钢锚梁式钢-混组合索塔锚固体系设计与分析

桥梁建设　２０１５年第４５卷第１期（总第２３０期）ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．１，２０１５（ＴｏｔａｌｌｙＮｏ．２３０）３３文章编号：１００３－４７２２（２０１５）０１－００３３－０６钢锚箱嵌固型索塔锚固结构受力机理分析刘玉擎，陈　聪，郑双杰（同济大学桥梁工程系，上海２０００９２）摘　要：为提高钢锚箱型组合索塔锚固区传力可靠性，提出了一种将钢锚箱端部嵌固在索塔锚固区的新型结构；基于混合有限元模型，比较分析了该新型结构与现有内置型、外露型钢锚箱索塔锚固区的钢锚箱钢材利用率、塔壁混凝土应力以及钢－混凝土结合面受力机理；进一步探讨了嵌固端侧板厚度、连接件布置方式对钢锚箱嵌固型索塔锚固区受力机理的影响。

结果表明：钢锚箱嵌固型索塔锚固结构具有较高的钢材利用率；端塔壁外侧混凝土主拉应力较内置型降低约１．５ＭＰａ且外包钢板；钢锚箱与混凝土塔壁结合面连接件作用单方向均匀剪力；侧板厚度、连接件布置方式对连接件剪力影响较大；该新型构造传力可靠性高，可用于更大跨径斜拉桥拉索塔端锚固结构。

关键词：组合结构桥梁；索塔锚固区；受力机理；钢锚箱；嵌固型；有限元法中图分类号：Ｕ４４３．３８；ＴＵ３１８文献标志码：ＡＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦｏｒｃｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＰｙｌｏｎＡｎｃｈｏｒａｇｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＦｉｘｅｄ‐ＥｎｄＳｔｅｅｌＡｎｃｈｏｒＢｏｘＴｙｐｅＬＩＵＹｕ‐ｑｉｎｇ，ＣＨＥＮＣｏｎｇ，ＺＨＥＮＧＳｈｕａｎｇ‐ｊｉｅ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｒｉｄｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｙｌｏｎａｎｃｈｏｒａｇｅｚｏｎｅｏｆｓｔｅｅｌａｎｃｈｏｒｂｏｘｔｙｐｅ，ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｐｙｌｏｎａｎｃｈｏｒａｇｅｚｏｎｅｉｎｗｈｉｃｈｂｏｔｈｅｎｄｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌａｎｃｈｏｒｂｏｘｗｅｒｅｆｉｘｅｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｉｘｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅｓｔｅｅｌｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌａｎｃｈｏｒｂｏｘｅｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｆｏｒｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｙｌｏｎａｎｃｈｏｒａｇｅｚｏｎｅｓｏｆｂｕｉｌｔ‐ｉｎａｎｄｅｘｐｏｓｅｄｓｔｅｅｌａｎｃｈｏｒｂｏｘｔｙｐｅｓ，ｔｈｅｐｙｌｏｎｗａｌｌｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｆｏｒｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｊｏｉｎｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｌａｔｅｒａｌｐｌａｔｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｆｉｘｅｄｅｎｄｓａｎｄａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｅｒｆｏｂｏｎｄｃｏｎ‐ｎｅｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅｆｏｒｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｐｙｌｏｎａｎｃｈｏｒａｇｅｚｏｎｅｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｉｘｅｄ‐ｅｎｄｓｔｅｅｌａｎｃｈｏｒｂｏｘｔｙｐｅｗｅｒｅｆｕｒｔｈｅｒｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｙｌｏｎａｎ‐ｃｈｏｒａｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｉｘｅｄ‐ｅｎｄｓｔｅｅｌａｎｃｈｏｒｂｏｘｔｙｐｅｈａｓｈｉｇｈｓｔｅｅｌｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｔｈｅｅｎｄｐｙｌｏｎｗａｌｌｉｓｗｒａｐｐｅｄｗｉｔｈｓｔｅｅｌｐｌａｔｅａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅａｔｏｕｔｓｉｄｅｏｆｔｈｅｐｙｌｏｎｗａｌｌｄｅｃｒｅａｓｅｓ１．５ＭＰａａｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈａｔｏｆｔｈｅａｎｃｈｏｒａｇｅｚｏｎｅｏｆｂｕｉｌｔ‐ｉｎｓｔｅｅｌａｎ‐ｃｈｏｒｂｏｘｔｙｐｅ．Ｔｈｅｓｈｅａｒｆｏｒｃｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓａｔｔｈｅｊｏｉｎｔｏｆｔｈｅｆｉｘｅｄ‐ｅｎｄｓｔｅｅｌａｎｃｈｏｒｂｏｘａｎｄｐｙｌｏｎｗａｌｌｃｏｎｃｒｅｔｅｉｓａｌｍｏｓｔｕｎｉ‐ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｎｄｕｎｉｆｏｒｍ．Ｔｈｅｌａｔｅｒａｌｐｌａｔｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓｈａｖｅｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｎｔｈｅｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｓｏｆｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｆｏｒｃｅｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｔｈｅｐｙｌｏｎｅｎｄａｎ‐ｃｈｏｒａｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｃａｂｌｅ‐ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｓｗｉｔｈｓｔｉｌｌｌｏｎｇｅｒｓｐａｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｒｉｄｇｅ；ｐｙｌｏｎａｎｃｈｏｒａｇｅｚｏｎｅ；ｆｏｒｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｓｔｅｅｌａｎ‐ｃｈｏｒｂｏｘ；ｆｉｘｅｄ‐ｅｎｄｔｙｐｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ收稿日期：２０１４－０７－０３作者简介：刘玉擎，教授，Ｅ‐ｍａｉｌ：ｙｑｌ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ。

