斜拉桥混凝土索塔钢锚箱受力计算

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斜拉桥主梁截面斜锁及索塔构造特点[详细]

2. 箱形截面
混凝土斜拉桥主梁采用箱形截面，在现代斜拉桥中是经常采用的截面形式。这是因为它的抗弯和抗扭刚度大，能适应稀索、密索、单索面或双索面等不同斜索布置；其组合截面，也可以方便地形成封闭式的单箱形式或分离式的双箱形式，以适应不同桥宽的需要；截面的组合构造，也可以部分预制、部分现场灌筑，为桥梁施工方案提供更多选择单索面布置的箱形截面。
（三）结合梁
结合梁斜拉桥是指钢主梁的上翼缘与设置其上的混凝土桥面板之间用剪力键结合共同受力的梁体结构。结合梁一般只适用于双索面斜拉桥。结合梁斜拉桥在80年代后才得到发展。其代表作首推加拿大的安那西斯(Annacis) 桥其结合梁主梁截面如图所示。
（四）混合梁
混合梁斜拉桥是指其主跨为钢梁而边跨为混凝土梁的斜拉桥。钢梁与混凝土梁的连接点一般设在索塔附近，可以在边跨侧，也可以在主跨侧。斜拉桥边跨采用混凝土梁的构思，是取其梁的自重大，有利于边跨发挥其锚固跨的作用。
斜拉桥充分利用斜拉索的刚性，巧妙地将索
与梁结合起来。因此，斜拉桥这一桥式属于梁式桥与悬索桥之间的大跨度桥梁，它可有效的用于 100—600m之间的跨度。
根据以上特点，预应力混凝土斜拉桥具有下列显著的优越性：
1．跨越能力大； 2．具有良好的结构刚度和抗风稳定性； 3．依靠斜拉索的应力调整，能设计的很经济；
斜拉桥的三种主梁截面，即钢梁、混凝土梁和结合梁，其各自的特点可以通过下表来说明。表中混凝土斜拉桥与钢斜拉桥、结合梁斜拉桥的比较(表中的A、B、C、 D表示优劣等级)。
项目
恒载质量材料阻尼徐变收缩耐久性改造的难易施工的难易路面造价斜索的连结斜索疲劳基本造价
钢斜拉桥
结合梁斜拉桥

两类混凝土索塔钢锚箱结构特性比较研究

ｔｎｉｎＢｒａｄｂｉ—ｎｓｅ— ｎｈｒｂｘｓｈｖｉｌｔｃｒｌｔｐ，ｊｓｈｖｉｅｅｔｆｃｒｐｒｅｓ．ａｅｎｕｌｉｔｌａｃｏ— ｏｅａｅｓａｓｕｔａｙｅｕｔａｅｄｆｒｎｏｅｐｏｏ— ｏｔｅｍｉｒｒｕｆｒ
ｔｏｃｕｅｂｔｅｉｎａｓｄｙｈｄｉｅｅｃｏｏｒｓｎｎｌｃｔｎｏｏｃｅｅｆｒｎｅｆｃｒｅｐｏｄｉｇｏａｉｔｃｎｒｔｐｙｏｗａ１ｆｏｌｎｌ．Ｃｏｒｔｓｒｃｕａｔｐｏｎｃｅｅｔｔｒｌｙｅｆｕｓｅｌａｃｏ —ｂｘｓｕｄｅｅｉｎｄｃｏｄｎｔａｔａｃｎｉｉｎｓｔｅ — ｎｈｒｏｈｏｌｂｄｓｇｅａｃｒｉｇｏｃｕｌｏｄｔｏ．Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：ｃｂｅｔｙｄｒｄｇａｌ —ｓａｅｂｉｅ；ｃｎｒｔｌｎ；ｓｅｌｎｈｒｂｘ；ｆｎｔｅｅｎｏｃｅｅｐｙｏｔｅ－ａｃｏ — ｏｉｉｅｌｍｅｔ
Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ｂｕｌ—ｉａｂｒｓｅｌｎｈｒｉｔｎｎｄａｅｔｅ —ａｃｏ —ｂｏｅａｅｌａｌｃｂｅｏｏｒｔｃｂｅ—ｓａｅｂｉｇｘｓｒａｌｐｐｉａｌｔｃｎｃｅｅａｌｔｙｄｒｄｅ
ｐｌｎｙｏ。Ｃｏａｉｇｈｃｌｕａｉｎｆｔｋｎｓｆｓｅｌａｃｏ－ｏｃｎｅｃｔｅｏｃｕｉｎ，ｕｄｒｈｍｐｒｎｔｅａｃｌｔｏｗｏｉｄｏｔｅ－ｎｈｒｂｘａｒａｈｈｃｎｌｓｏｏｎｅｔｅ

