垣勘测与设计 、—ｌＪ 大跨度钢桁梁斜拉桥索塔锚固区局部应力分析 周 继严定国 ４３００６３） （ｑｂ铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁处 武汉【摘要】介绍了大跨度钢桁梁斜拉桥索塔锚固区在成桥运营阶段的传力途径及力学特征，针对应力特 别复杂的混凝土锚固区，文章使用大型空间有限元计算分析软件ＡＮＳＹＳ对其进行有限元分析，结论对优 化锚固区局部构造以及预应力布置起到良好的作用。 【关键词】 大跨度索塔锚固区ＡＮＳＹＳ空间有限元 有限元分析，真实反映成桥运营阶段锚固区在不同 ●—１上．—ｊｌＪ ｌ刖 舌 随着日益增长的交通量，一些跨江跨海的大跨 度桥梁应运而生，而应用颇多的斜拉桥 将越来越 工况下的应力状况，并得出一些结论。 ２工程概况 长江大桥主桥采用（９８＋１８２＋５１８＋１８２＋９８）ｍ 受到重视。其中索塔锚固区所能承受的索力大小 将直接影响斜拉桥的跨径，随着索力的越来越大， 索塔混凝土锚固区内往往布置非常复杂的预应力 钢筋来抵抗巨大的斜拉索水平分力。索塔锚固区 在斜拉索拉力、塔内井字形预应力等的共同作用下， 双塔钢桁斜拉桥桥型，为公铁两用，全长１０７８ｍ。 主梁为钢桁架结构，主桁中心距１４．０ｍ，桁高 １３．０ｍ。主塔为钢筋混凝土结构，塔顶高程 为＋２０４．００ｍ，塔底高程为＋２１．５０ｍ，斜拉索为空间 双索面，其立面上每塔两侧共有１７对索，全桥共 有１３６根斜拉索（图１）。 索塔锚固区局部受力十分复杂，本文借助长江 大桥 索塔锚固区这一应力复杂区域来进行精确的 ！Ｓ 驰 ｌ ３ Ｓ：１ ． ｉ ２ 霉葚 抛 Ｉ —曼］ １ ｌ ： － ～ 一 、ｆ ｛羹一 曼… ｌ 髑 图１全桥布置示意图 斜拉索采用双索面扇形布置，立面上每塔两侧 ３４９、＠７３６７＠７五种规格。锚具为冷铸锚。主塔、塔 座混凝土采用Ｃ５０。斜拉索锚固区内采用０３２预 应力粗钢筋且按井字形布置。 ７对索，全桥１３６根斜拉索。斜拉索采用Ｏ７ｍｍ 钢丝索，外包双层ＰＥ护套，两层ＰＥ护套间设 离层，１３＂ ＝１６７０ＭＰａ，分１９９ ７、２８３ ７、３１３（１）７、 主塔采用Ｈ形桥塔，钢筋混凝土结构，塔高 Ｄ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（１） 大跨度钢桁梁斜拉桥索塔锚固区局部应力分析周 继严定国 ．｜ ｔ ◇ 管方向逐渐衰减。 斜拉索锚下区域及预应力粗钢筋锚固点均为 应力集中区域，可依据相关规范局部承压强度要求 增加螺旋加强钢筋进行改善。 本次局部应力分析中，由于节点数量庞大，数 据处理工作非常繁重，而且桥塔竖向应力对结构设 计不起控制作用，因此可以采取控制截面中有代表 性的特征点 来对锚固区进行空间应力分析，结果 图８索塔锚固区特征点示意图 向 亦具有代表性。本次分析中索塔锚固区的特征点 １－８节点分布如图８所示。 应力值如表１、表２所示，其中ｘ代表顺桥向，Ｙ代 表竖向，ｚ代表横桥向。 经计算分析，四种工况下各特征点正应力及剪 表１ 各工况下各特征点正应力、剪应力值 工况一：成桥运营最大索力 特征点 Ｓｘ １ ２ ５ 工况二：成桥运营最大索力＋寒潮降温 Ｓｘｚ ０．６６ ０．０１ Ｏ．２１ Ｓｚ —６．８１ —７．６９ ２．６７ Ｓｘｙ —０．０７ ０．Ｏ１ Ｏ．Ｏｌ Ｓｙｚ ０－２４ 。０．０３ 一０．４１ Ｓｘ 。０－３８ ０．０２ 一ｏ．３４ Ｓｚ ．６．２８ ．７．２８ —３．８３ Ｓｘｙ ．０．０７ ０．０３ ｏ．０４ Ｓｙｚ ０－３６ 一ｏ．０４ 一ｏ．４６ Ｓｘｚ ０．６３ —０．０２ Ｏ＿３８ —０．４２ ０．００ 一Ｏ．１８ ６ ３ ４ ７ ０．０６ ．２．７４ ．２．８２ ．５．７５ —２－３２ ０．００ ０．Ｏ０ Ｏ．Ｏ０ Ｏ．０１ —０．０１ ０．３５ ｏ．０４ ０．２４ ０．０１ ０．０１ ０．０１ ０．０４ ０．Ｏ０ —０．０３ —０．０１ ０．０４ —０．５７ —０．５２ —７．９１ ．３．１８ ０．００ —０．０１ ０．００ ０．０４ ０．００ ｏ．４０ ０．１２ ０．２３ ．０．０１ ０．００ ．Ｏ．０１ ０．０６ —０．０１ ．ｏ．０４ —０．０２ ８ —７－３１ —０．１２ —０．１６ ０．０２ ０．４５ —１０．６３ ．０．１９ 一ＯＩ３１ ０．０２ ０．