[發明專利]一種斜拉橋混凝土索塔錨固區的預應力設計方法

有效

• 申請號: 201810111332.5
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108416104B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 崔楠楠;楊錚;余曉琳;賈布裕;顏全勝
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/17;G06F30/23;E01D19/14;G06F119/14
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發明涉及一種斜拉橋混凝土索塔錨固區的預應力設計方法，屬于索塔錨固區的預應力設計領域。本發明包括以下步驟：步驟一：確定索塔前墻厚寬比λ；步驟二：根據所述λ值選擇所要采用的索塔拉?壓桿模型，并計算幾何參數；步驟三：求解最大拉桿內力；步驟四：根據所述最大拉桿內力計算所需預應力筋數量；步驟五：根據模型中拉桿走向布置所述預應力筋。本發明可用于索塔錨固區預應力定量設計，提出了幾何參數明確的、可供工程人員直接使用的索塔錨固區拉?壓桿模型。本發明通用性強，設計效率高，力學概念清晰，具有較高的計算精度，避免了傳統索塔錨固區設計依靠設計人員經驗和大量試算的盲目性與低效率。

技術領域

本發明涉及一種斜拉橋混凝土索塔錨固區的預應力設計方法，屬于索塔錨固區的預應力設計領域。

背景技術

索塔拉索錨固區是斜拉橋結構中的關鍵部位，其構造復雜、局部受力集中、設計施工難度大，一直是橋梁工程師重點關注的問題之一。采用側壁錨固形式的箱型截面的混凝土索塔，斜拉索的巨大索力作用在塔柱上，垂直分力通過錨塊傳給塔身，而巨大的水平分力作用在相對較薄弱的塔柱側壁上，塔壁混凝土和其中配置的構造鋼筋是不能承受的，因此，必須在錨固區設置水平預應力筋來承受這巨大的水平分力。

國內外對該區域的設計理論和方法的研究尚不成熟，現行設計規范也缺乏針對性的規定，導致實際工程中常常需要進行昂貴的模型試驗和反復的空間有限元計算來驗證設計結果，造成建設資源極大的浪費。

對于索塔的預應力筋設計與優化，目前有平面框架法、局部空間分析法(有限元計算與試驗)以及拉-壓桿模型設計方法。各方法的不足主要表現在：(1)平面框架法。對于箱形索塔，如果采用梁單元簡化法，則單元的長細比不符合梁單元的規定，勢必產生較大的誤差。(2)局部空間應力法。基于有限元計算的局部空間應力法對于預應力筋的布置位置是無能為力的，需要先憑經驗擬定設計方案(數量和位置)，然后進行有限元分析驗算，如不滿足，則修正方案，直到滿足為止，設計效率較低；基于模型試驗的局部空間應力法成本過高，且只能根據試驗現象和成果獲得一些原則性的結論。(3)拉-壓桿模型設計方法。該法有足夠的精度又易于工程應用，以此指導索塔錨固區的設計與優化，不失為一種低成本高效率的方法。但迄今為止公開發表的研究中大多只針對某一具體案例，不具有普遍適用性，而且該方法要求設計者具備拓撲優化基礎，限制了其廣泛使用，例如文獻一“索塔錨固區拓撲優化拉壓桿模型及預應力構造分析，朱經緯等，橋梁建設，2017，vol.(05)，pp.59-64”所公開的方法。文獻二“大跨度斜拉橋預應力混凝土索塔關鍵問題研究，陶齊宇，西南交通大學，2012”基于拉-壓桿模型提出了預應力定量設計計算公式，但比較粗糙，參數之間的關系不明確，計算精度較低，也未給出便于工程應用的拉-壓桿模型，不能實現預應力筋的位置設計，使設計者陷入“黑匣子”操作，失去了拉-壓桿模型揭示結構內部傳力機制的優越性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供了一種力學概念清晰、設計效率高、計算結果可靠的斜拉橋混凝土索塔錨固區的預應力設計方法。

本發明是采用以下的技術方案實現的：

一種斜拉橋混凝土索塔錨固區預應力設計方法，包括如下步驟：

步驟一：確定索塔前墻厚寬比λ；

步驟二：根據所述λ值選擇所要采用的索塔拉-壓桿模型，并計算幾何參數；

步驟三：求解最大拉桿內力；

步驟四：根據所述最大拉桿內力計算所需預應力筋數量；

步驟五：根據模型中拉桿走向布置所述預應力筋。