斜拉桥计算

第二章斜拉桥的计算第一节结构分析计算图式斜拉桥是高次超静定结构，常规分析可采用平面杆系有限元法，即基于小位移的直接刚度矩阵法。

有限元分析首先是建立计算模型，对整体结构划分单元和结点，形成结构离散图，研究各单元的性质，并用合适的单元模型进行模拟。

对于柔性拉索，可用拉压杆单元进行模拟，同时按后面介绍的等效弹性模量方法考虑斜索的垂度影响，对于梁和塔单元，则用梁单元进行模拟。

斜拉桥与其它超静定桥梁一样，它的最终恒载受力状态与施工过程密切相关，因此结构分析必须准确模拟和修正施工过程。

图2-1是一座斜拉桥的结构分析离散图。

图2-1斜拉桥结构分析离散图第二节斜拉索的垂度效应计算一、等效弹性模量斜拉桥的拉索一般采用柔性索，斜索在自重的作用下会产生一定的垂度，这一垂度的大小与索力有关，垂度与索力呈非线性关系。

斜索张拉时，索的伸长量包括弹性伸长以及克服垂度所带来的伸长，为方便计算，可以用等效弹性模量的方法，在弹性伸长公式中计入垂度的影响。

等效弹性模量常用Ernst 公式，推导如下：如图2-2所示，为斜索自重集度，q m f 为斜索跨中的径向挠度。

因索不承担弯矩，根据处索弯矩为零的条件，得到：m m 22111cos 88m T f q l ql α⋅==⋅2cos 8m ql f Tα= （2-1）图2-2 斜拉索的受力图式索形应该是悬链线，对于m f 很小的情形，可近似地按抛物线计算，索的长度为：lf l S m238⋅+= (2-2)223228cos 324m f q l l S l l TαΔ=−=⋅= 2323cos 12d l q l dT TαΔ=− (2-3) 用弹性模量的概念表示上述垂度的影响，则有：()3322321212cos f dT l lT E d l A Aq l L σαγ=⋅==Δ (2-4)式中：/T A σ=，q A γ=，cos L l α=⋅为斜索的水平投影长度， f E ：计算垂度效应的当量弹性模量。

基于一阶优化方法的钢-混凝土组合索塔锚固区结构设计

造，提高结构的安全性具有重要的指导意义。对
１结构体系特点
钢锚箱内置式钢一凝土组合索塔锚固形式是将钢锚箱放置在混凝土塔壁框架内，混钢锚箱的端板与横
收稿日期：００— ６一２１０叭
作者简介：赵秋
男
１７９６年出生
度的所有可行设计中，对设计者预定的标准，出的最优方案。它使得设计者由被动的分析转变为主相找
动的设计控制Ｊ。现代结构优化设计方法的出现，约可以追溯到２大０世纪５０年代后期，首先在航空航天领域开始应用。ＬＳｈｉ是早期研究结构最优化设计的著名学者，于１６Ａ．ｃｍｔ他９０年首先提出了把结构
优化设计的数学规划法和结构分析的有限元法联系起来，引起人们极大的兴趣。我国在这一领域研
究虽然起步较晚，开始就紧密地与实际工程相结合，在航空航天、筑、船等领域得到了应用。但如建造１７９３年，国学者钱令希教授发表的关于“ 我结构优化设计的近代发展 ” 文，一可说是国内研究结构优化的个进军号… 。
１示。所
为了掌握钢锚箱内置式钢一凝土组合索塔锚固混
区这种新式结构的受力机理，内几座型试验。从研究的结果上

