混凝土支座实体方案有限元简单分析

徐珂,2009年12月6日

        承压环以及张拉索端部支座采用钢筋混凝土结构，整体计算分析得到其端部荷载为：上环梁轴向压力：-12514.5kN；下环梁轴向压力：-13125.2kN；拉索轴向拉力：24525.3kN。因端部荷载较大，为保证支座安全，采用通用有限元分析软件对支座不同设计方案的受力情况进行了模拟分析，以期能够得到安全经济的设计方案。
    混凝土实心墩体设计方案
    在此方案中，支座采用混凝土实心墩体，尺寸为：4m X 8m X 11m，在墩体上安装预埋钢板（50mm）厚，如图一所示：

        图一    实体模型

        图二    有限元计算模型

        图三    位移云图

        图四    混凝土表面z向应力云图

        图五    z轴方向距混凝土表面1m处z向应力云图

        图六    混凝土墩体Mises应力云图
        

        计算假定条件：
        1.    实心墩体底部固支；
        2.    混凝土与预埋钢板（30mm厚）粘结牢固，可协同工作；
        3.    压力环与预埋钢板接触处设置刚性环形钢环（径向200mm），可将压环端部压力均匀地传递到预埋钢板上，以减少混凝土表面局部压应力。
        计算结果：
        1.    墩体最大位移在混凝土墩体顶部，其值为4.38mm（图三）；
        2.    混凝土表面局部压应力最大值为24.9MPa（图四），采用C40混凝土即可满足混凝土局部抗压要求；
        3.    混凝土z向压应力随着混凝土深度的增加急剧衰减，在距混凝土表面处1m处混凝土z向压应力最大值为5.69MPa（图五）。
        

        结论：
        采用混凝土实心墩体的设计方案，可满足压环支座要求，但由图四、五中混凝土墩体应力云图可以看出，墩体中部混凝土应力很低，可以考虑非实心墩体设计。