７８ 注：拉应力为正，压应力为负 表２各工况下各特征点正应力、剪应力值 工况三：成桥运营最大索力＋整体升温 特征点 Ｓｘ １ ２ ５ ６ ３ —０．４２ ０．００ —０．１２ ０．０６ ．２．９８ Ｓｚ ．６．７４ —７．２８ —２．０８ ．１．９７ ０．Ｏ０ Ｓｘｙ ．０．０５ ０．０３ ０．Ｏ２ Ｏ．Ｏ１ —０．０１ Ｓｙｚ ０．１８ ．ｏ．０４ ０．１６ ０．１９ ．０．０１ Ｓｘｚ ０．６６ ０．００ ０．１４ ０．０３ Ｏ．００ Ｓｘ 一Ｏ．４２ —０．０１ —０＿２４ ０．０５ —２．５１ Ｓｚ ．６．８８ ．８．１０ —３．２６ —２．６８ ０．００ Ｓｘｙ —０．０９ ．０．０２ ０．０Ｏ ０．０１ —０．Ｏ１ Ｓｙｚ Ｏ－３０ —０．０３ 一０．６６ ０．２８ ０．０２ Ｓｘｚ Ｏ．６６ —０．０２ ０．２８ ０．０５ ０．０Ｏ 工况四：成桥， 营最大索力＋整体降温 ４ ７ ８ ．２．８０ ．６．２３ —７．６８ ０．００ Ｏ．Ｏ０ —０．１２ ０．１４ ０．１７ —０－２０ —０．０２ ．０．０１ ．０．Ｏ２ ．０．０４ —０．０１ ｏ．４６ ．２．８４ ．５＿２６ —６．９４ ０．００ ０．００ 一Ｏ．１２ ０．５６ ．０．０９ 一Ｏ．１２ ０．０３ ０．０３ ０．０６ 。０．０ｌ ．０．０１ ｏ．４５ 注：拉应力为正，压应力为负 由上表中可以看出： 铁道勘测与设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（１）＿—■ ｂ３０￣， 坦勘测与设计 （１）所有特征点基本处于受压状态，表明塔内 预应力粗钢筋布置合理，预应力充分抵消了斜拉索 索力，并且充分发挥了混凝土抗压的材料性能。 （２）特征点１、２、５、６横桥向压应力储备远大于 态，表明塔内预应力粗钢筋布置充分，预应力充分 抵消了斜拉索索力，并且充分发挥了混凝土抗压的 材料性能。塔内预应力粗钢筋布置富裕，可适当缩 减优化。 顺桥向压应力储备，特征点１、２压应力大于特征点 ５、６压应力，充分抵消斜拉索拉力在锚固区外壁产 生的横桥向拉应力，且锚固区发生内凸变形，表明 塔内预应力粗钢筋布置富裕。 （２）在巨大的斜拉索索力作用下，索力产生的 巨大压应力自锚垫板下方沿着预埋导管方向逐渐 衰减，并向四周扩散，索力得到充分释放。锚固块 及锚垫板、预埋导管尺寸设计合理。斜拉索锚下区 域及预应力粗钢筋锚固点容易产生应力集中，可依 据相关规范局部承压强度要求增加锚下螺旋钢筋 进行改善。 （３）四种分析工况中，寒潮降温工况对整个索 （３）特征点３、４、７、８顺桥向压应力储备远大于 横桥向压应力储备，特征点７、８压应力大于特征点 ３、４压应力，充分抵消斜拉索拉力在侧壁产生的顺 桥向拉应力，且侧壁发生外凸变形，表明塔内预应 力粗钢筋布置富裕。 （４）整体降温对索塔锚固区影响甚微。 塔锚固区产生的影响最不利，整体降温工况影响甚 微。在寒潮降温工况下，锚固区外壁横桥向及侧壁 （５）整体升温工况下，锚固区内外壁横桥向压 应力较工况一减小，侧壁顺桥向压应力较工况一增 大。 外侧顺桥向可能会产生拉应力，设计中需给予重视。 （４）索塔锚固区内外壁以及侧壁均承受一定程 度的剪应力，在寒潮降温工况下，剪应力增大。 （６）寒潮降温工况下，锚固区外壁横桥向压应 力较工况一减小，且减幅比其他工况都大。侧壁外 侧顺桥向压应力较工况一减小明显。 （７）锚固区内外壁以及侧壁均承受一定程度的 剪应力，在寒潮降温工况下，剪应力增大。 ［１】严国敏．斜拉桥［Ｍ］．成都：西南交通大学出版社，１９９６． ［２］Ｙ－－为刚斜拉桥索塔井字形预应力锚固区空间应力分 析【Ｊ］．重庆交通大学硕士学位论文，２００８． 【３］王新敏．ＡＮＳＹＳ工程结构数值分析［Ｍ］．北京：人民交 通出版社，２００７． 参考文献 ５结语 ［４］王存国，刘兆丰，赵人达．甬江斜拉桥索塔锚固区应力 分析［Ｊ］．公路工程，２００９，３４（６）：１３５．１３９． 通过以上空间有限元分析，可以得出如下结 论： ［５］新建荆州至岳阳铁路长江大桥（９８＋１８２＋５１８＋ １８２＋９８）ｍ钢桁梁斜拉桥计算报告．中铁第四勘察设计院集 团有限公司，２０１２． （１）长江大桥索塔锚固区基本处于受压状 收稿日期：２０１３ １．３０ ＿圜铁道勘： Ｊ与设计 ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＵＲＶＥＹ ＡＮＤ ＤＥＳｌＧＮ ２０１３（１）