斜拉桥钢塔柱外置式钢锚箱局部应力分析

所示。
从桥梁美学的角度出发，本桥主梁采用２．５ｍ高的全封闭钢箱梁形式；桥塔采用钢箱型弧形结构形式，决定了该桥桥塔须采用钢箱型结构，弧形钢塔结构与
２４对斜拉索形成空间索型布置，结构错落有致，富有
斜拉桥钢塔柱外置式钢锚箱局部应力分析：高碧波
９７
文章编号：１６７２— ７４７９（２０１４）０１ — ００９７— ０４
斜拉桥钢塔柱外置式钢锚箱局部应力分析
高碧波
（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津３００１４２）
韵律感。
［２］西南交通大学．灌河特大桥吊杆抗风性能风洞模型试验研究报告
［Ｒ］．成都：西南交通大学，２０１３
［６］刘桂红，刘承虞．南京大胜关长江大桥２ｘ８４ｍ连续钢桁梁设计
［Ｊ］．铁道勘察，２００７（增刊）［７］刘桂红，易伦雄．采用正交异性钢桥面板的铁路钢桁梁设计［Ｊ］．桥梁建设，２００７（增刊２）［８］刘桂红，易伦雄．采用正交异性钢桥面板的铁路钢桁梁设计［Ｊ］．桥梁建设，２００７（增刊２）武汉天兴州公铁两用长江大桥主桥钢梁设计［Ｊ］．桥梁建［９］徐伟．
文献标识码：Ａ中图分类号：ｕ４４８．２７；ｕ４４１．５
以某开发区斜拉桥为例，采用大型有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ，建立空间板壳单元模型，对其异型索塔锚固区进行有限元静力分析，解决常规设计中难以

部分地锚式斜拉桥施工索力正装计算法

全０Ｉ。主Ｔ塔高阶段由于安装梁段产生变形，拉索端点坐心线处梁高４ｍ，宽４Ｉ塔为钢筋混凝土门式塔，３０ｍ，面以上高２０１，１桥７１拉索锚固区塔高６Ｉ２５Ｉ。斜拉索采用扇Ｔ标发生变化，索长变为Ｌ，２则相对于无应力索长下的索力Ｔ为：２
Ｔ２＝ —．Ｌ１２－．
一
Ｏ
．
形布置。
ＥＡ（）２
上０
本文采用空间杆系模型建模。其中，面系采用单主梁模桥型，拉索与主梁之间通过刚性杆相接，塔墩固结处采用刚性连接；拉索垂度修正采用Ｅｎｔｒｓ公式；钢梁与混凝土梁的横隔板按集中荷载考虑，二期恒载按均布荷载考虑。
，，ｒ、
１２施工索力确定．
２１１
索力修正值。假设
（１）
该部分地锚式斜拉桥全长１６０１，０ＩＴ纵漂体系，全桥设置四个
跨径布置为（００＋ｌ０ｍ＋１１０ｍ＋（０＋１００ｍ，５＋１０Ｏ）０１００＋５）其中，Ｅ为考虑了垂度效应的弹性模量；为拉索横截面积。辅助墩，Ａ边中跨比０２７主跨地锚梁段长４０ｍ。中跨为扁平钢箱梁，．２，０中以该无应力索长为根据，按该施工阶段结构位移的变化计算出该
中图分类号：４．７Ｕ４８２文献标识码：Ａ
Ｏ引言
其中，丁为第ｉ根索合理成桥状态时的索力；为第ｉＴ根索
Ｌ部分地锚式斜拉桥是改变斜拉桥外部约束后得到的一种新经修正后施工阶段张拉索力；为第根索经合理成桥状态时的

斜拉桥塔壁锚固形式的环向预应力设计理论

４６
公
路
工
程
３７卷
作为设计承载力、安全性的依据，种方法不仅花费这
较大，而且设计周期较长，效性较差。时
结合我国斜拉桥的设计实践，文对塔壁锚固本形式进行了详细研究。主要分析便于工程设计人员应用的平面刚架模型的简化参数选择依据和局部应力计算结果修正方法。
，
（）一断面ｃｌ１
图１计算模型简化
Ｓｃｅｔｃｄａｒｍｆｓｍｐｌｆｄｃｌｕａｉｎｍｏｌｈｍａｉｉｇａｏ＇ｉｉｅａｃｌｔｏｄｅｉ
下按４５度角将分布索力传递到塔壁（进一步简为
寸）。
ｉ（一了）ｌ≤ ２、ｇ／／ｙＲ。Ｉ
（）１
３塔壁内侧荷载的传力机理
平面刚架模型的索力线荷载ｑ相当于作用在实体模型的锚固塔壁中部，因此需要研究塔壁内侧的等效索力ｑ如何传递等效为ｑ。利用ＡＳＳ计算ＮＹ软件建立实体模型（算参数Ｄ：１０ｍ；＝计．Ｒ
力大小以确保结构处于安全状态，种方法需这要设计人员具有很强的结构数值建模分析能力，并
布置形式主要有交叉锚固、箱壁锚固、横梁锚固和钢钢锚箱锚固。现行公路斜拉桥设计细则中，于对
中小跨径的斜拉桥，荐采用塔壁锚固，于大跨径推对斜拉桥推荐采用刚横梁和刚锚箱的锚固方式。

