摘要
近年来随着大跨度公铁两用斜拉桥的快速发展，采用一体化锚箱的钢结构索塔日益得到应用。钢索塔锚固结构，形式多样，构造复杂，多向板件正交或斜交焊接，焊缝众多，作为钢塔和拉索的传力结构，承受较大的循环往复的荷载作用，局部应力集中现象显著，结构构造细节的抗疲劳能力控制是设计的关键问题之一。本文以某公铁两用斜拉桥为工程实例，通过有限元分析手段运用热点应力法对其锚箱式钢索塔锚固构造疲劳性能及其影响因素进行研究。主要研究内容及成果如下： (1)建立全桥索梁单元有限元模型，通过活载索力幅分析确定典型索塔锚固构造位于主跨边塔尾索处；基于雨流计数法和Miner线性损伤累积准则，计算典型索塔锚固构造由公、铁路疲劳荷载引起的200万次等效疲劳索力幅，对两者组合方式进行讨论，发现根据英国规范BS5400线性叠加方法得到的索力幅组合值最大。 (2)建立典型索塔锚固构造多尺度空间有限元模型，通过分析疲劳加载索力幅作用下锚固构造主要板件的应力幅特征和主要焊缝焊趾处母材的应力分布状态，总结发现工程实例典型索塔锚固构造的三类主要疲劳细节：承剪板与锚室腹板连接侧面承剪细节、承压板与锚室腹板连接侧面弯拉细节和承剪板与承压板连接侧面弯拉细节。 (3)采用热点应力法，在判定各疲劳细节热点应力的基础上，分析单元类型、网格尺寸和外推方法对各疲劳细节热点应力有限元计算值的影响，基于热点应力法的S-N曲线计算各疲劳细节的疲劳寿命。工程实例的计算结果表明：在疲劳加载索力幅作用下，承剪板与承压板连接侧面弯拉细节为锚固构造疲劳寿命的控制位置，各细节疲劳寿命均在1000万次以上，远大于200万次，结构在设计使用年限100年内是安全的。 (4)采用单参数分析法，分析总结工程实例索塔锚固构造主要受力板件几何尺寸和结构几何构造变化对各细节热点应力和疲劳寿命的影响规律。结果表明：在几何尺寸中，承剪板厚度、锚室腹板厚度、承剪板高度变化对三类细节热点应力和疲劳寿命的影响较大；在几何构造中，取消部分加劲板和承剪板间距变化对三类细节热点应力和疲劳寿命的影响较大。
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