针形独塔斜拉桥钢铰支座非线性接触分析.pdf

学兔兔 ◎ 针形独塔斜拉桥钢铰支座非线性接触分析 张 杰 (上海嘉定轨道交通建设投资有限公司，上海 201800) 摘要： 惠平路跨蕴藻浜大桥采用针形独塔混合梁斜拉桥，钢结构主塔与塔底铸钢支座间铰接，该铰接处存在非线性接触效应。采 用 ANSYS分析软件对考虑接触效应的钢铰支座进行受力性能数值模拟，通过与Midas整体模型分析结果对比，证实该有限元模型 的准确性。此外，对成桥阶段和正常使用阶段受力性能的分析，验证了下塔柱以及铸钢支座的安全性；对下塔柱和铸钢支座应力的 分析结果表明，忽略接触非线性效应将可能低估塔柱的应力水平，从而影响对结构可靠性的判断。 关键词： 斜拉桥；独塔；钢铰支座；接触非线性；数值分析 1 工程概况 接触效应，只有考虑这种非线性接触效应才能正确模 惠平路大桥是嘉定主城区和南翔大型居住社区西 拟塔柱以及下部支座的应力状态，而基于Midas的整 部联系的咽喉，也是蕴藻浜景观轴的重要组成部分，对 体模型分析则无法考虑这一效应。 桥梁形态及景观有着极高的要求。 因此，本文采用 ANSYS软件对该铰支座上下弧 大桥采用针形独塔混合梁斜拉桥，跨径组合为 形铸钢块之间的非线性接触效应进行数值模拟，通过 2×35 m+158 tel+ 40 m，全长268 m，其中钢梁长约 与整体结构分析结果的对比，以证实该有限元模型的 208 m，混凝土梁长约60 m，桥面总宽为35．5 m。主 准确性。此外，通过对成桥阶段和正常使用阶段钢铰 桥采用整体断面，钢梁为双箱截面，混凝土梁为双箱多 支座、塔座应力的分析，以检验考虑接触效应后结构的 室截面l_1]。 安全性和可靠性。 主桥桥塔采用三根钢管组成的空间刚架结构， 桥塔呈针形，向主跨倾角 18。，竖向全高 86 m，桥塔 3 接触应力分析方法 在塔底与主墩铰接。斜拉索共 22对，主跨为两根索 有限元方法可以精确模拟各种复杂接触问题，且 构成的单索面，边跨为异型双索面，全桥形态如图l 没有经典力学方法的过多假定。一般接触问题可以分 所示。 为两种基本类型：刚体一柔体的接触、柔体一柔体的接 触。在刚体一柔体接触中，接触面的一个或多个被当 作刚体，和它接触的变形体相比，有大得多的刚度；柔 体一柔体的接触是一种更为普遍的类型，在这种情况 下两个接触体都是变形体。本桥钢铰支座的接触问题 即属于柔体一柔体的接触问题。 ANSYS软件支持刚体一柔体和柔体一柔体的面～ 面接触分析。这种接触分析应用“目标面”和“接触面” 来形成接 触对I2]。分 别用 TARGET169或 TAR— GET170来模拟 2D和 3D目标面。用 CONTA171、 图 1 全桥形态效果图 CONTA172、