斜拉桥钢塔拉索锚点构造及分析计算

斜拉桥钢塔拉索锚点构造及分析计算摘要：以开原市滨水新城6号桥斜拉桥钢塔拉索锚点为例，分析窄塔拉索锚点的实用构造及计算方法，保证结构受力安全合理。

关键词：拉索锚点窄塔1、情况简介桥梁结构形式为独塔单索面斜拉桥，索距4m。

标准桥面宽度为30m，双向4车道，断面布置为：4m（人行道）+1.5m（绿化带）+8m（车行道）+3m（分隔带）+8m（车行道）+1.5m（绿化带）+4m（人行道）=30m。

主塔塔高50m，塔截面尺寸为2.5mx1.5m，属于窄塔，塔内空间受限，索力较大，构造较难处理，计算复杂。

2、设计与计算2.1、要点本桥本部分针对6号桥索力最大的三对索的主塔锚固区进行局部分析，对应索号为H4、H5、H6。

局部分析位置如图：图钢塔横断面示意图图拉索主塔锚块平面示意图2.2、计算内力根据总体模型提取局部分析内力结果。

表节点荷载数据表表索力荷载组合数据表2.3、工况一计算结果分析标准值组合下计算结构如下：图工况1 H5主塔锚块等效应力从上图可以看出，主塔各板应力主要在40-70Mpa之间，横隔板处出现最小应力，在20Mpa以内，最大等效应力出现在锚垫板相接处，锚块与纵隔板相接及其下方，最大应力在100-130Mpa，以上应力均满足规范要求。

2.3、工况二计算结果分析图工况2 H5主塔锚块等效应力从上图可以看出，主塔各板应力主要在30-70Mpa之间；横隔板及锚块各肋板处出现最小应力，在30Mpa以内；最大等效应力出现在锚垫板相接处，锚块与纵隔板相接及其下方，最大应力在100-120Mpa，以上应力均满足规范要求。

4、结语该桥的桥塔尺寸较小，索力较大，为了合理设计，保证结构受力安全及施工便利，充分利用钢结构的特点，采用双腹板设计分析，为类似结构的计算分析提供了一定参考。

参考文献［1］张树仁．《钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理》．北京：人民交通出版社，2004［2］中交公路规划设计院．《公路桥涵设计通用规范》．北京：人民交通出版社，2004［3］中交公路规划设计院．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》．北京：人民交通出版社，2004［4］《滨水新城跨大清河大桥工程》林同棪国际工程咨询（中国）有限公司2013［5］吴冲．《现代钢桥》．北京：人民交通出版社，2006。

斜拉桥索塔锚区钢锚梁设计及分析

斜拉桥索塔锚区钢锚梁设计及分析陈作银（北京国道通公路设计研究院有限公司，北京 100161 ）摘要：钢锚梁作为斜拉桥主塔锚索区主要受力构件，可有效平衡斜拉索水平分力，采用有限元计算软件，对各工况、各支撑体系方案进行计算，得到各板件有效应力。

