【摘要】：應用多尺度有限元方法研究自錨式鋼箱梁懸索橋主纜錨固區(qū)受力性能與傳力特征,針對以往研究中存在的不足,提出將整橋模型通過合理的連接方式統(tǒng)一到錨固區(qū)精細模型中以替代剛性邊界條件假定的思想,提出主纜錨固區(qū)彈性邊界的概念。以目前世界上跨度最大的自錨式懸索橋——桃花峪黃河大橋為工程背景,針對大橋主纜錨固區(qū)的受力性能,建立多尺度有限元模型。同時,根據(jù)傳統(tǒng)的研究方法,建立縮尺有限元模型與足尺有限元模型作為對比模型。設(shè)計并完成了桃花峪黃河大橋主纜錨固結(jié)構(gòu)的縮尺模型試驗以作對比驗證。深入的對比研究表明,試驗模型、縮尺有限元模型與足尺有限元模型的結(jié)果均存在失真區(qū),失真區(qū)范圍不能被定量確定,導致研究結(jié)果不可信并帶來龐大的精細有限元試算工作。應用彈性邊界這一廣義邊界條件,提出的錨固區(qū)多尺度有限元模型可以精確地預測自錨式鋼箱梁懸索橋主纜錨固區(qū)的受力性能,且不受失真區(qū)的影響,為相關(guān)研究提供了一種科學、精確、高效、實用的新思路。
【圖文】：

第47卷第6期聶建國等·基于多尺度模型的自錨式鋼箱梁懸索橋主纜錨固區(qū)受力性能研究·59·驗、縮尺有限元模型分析、足尺有限元模型分析，均為單一尺度研究手段;另一類則是基于平截面假定的多尺度有限元模型分析方法。本文研究首先采用傳統(tǒng)的研究思路，，結(jié)合縮尺模型試驗與縮尺有限元模型分析，研究錨固結(jié)構(gòu)局部受力性能［4-6］;然后參考文獻［7］的研究思路，建立足尺有限元模型作為錨固區(qū)整體受力性能研究的對照模型;最后建立多尺度有限元模型，與縮尺模型試驗、縮尺有限元模型、足尺有限元模型對比局部特征點應力值，與足尺有限元模型對比主要板件應力分布特征與整體傳力機制。通過多重對比，深入研究自錨式鋼箱梁懸索橋主纜錨固區(qū)受力圖1多尺度有限元與傳統(tǒng)有限元模擬手段對比Fig．1Comparisonbetweenmulti-scaleFEapproachesandconventionalFEapproaches圖2多尺度主纜錨固區(qū)受力性能研究方案Fig．2Schemeofmulti-scalestudyforthebehaviorofcableanchoragezone性能，驗證多尺度建模方法的科學性，對比分析其優(yōu)勢，達到本文的研究目標。1．2工程背景河南省武西高速公路桃花峪黃河大橋工程位于鄭州市與焦作市交界處，主線全長27．54km，其中黃河特大橋長7．67km。桃花峪黃河大橋是工程全線跨越黃河的主橋，采用雙塔三跨自錨式懸索橋形式，跨徑布置為:160m+406m+160m(如圖3所示)，為目前世界上跨度最大的自錨式懸索橋。錨固區(qū)加勁主梁采用扁平鋼箱梁截面(如圖4所示)。圖3大橋立面布置圖Fig．3Generalview圖4錨固區(qū)加勁主梁段橫斷面(mm)Fig．4Crosssectionofthestiffenedmaingirderinanchoragezone(mm)