钢—混组合梁（塔）斜拉桥设计参数优化研究钢—混组合梁（塔）斜拉桥设计参数优化研究近年来，钢—混组合梁（塔）斜拉桥在大跨度桥梁设计领域得到了广泛的应用。

其独特的结构形式使其具备了较好的抗弯、抗剪和抗震承载能力，同时还能满足美学和环境要求。

然而，钢—混组合梁（塔）斜拉桥的设计参数选择直接关系到桥梁的安全性、经济性和可持续性，因此，对其进行设计参数优化研究具有重要意义。

首先，设计参数优化研究需要考虑桥梁的结构形式和受力特点。

钢—混组合梁（塔）斜拉桥是由悬索和斜拉系统相互作用形成的整体结构，其受力方式可以分为桥塔、悬索和拉索三个部分。

对于钢—混组合梁（塔）斜拉桥来说，合理选择桥塔的高度、悬索的布置方式和拉索的初始预紧力等参数，可以优化桥梁的整体受力特性，提高桥梁的抗风、抗震性能。

其次，设计参数优化研究还需要考虑材料的选择和施工工艺。

对于钢—混组合梁（塔）斜拉桥来说，钢材具有较好的延性和抗腐蚀性，混凝土则具有较好的抗压性能。

因此，在设计参数优化中，需要合理选择钢材和混凝土的材料强度等参数，以达到经济、安全和环保的要求。

同时，施工工艺对于钢—混组合梁（塔）斜拉桥的性能也有着重要影响。

因此，考虑施工的可行性和效率，优化设计参数也需要考虑施工工艺的要求。

最后，设计参数优化研究还需要进行结构优化与参数优化的综合考虑。

结构优化主要是针对桥塔、悬索和拉索等部分的结构形式进行调整，以达到减少结构重量和材料用量的目的。

而参数优化则是通过对桥梁的设计参数进行调整来实现整体结构的优化。

综合考虑结构优化和参数优化，可以使钢—混组合梁（塔）斜拉桥系统达到更好的经济和安全性能。

综上所述，钢—混组合梁（塔）斜拉桥设计参数优化研究是桥梁设计领域中的重要问题。

通过合理选择桥塔、悬索和拉索等参数，考虑材料和施工工艺的要求，以及结构优化和参数优化的综合考虑，可以实现钢—混组合梁（塔）斜拉桥系统的优化设计，提高桥梁的安全性、经济性和可持续性。

大跨度斜拉桥索塔锚固区钢-混凝土结构竖向受力机理的有限元法大跨度斜拉桥索塔锚固区钢-混凝土结构竖向受力机理的有限元法是一种利用数值模拟技术，基于有限元方法对大跨度斜拉桥索塔锚固区钢-混凝土结构竖向受力机理进行分析的方法。

具体步骤如下：
1. 建立模型：根据实际结构，建立索塔锚固区钢-混凝土结构的三维模型。

2. 材料属性：定义模型中使用的材料属性，包括混凝土、钢筋、钢绞线等材料的弹性模量、泊松比、密度、屈服强度等。

3. 接触定义：定义索塔锚固区钢-混凝土结构之间的接触关系，包括粘结、滑动、锚固等。

4. 边界条件：定义模型的边界条件，例如索塔底部的固定约束。

5. 加载条件：根据实际受力情况，定义模型的加载条件，例如索力、重力等。

6. 求解：利用有限元方法对模型进行求解，得到索塔锚固区钢-混凝土结构的竖向受力分布和变形情况。

7. 结果分析：根据求解结果，对索塔锚固区钢-混凝土结构的竖向受力机理进行分析，包括应力分布、应变分布、位移分布等。

该方法可以有效地模拟大跨度斜拉桥索塔锚固区钢-混凝土结构竖向受力机理，为结构设计提供参考依据。

斜拉桥索塔锚固区钢锚箱设计研究摘要：索塔锚固区因为其复杂的受力性能和结构构造，在斜拉桥设计中需考虑钢与混凝土材料的非均匀性、弹塑性、施工工艺等因素对索塔锚固区结构受力、传力机理的影响，这就给现在的桥梁人提出了许多新的横向和纵向课题，因此，要想做好斜拉桥索塔锚固区钢锚箱设计，就需要掌握索塔锚固区的基本情况，在此基础上进行设计与研究。