分析表明，钢锚梁采用一端固结，一端临时滑动，待成桥后再行固结的支撑体系方案是可行较优的选择。

关键词：钢锚梁；边界支撑体系；有限元；有效应力中图分类号：U4481.28 文献标识码：BDesign and analysis of steel anchor beam in cable tower anchorage zone of cable stayed bridgeCHEN Zuoyin（Beijing Guodaotong Highway Design&Research Insitute Co., Ltd.,Beijing 100161 China）Abstract：The steel anchor beam, as the main stress component in the anchorage cable area of the main tower of the cable-stayed bridge, can effectively balance the horizontal component of the stay cable. The finite element calculation software is used to calculate the various working conditions and support system schemes, and the effective stress of each plate is obtained. The analysis shows that the support system scheme of steel anchor beam with one end fixed, one end temporarily sliding and consolidation after completion of the bridge is feasible and better.key word：steel anchor beam; boundary support system; finite element method; effective stress 引言主塔拉索锚固是将一个斜拉索的局部集中力安全、均匀地传递到塔柱的重要受力构造。

斜拉桥索梁锚固结构应力分析

Ｐｕｍｐｉｎｒｉｇｅｈｑｆｌｎｇｉｌｎｄｈａｔｗｉｈｔａｓｎｇａｄｄａｎａｅｔｃｎｉｕｅｏｏｎｃｉｅｓｆｔｒｍ
ＨｏＵＺｈａａｏｎ－
Ａｂｔａｔｎｅｒｔｇｗｔｏ３ｉｃｉｅｈｆｐｍｐｎｎｒｉａｅｐａｔｅｏｏｇＸｉａｌａｓｒｃ：ＩｔｇａｉｉＮ．ｎｌｄｓａｔｕｉｇａｄｄａｎｇｒｃｉｆＬｎ — ａｒｉｙ，ａｃｒｉｇｔｎｌｅｈｔｃｎｔｕｔｎｎｈｎｃｗｃｏｄｎｏｉｃｉｄｓａｏｓｒｃｉｎｆｏｓｈｄｌ，ｔｉｐｐｒｉｔｏｕｅｈｌ —ｒｄｒｉａｅｎｏｉａｉｎ，ｔａｓｓｉｎ，ａｄａｐｉａｉｎｏｒｄｎｅａｒｉａｅｍｅｈｄｔｃｅｕｅｈｓａｅｎｒｄｃｓｔｅｍｕｔｇａｅｄａｎｇ，ａｄｃｍｂｎｔｉｏｒｎｍｉｓｏｎｐｌｔｆｇａｉｇｒｌｙｄａｎｇｔｏｓａｃｏｖｒｏｓｓａｅｎｌｎｎｔｅｎｌｅｈｆｃｎｔｕｔｎｐｏｅｓｗｉａｇｍｏｎｆｗａｅｉｌ，ｗｈｃａｏｕｄｎｉｎｆａｃｒｆ — ａｕｔｇｓｉｏｇａｄｓｐｉｃｉｄｓａｔｏｓｒｃｉｒｃｓｔｌｒｅａｕｔｏｔｒｙｅｄｉｅｎｏｈｉｈｈｓｓｍｅｇｉｉｇｓｉｃｎｅｆｕｇｉｏ