第47卷第6期聶建國等·基于多尺度模型的自錨式鋼箱梁懸索橋主纜錨固區(qū)受力性能研究·59·驗、縮尺有限元模型分析、足尺有限元模型分析，均為單一尺度研究手段;另一類則是基于平截面假定的多尺度有限元模型分析方法。本文研究首先采用傳統(tǒng)的研究思路，結(jié)合縮尺模型試驗與縮尺有限元模型分析，研究錨固結(jié)構(gòu)局部受力性能［4-6］;然后參考文獻［7］的研究思路，建立足尺有限元模型作為錨固區(qū)整體受力性能研究的對照模型;最后建立多尺度有限元模型，與縮尺模型試驗、縮尺有限元模型、足尺有限元模型對比局部特征點應力值，與足尺有限元模型對比主要板件應力分布特征與整體傳力機制。通過多重對比，深入研究自錨式鋼箱梁懸索橋主纜錨固區(qū)受力圖1多尺度有限元與傳統(tǒng)有限元模擬手段對比Fig．1Comparisonbetweenmulti-scaleFEapproachesandconventionalFEapproaches圖2多尺度主纜錨固區(qū)受力性能研究方案Fig．2Schemeofmulti-scalestudyforthebehaviorofcableanchoragezone性能，驗證多尺度建模方法的科學性，對比分析其優(yōu)勢，達到本文的研究目標。1．2工程背景河南省武西高速公路桃花峪黃河大橋工程位于鄭州市與焦作市交界處，主線全長27．54km，其中黃河特大橋長7．67km。桃花峪黃河大橋是工程全線跨越黃河的主橋，采用雙塔三跨自錨式懸索橋形式，跨徑布置為:160m+406m+160m(如圖3所示)，為目前世界上跨度最大的自錨式懸索橋。錨固區(qū)加勁主梁采用扁平鋼箱梁截面(如圖4所示)。圖3大橋立面布置圖Fig．3Generalview圖4錨固區(qū)加勁主梁段橫斷面(mm)Fig．4Crosssectionofthestiffenedmaingirderinanchoragezone(mm)

【參考文獻】

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1 李兆霞;孫正華;郭力;陳鴻天;余洋;;結(jié)構(gòu)損傷一致多尺度模擬和分析方法[J];東南大學學報(自然科學版);2007年02期

2 陳開利;王戒躁;安群慧;;舟山桃夭門大橋鋼與混凝土結(jié)合段模型試驗研究[J];土木工程學報;2006年03期

3 邵旭東;鄧軍;李立峰;蔣自雄;;自錨式懸索橋主纜錨固結(jié)構(gòu)研究[J];土木工程學報;2006年07期

4 樊健生;聶建國;呂堅鋒;張革軍;楊曉濱;;斜拉橋鋼箱梁-混凝土索塔結(jié)合段的試驗研究[J];土木工程學報;2008年07期

5 王文利;瞿偉廉;皮永林;;考慮焊接殘余應力的桅桿結(jié)構(gòu)拉耳節(jié)點風致疲勞裂紋萌生壽命評定[J];土木工程學報;2010年S2期

6 聶建國;陶慕軒;樊健生;王麒;張革軍;邵新鵬;蔡建軍;;自錨式鋼箱梁懸索橋主纜錨固區(qū)受力性能研究[J];土木工程學報;2011年08期

【共引文獻】

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1 亓路寬;宋宇亮;王君杰;李琳;;自錨式懸索橋動力特性及減震效果[J];北京工業(yè)大學學報;2008年09期

2 胡建華;侯文崎;黃瓊;;混合梁自錨式懸索橋鋼混接合段結(jié)構(gòu)形式的對比試驗研究[J];鐵道科學與工程學報;2007年05期

3 王春苗;李兆霞;殷愛國;;大型土木結(jié)構(gòu)多目標一致逼近有限元模擬方法[J];東南大學學報(自然科學版);2009年01期

4 李建慧;李愛群;袁輝輝;李喜平;;獨柱塔空間纜索自錨式懸索橋主鞍座空間受力分析(英文)[J];Journal of Southeast University(English Edition);2009年03期