关键词：斜拉桥索塔锚固区钢锚箱设计斜拉桥索塔锚固段的受力情况比较复杂，桥梁设计师对这一区域进行钢锚箱设计的时候就需要在认真分析其手里情况的基础上，综合考虑多种影响因素，并根据实际情况做出合理的设计。

斜拉桥索塔锚固区是将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件，由于其局部强大的集中力作用等因素影响会使锚固区构造和受力状态均较为复杂，因此，斜拉桥索塔锚固区钢锚箱设计的研究一直以来受到桥梁界的瞩目。

钢锚箱在斜拉桥索塔锚固区中的应用1.1内置式钢锚箱在斜拉桥索塔锚固区中的应用内置式钢锚箱设置在混凝土塔柱的内部，在索塔的外侧不能看到钢锚箱。

钢锚箱为箱形结构,由侧面拉板、端部承压板、腹板、锚板、锚垫板、横隔板、连接板、加劲肋等构件组成。

索力通过腹板传递至竖向拉板上，腹板两侧焊有加劲肋及连接板；侧面拉板间设置开有人孔的横隔板，可作为张拉斜拉索的施工平台。

在斜拉桥索塔锚固区中，拉板承担大部分斜拉索拉力在顺桥方向的分力,其余索力沿索塔高度方向的分力传给混凝土索塔,由混凝土承担。

钢锚箱承受了较大的拉力,混凝土承受了较大的压力和较少的拉力,充分发挥了钢材抗拉强度高和混凝土能承受较大压应力的优点,克服了钢材承受较大压应力容易失稳和混凝土承受较大拉应力容易开裂的缺点。

内置式钢锚箱在斜拉桥索塔锚固区中得到了很广泛的应用，在苏通大桥的建造中，钢锚箱节段间用高强螺栓连接,钢锚箱与索塔之间侧向接触面用剪力钉连接,最下端支撑锚固在混凝土底座上；香港昂船洲大桥为双塔双索面斜拉桥，圆形混凝土塔壁将钢锚箱包裹在里面,钢锚箱和塔壁外侧的不锈钢都是通过剪力钉与混凝土塔壁连接的；厄勒海峡桥为钢桁梁斜拉桥，斜拉索锚固定在钢锚箱内,两条相对的拉索产生的水平分力由钢锚箱直接承受,而垂直方向的分力则通过抗剪螺栓传到混凝土上。

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。

收稿日期：２０１８－０３－０８；修改日期：２０１８－０３－２６作者简介：盛　捷（１９８８－），男，湖南岳阳人，硕士，广东省交通规划设计研究院股份有限公司工程师．某斜拉桥钢锚梁－钢牛腿组合结构受力分析与优化盛　捷（广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州　５１０５０７）摘　要：本文对某斜拉桥钢锚梁－钢牛腿组合结构进行了详尽的有限元分析，为索塔锚固区设计提供依据。

根据计算结果，对塔壁钢板剪力键进行了优化，取消了ＰＢＬ板的设置，在满足结构受力安全的前提下，简化施工，保证主塔塔壁钢筋的布置；同时考虑极端断索工况，验证了钢锚梁－钢牛腿组合结构安全性。

关键词：钢锚梁－钢牛腿组合结构；有限元分析；ＰＢＬ剪力键中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－５７８１（２０１８）０２－０１６３－０４１　概 述随着现代斜拉桥的不断发展，斜拉索索力不断增加，对斜拉索锚固区提出了新的要求。

索塔锚固区是斜拉桥受力关键部位，同时也是斜拉桥设计和施工的难点。

钢锚梁－钢牛腿组合锚固结构作为一种新型索塔锚固结构首次在金塘大桥设计中应用后，凭借其自重轻、可预制、安装方便等特点开始在工程实践中广泛应用。

本文介绍广东某一级公路上一座斜拉桥应用钢锚梁－钢牛腿组合结构设计的建模思路，以及对计算结构的分析及优化，以期对后续同类工程设计提供参考。

某斜拉桥为独塔双索面混合梁斜拉桥，跨径组合为５１ｍ＋１５４ｍ＋２８０ｍ，主跨及辅助墩至主塔之间梁段采用钢混组合梁，其余梁段采用预应力混凝土箱梁，全桥采用塔梁墩固结体系，索塔锚固结构如图１所示，采用钢锚梁－钢牛腿组合结构。

钢锚梁主要构件包括锚垫板、锚板、锚下加劲板、竖向加劲板、箱型板、横隔板及支承板；钢牛腿由顶板、聚四氟乙烯滑板、腹板、腹板加劲板、塔壁钢板、剪力钉及ＰＢＬ板组成。

图１　钢锚梁－钢牛腿组合结构示意图２　有限元分析模型及计算工况采用ＭＩＤＡＳ　ＦＥＡ有限元分析软件对塔柱顶部索力最大处钢锚梁进行分析计算，模型如图２所示。