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4 计算实例
411 基本资料苏通大桥索塔采用单箱单室断面倒 Y 形 ,承
台以上塔高 300. 4m ,顺桥向宽 9～13. 5m ,横桥向宽 8～10m ,塔柱为钢筋混凝土 ,锚固区为钢筋混凝土塔壁钢锚箱形式 ,索塔布置图如图 3 所示。斜拉索为空间密索型布置 ,在索塔的两侧各布置了 34 对斜拉索 ,其中底部每侧 4 对 (索号 1～4) 索锚固在索塔的横梁上 ,其余每侧 30 对 (索号 5 ～34) 锚固在钢锚箱上 ,索塔锚固区的钢锚箱共有 30 个钢锚箱 ,距离塔顶 5. 9～84. 1m 总高度为 74. 2m 。斜拉索的成桥运营状态的索力及斜拉索与竖向夹角见表 1 。
A28 6566 60. 8 J 11 5095 43. 5
A29 6566 61. 2 J 12 5095 45. 7
A30 6566 61. 4 J 13 5095 47. 6
A31 6566 61. 8 J 14 5095 49. 4
A32 7711 62. 0 J 15 5095 51. 1
图 3 苏通大桥索塔布置图 (单位 :cm)
斜拉索索力 (kN) 及倾角 (°) 索号索力倾角索号索力倾角
A18 6076 53. 9
J1
4114 2. 8
A19 6076 55. 0
J2
4114 8. 4
A20 6076 56. 1
J3
3787 13. 8
A21 6566 57. 0
J4
倾角 55. 0 56. 1 57. 2 58. 0 58. 9 59. 6 60. 3 61. 1 61. 7 62. 2 62. 8 63. 1 63. 6 64. 1 64. 6 64. 8 65. 4
·结构分析· · 31 · 结构工程师第 21 卷第 6 期
Abstract The st ruct ural form of concrete pylon steel2anchor2box has been applied in t he anchorage zone of a large span cable2stayed bridge , because it has advantages of clear mechanical pattern and convenient con2 st ruction. Two kinds of st ruct ural forms t hat were usually used in engineering were int roduced and t heir spacial models based on Sutong bridge were established respectively. The mechanical result s of different models were obtained and usef ul conclusions were provided after comparing t he mechanical result s. Keywords cable2stayed bridge ,concrete pylon ,steel2anchor2box ,finite element
元和 8 节点壳单元分别模拟。在混凝土和钢锚箱交界面处 ,体单元节点与壳单元节点编号不同位置相同 ,同时位置相同的体单元节点与壳单元节点在空间三个方向的平动位移 Ux , Uy 和 Uz 分别相同。
建立的内置式和外露式混凝土索塔钢锚箱有限元模型如图 5 (a) ,图 5 ( b) 所示 ,内置式和外露式混凝土索塔钢锚箱模型的单元数分别为 61107 个、61258 个 , 节点数分别为 105651 个、104797 个。通过计算可以得到拉力最大索段的混凝土和钢锚箱中各块板件较详细的应力结果。
A5 3787
A6 3787
A7 4114
A8 4114
A9 4114
A10 5095
A11 5095
A12 5095
A13 5095
A14 5095
A15 5422
A16 5422
A17 6076
倾角 2. 8 8. 4 13. 7 18. 7 23. 4 27. 6 31. 3 34. 7 37. 7 40. 3 42. 7 44. 9 46. 7 48. 5 50. 0 51. 5 52. 7
图 4 混凝土索塔钢锚箱结构尺寸图 (单位 :mm)
412 计算结果
由于混凝土索塔钢锚箱的构造复杂 ,为了更准确地计算各部分的应力 ,本文采用 Ansys 程序建立空间实体有限元模型进行计算 ,计算时假定 :