5 陳偉球;嚴蔚;;混凝土結(jié)構(gòu)服役智能化的若干研究進展[J];工程力學;2009年S2期

6 唐亮;吳文明;劉高;徐國平;;有格室-后承壓板結(jié)合部構(gòu)造的結(jié)構(gòu)特性[J];工程力學;2010年11期

7 石永久;王萌;王元清;;基于多尺度模型的鋼框架抗震性能分析[J];工程力學;2011年12期

8 尹志清;;自錨式懸索橋獨塔的創(chuàng)新技術(shù)[J];公路;2009年02期

9 蔡建軍;陶慕軒;樊健生;張革軍;王麒;;自錨式鋼箱梁懸索橋主纜錨固結(jié)構(gòu)研究[J];公路;2009年09期

10 盧亞臣;李光玲;狄謹;;鋼-混凝土混合梁結(jié)合段模型試驗方案研究[J];公路交通科技(應用技術(shù)版);2012年02期

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1 羅韌;許慧榮;李鴻晶;陸鳴;;汶川地震中百花大橋倒塌模擬分析[A];第八屆全國地震工程學術(shù)會議論文集（Ⅰ）[C];2010年

2 邢昕;劉玉擎;趙晨;盧永成;;自錨式懸索橋主纜鋼混錨固區(qū)受力分析[A];第十八屆全國橋梁學術(shù)會議論文集（下冊）[C];2008年

3 占玉林;趙人達;謝邦珠;牟廷敏;毛學明;;鋼-混凝土結(jié)合段模型試驗研究[A];中國鋼協(xié)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)分會第十一次年會論文集[C];2007年

4 耿東升;劉永健;宋瑤;;大跨徑斜拉橋鋼混結(jié)合梁段格構(gòu)室應力分析[A];鋼結(jié)構(gòu)工程研究（九）——中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與疲勞分會第13屆(ISSF-2012)學術(shù)交流會暨教學研討會論文集[C];2012年

5 林振東;王仁華;竇培林;;點蝕損傷導管架平臺結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非線性行為初步探討[A];第22屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集第Ⅱ冊[C];2013年

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1 喬華;Arlequin構(gòu)架下結(jié)構(gòu)多尺度數(shù)值模擬[D];浙江大學;2011年

2 黃彩萍;混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段受力性能的試驗研究與理論分析[D];華中科技大學;2012年

3 唐冕;大跨度自錨式懸索橋的靜動力性能研究與參數(shù)敏感性分析[D];中南大學;2007年

4 黃瓊;鋼—混凝土混合梁自錨式懸索橋受力性能與計算方法研究[D];中南大學;2007年

5 孫遠韜;機械結(jié)構(gòu)裂紋診斷的數(shù)值分析方法與應用研究[D];武漢理工大學;2008年

6 王文利;風力作用下桅桿結(jié)構(gòu)拉耳焊接節(jié)點板裂紋萌生疲勞壽命的評估[D];武漢理工大學;2012年

7 宋明;材料微觀結(jié)構(gòu)和試樣厚度對小沖桿試驗的影響[D];華東理工大學;2013年

8 張鵬;鋼—混凝土混合梁結(jié)合段受力性能與設(shè)計參數(shù)研究[D];長安大學;2012年

9 王萌;強烈地震作用下鋼框架的損傷退化行為[D];清華大學;2013年

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3 杜陽;鋼—預應力砼混合連續(xù)梁橋鋼混結(jié)合段傳力特征研究[D];武漢理工大學;2011年

4 李曉東;某航空材料疊層結(jié)構(gòu)失效行為的跨尺度分析[D];蘭州理工大學;2011年

5 曼亞平;洋浦大橋鋼—混結(jié)合段試驗研究[D];中南大學;2011年

6 李達;鋼—混凝土塔座預應力結(jié)合段受力性能研究[D];長安大學;2011年

7 蔡瑞瑞;混凝土自錨式懸索橋靜力性能研究[D];長安大學;2011年

8 劉飛;基于子結(jié)構(gòu)方法的微電子集成電路封裝互連焊球可靠性的建模與仿真[D];浙江工業(yè)大學;2010年

9 夏龍;高墩大跨T型剛構(gòu)橋墩梁固結(jié)處試驗研究[D];中南大學;2007年

10 周端明;鋼—混凝土混合拱橋接頭受力性能研究[D];重慶交通大學;2008年

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;3D Finite Element Numerical Simulation of Residual Stresses on Electron Beam Welded BT20 Plates[J];Journal of Materials Science & Technology;2004年01期

