空间分析模型 ADAMS 2、计算分析结果 图3 为锚箱主锚垫板（即承载主锚锚板压力的钢板）在715 吨载荷状态下的Von-mises 应力分布云图和轴向变形量分布云图。由图可见，锚孔周围的Von-mises 应力最大处位于两 个锚孔边缘，为155MPa，远小于Q345 钢的屈服极限345MPa，大部分区域均不到100 MPa； 轴向最大变形量为1.04mm，位于两个锚孔边缘，如图中所示的白色区域。