(1) 所有材料为理想弹性 ; (2) 混凝土与钢锚箱之间的连接可靠 ,能够保证二者共同工作。混凝土弹性模量 E = 3. 3 ×104M Pa ,泊松比 υ= 0. 1667 ,钢材弹性模量 E = 2. 01 ×105M Pa ,泊松比υ= 0. 3 。苏通大桥的斜拉桥索塔承台以上高度为 300. 4m ,锚固区部分的高度为 74. 2m ,建立整个索塔的全真有限元模型是很困难的 ,即使模型能建立但其计算成本也是非常高的。考虑到索塔锚固区的受力特点 :首先 ,在所有斜拉索索力作用下整个索塔会产生整体的顺桥向和横桥向变形 ,其次 ,钢锚箱受到斜拉索的强大索力作用板件产生的主要是局部变形 ,同时混凝土塔壁节段产生的水平方向上的相对变形。其中对钢锚箱起到控制作用的是板件的局部应力 ,对混凝土塔壁起到控制作用的是水平方向的拉应力 ,在多组斜拉索索力作用下锚固区段的混凝土塔壁是平面应变。因此 ,可以取出部分锚固区节段进行计算。根据表 1 知道斜拉索的索力由顶部最大向底部逐渐减小 ,同时斜拉索与竖向的交角由最大向底部逐渐减小 ,因此顶部的钢锚箱和混凝土产生的应力最大 ,故取顶部的节段进行建模计算。根据文献[ 5 ] 建立顶部 8 个索段进行计算可以得到比较精确的计算结果。根据以上分析和计算假定 ,在建立有限元模型时混凝土塔壁和钢锚箱的钢板用 10 节点四面体单
第 21 卷第 6 期 2005 年 12 月
结构工程师 St ruct ural Engineers
Vol. 21 , No. 6 Dec. 2005
斜拉桥混凝土索塔钢锚箱受力计算
苏庆田曾明根
(同济大学 , 上海 200092)
提要混凝土索塔钢锚箱的结构形式由于其受力方式明确、施工方便等优点已开始在大跨度斜拉桥中应用。介绍两种常用的混凝土索塔钢锚箱锚固区结构形式 ,以苏通大桥为例对两种结构形式分别建立空间实体模型 ,进行结构受力分析。关键词斜拉桥 ,混凝土索塔 ,钢锚箱 ,有限元
A33 7711 62. 3 J 16 6076 52. 5
A34 8528 62. 5 J 17 5095 53. 7
索号 J 18 J 19 J 20 J 21 J 22 J 23 J 24 J 25 J 26 J 27 J 28 J 29 J 30 J 31 J 32 J 33 J 34
索力 5422 5422 6076 6076 6076 6076 6076 6566 6566 6566 7711 7711 7711 7711 7711 8528 8528
用的混凝土索塔钢锚箱锚固区结构形式和其受力特点 ,以苏通大桥为例对两种结构形式分别建立空间实体模型 ,进行了结构的受力分析 ,比较了二者的区别。
2 结构形式
工程上常用的两种混凝土索塔钢锚箱结构形式如图 1 和图 2 所示。图 1 中的钢锚箱是放置在索塔混凝土的内部 ,混凝土索塔是一个连续的整体 ,称为内置式钢锚箱 ;图 2 中的钢锚箱把混凝土索塔在锚固区分成两部分 ,在索塔的外侧能够看到钢锚箱的一部分 ,称为外露式钢锚箱。内置式钢锚箱和外露式钢锚箱的具体结构构造形式可以根据实际工程斜拉索的拉力进行具体设计 ,可以有不同的结构形式。索塔采用了混凝土材料 ,直接承受斜拉索拉力作用的是钢锚箱 ,在顺桥向连接两端钢锚箱的是钢侧板 ,连接钢锚箱和混凝土索塔构件是焊接在钢锚箱上的剪力钉。
图 5 实体结构的有限元模型图
表 2 中列出了混凝土塔壁的同一位置的最大应力和钢侧板分担拉索水平拉力的比例 ,对于内置式钢锚箱在表 2 中的位置 1 ～7 见图 4 (a) 所示 ,外露式钢锚箱在表 2 中的位置 1～6 见图 4 (b) 所示 ,其中钢侧板分担的比例是用钢侧板承受的水平拉力除以斜拉索的索力水平分力。由表 2 看出 :顺桥向混凝土塔壁的应力结果内置式的要比外露式的小 ,横桥向混凝土塔壁的应力结果内置式的要比外露式的大 ,二者钢侧板分担的斜拉索索力的水平分力比较接近。
内置式和外露式混凝土索塔钢锚箱结构尺寸见图 4 所示。
St ruct ural Engineers Vol. 21 ,No. 6 · 3 0 · St ruct ural Analysis
表 1
索号索力
A1
5095
A2 4114
A3 3787ABiblioteka 37873787 18. 8
A22 6566 57. 8
J5
3787 23. 6
A23 6076 58. 6
J6
3787 27. 9
A24 6076 59. 0
J7
3787 31. 8
A25 6566 59. 5
J8
4114 35. 3
A26 6566 59. 9
J9
4114 38. 3
A27 6566 60. 4 J 10 5095 41. 0
1 概要
近年来世界上已建和在建主跨大于 800m 的斜拉桥已有数座[1 ,2 ] ,建设中的苏通大桥主跨为 1088m ,使得斜拉桥的跨径超过了 1000m 。斜拉桥跨度的增加导致了索塔的高度随之增加 ,也使得斜拉索承受较大的拉力 ,如果整个索塔采用混凝土材料 ,则由于混凝土的抗拉性能较差 ,索塔的截面和壁厚要很大并且要配置相当数量的预应力钢筋才能满足受力要求 ,这时施工难度和工程造价随之提高[3 ,4 ] 。如果整个索塔采用钢材 ,由于钢材的抗拉性能较好 ,可以很容易设计使得索塔锚固区满足受力要求 ,但采用钢材后会使得工程的造价有所提高。如果索塔采用混凝土、锚固区采用钢材 ,用于斜拉桥索塔中时可以充分利用两种材料的性能 ,既满足索塔的受力要求 ,又降低了工程的造价 ,因此 ,这种混凝土索塔钢锚箱结构形式是一种较合理的结构形式。本文介绍了两种常