2 劉川;張建勛;牛靖;;數(shù)值模擬和實驗研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接殘余應力(英文)[J];稀有金屬材料與工程;2009年08期

3 丁幼亮;李愛群;趙大亮;;潤揚大橋北汊斜拉橋鋼箱梁的局部應力測試與分析研究[J];工程力學;2006年12期

4 張哲,竇鵬,石磊,劉春城;自錨式懸索橋的發(fā)展綜述[J];世界橋梁;2003年01期

5 樊健生;聶建國;;鋼-混凝土組合橋梁研究及應用新進展[J];建筑鋼結(jié)構(gòu)進展;2006年05期

6 陸?zhàn)?汪建華,村川英一;多層焊焊接應力分布對管子局部熱處理應力釋放準則的影響[J];上海交通大學學報;2000年12期

7 何艷麗,馬星,王肇民,董石麟;桅桿結(jié)構(gòu)的風振響應分析及實驗研究[J];上海交通大學學報;2001年10期

8 李小珍,蔡婧,強士中;大跨度鋼箱梁斜拉橋索梁錨固結(jié)構(gòu)型式的比較研究[J];土木工程學報;2004年03期

9 陳開利;王戒躁;安群慧;;舟山桃夭門大橋鋼與混凝土結(jié)合段模型試驗研究[J];土木工程學報;2006年03期

10 邵旭東;鄧軍;李立峰;蔣自雄;;自錨式懸索橋主纜錨固結(jié)構(gòu)研究[J];土木工程學報;2006年07期

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1 胡建華;向建軍;廖建宏;;獨塔自錨式懸索橋設(shè)計構(gòu)思——佛山市平勝大橋方案設(shè)計[A];第十六屆全國橋梁學術(shù)會議論文集（上冊）[C];2004年

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1 周太全;橋梁構(gòu)件局部熱點應力分析及其疲勞損傷累積過程模擬[D];東南大學;2003年

2 魯麗君;桅桿結(jié)構(gòu)纖繩連接拉耳風致疲勞裂紋萌生與擴展壽命預測[D];武漢理工大學;2008年

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3 劉滎,吳長春,劉效堯;YM15—7型錨具錨固區(qū)應力分析[J];華東公路;1997年03期

4 張希良;大里營斜拉橋剛性索錨固區(qū)研究[J];鐵道標準設(shè)計;1998年02期

5 劉慶寬,強士中,張強,陳偉慶;斜拉橋錨箱式索梁錨固區(qū)應力分析[J];橋梁建設(shè);2001年05期

6 肖勇剛;高濤;;斜拉橋塔柱錨固區(qū)預應力損失研究[J];長沙交通學院學報;2008年01期

7 李燦烽;陳太聰;韓大建;;預應力錨固區(qū)的加載破壞過程初探(英文)[J];科學技術(shù)與工程;2008年05期

8 于博;于西堯;;某斜拉橋主塔錨固區(qū)空間應力分析[J];科學之友(B版);2008年11期

9 潘中明;鄭俊杰;;真空輔助壓漿工藝在軍山大橋中的應用[J];巖土力學;2002年S1期

10 賀立新;;大跨徑斜拉橋索塔錨固區(qū)應力分析[J];預應力技術(shù);2004年05期

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2 羅保恒;張愷;徐蘊賢;;橋梁伸縮縫錨固區(qū)特快硬鋼纖維混凝土的應用[A];第十二屆全國纖維混凝土學術(shù)會議論文集[C];2008年

3 劉智;劉釗;孟少平;;斜拉橋拉索錨固區(qū)抗裂設(shè)計研究[A];中國公路學會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學會2002年全國橋梁學術(shù)會議論文集[C];2002年

4 周建民;于少倫;吳健宏;;后張預應力凸齒塊張拉端節(jié)點分析及配筋方法研究[A];“發(fā)展綠色技術(shù)，建設(shè)節(jié)約結(jié)構(gòu)”——第十四屆全國混凝土及預應力混凝土學術(shù)會議論文集[C];2007年

5 陳開利;林亞超;;鋼錨箱索塔錨固區(qū)受力機理研究[A];中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會第五次全國會員代表大會暨學術(shù)年會論文集[C];2007年

6 郭宏磊;蔣永生;黃麗;丁大鈞;;一種錨具在構(gòu)件體內(nèi)的錨固區(qū)受力性能的研究[A];第五屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第三卷）[C];1996年

7 裴_G;;國家標準《預應力筋用錨具、夾具和連接器》GB/T 14370-2007及與歐美標準的比較[A];第十屆后張預應力學術(shù)交流會論文集[C];2008年

8 林元培;章曾煥;王靜梅;王心方;;楊浦大橋主塔拉索錨固區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計足尺模型加載試驗和工藝研究[A];第九屆全國混凝土及預應力混凝土學術(shù)交流會論文集[C];1996年

9 裴■;;國家標準《預應力筋用錨具、夾具和連接器》GB／T14370-2000修訂介紹[A];第九屆后張預應力學術(shù)交流會論文集[C];2006年

10 許金余;鄭穎人;;錨噴支護園形洞室圍巖的彈性、彈塑性及粘彈——塑性分析[A];第三屆巖石力學學術(shù)會議論文集（上）[C];1985年

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1 ;南京長江第二大橋[N];中華建筑報;2010年

2 李佳;雙塔雙索面混凝土斜拉橋設(shè)計通過鑒定[N];中華建筑報;2005年

3 記者 王新生　通訊員 陶軒;綜合支護技術(shù)在陶二礦成功應用[N];中國礦業(yè)報;2008年

4 本報通訊員 張同飛;闖難關(guān)宵旰攻堅 橋梁人百煉成鋼[N];人民鐵道;2011年

5 記者 趙暉;蓉湖大橋全面“體檢”[N];無錫日報;2009年

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1 張文學;預應力混凝土連續(xù)箱梁局部應力分析及拉—壓桿設(shè)計[D];同濟大學;2007年

2 唐紅元;斜拉橋預應力混凝土索塔關(guān)鍵問題研究[D];東南大學;2006年

3 李桂臣;軟弱夾層頂板巷道圍巖穩(wěn)定與安全控制研究[D];中國礦業(yè)大學;2008年

4 趙軍衛(wèi);預應力錨具下混凝土局部受壓基本問題試驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

5 史波;氯鹽環(huán)境下基于概率和性能的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究[D];大連理工大學;2009年

6 閻奇武;鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)在地震作用下的空間桿系層模型非線性分析[D];湖南大學;2001年

7 唐冕;大跨度自錨式懸索橋的靜動力性能研究與參數(shù)敏感性分析[D];中南大學;2007年

8 王新宇;折線先張法預應力混凝土箱梁受力性能及工程應用研究[D];鄭州大學;2010年

9 張茜;鋼錨板式鋼—混組合索塔錨固體系受力性能理論與試驗研究[D];長安大學;2013年

10 伍雪南;懸索橋健康診斷數(shù)值與模型試驗研究[D];大連海事大學;2009年

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1 曾進忠;斜拉橋錨固區(qū)應力分析和配索優(yōu)化[D];浙江大學;2005年

2 葉蘭洲;斜拉橋索塔錨固區(qū)受力性能研究[D];長安大學;2012年

3 馬利振;大跨預應力混凝土框架設(shè)計與施工中若干問題的研究[D];重慶大學;2002年

4 陳嘉毅;大跨度預應力混凝土箱梁錨固區(qū)局部應力的理論分析與試驗研究[D];浙江大學;2006年

5 譚Z

本文編號：2570169