钢-混凝土组合截面斜拉桥索塔锚固区受力分析.pdf

学兔兔 88 桥梁结构 城市道桥与防洪 2014年8月第8期 钢一混凝土组合截面斜拉桥索塔锚固区受力分析 王 斌 (武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430015) 摘 要：该文将钢一混组合结构锚固区受力问题视为平面问题，对两种目前应用的钢一混组合结构锚固区形式分别取索塔节段建 立了平面杆件模型，利用变形协调原理推导了钢结构与混凝土部分的水平受力分配关系及相应计算公式，然后通过有限元程序 对算例进行计算，验证了公式准确性。结果表明：两者的受力分配关系与构造相关；索力水平分力主要通过钢侧板拉伸变形与混 凝土结构的弯曲变形来传递与分配；取决于构造尺寸的混凝土结构部分的剪切及拉伸变形仅占次要部分；钢锚箱侧板承担了大 部分索力水平分力，混凝土结构部分仅承受小部分。 关键词：斜拉桥；钢一混组合截面；索塔锚固区；受力传递；受力分配；有限元 中图分类号：U441~．5 文献标识码：A 文章编号：1o09—7716(2014)08—0o88—05 1 钢一混组合截面索塔形式概述 顺桥向的剪力。 2 索塔锚固区受力分析 近年来我国的斜拉桥索塔锚固区开始采用 钢一混组合截面的结构形式，比如杭州湾跨海大 2．1 内置式钢锚箱荷载传递与分配 桥、江苏苏通大桥等。钢一混凝土组合截面索塔 2．1．1 内力与变形分析 的构造一般为，采用混凝土材料的索塔与承受斜 对于内置式钢锚箱，斜拉索索力作用在其上 拉索直接作用的钢锚箱，两者通过焊接在钢锚箱 后，索力的竖直分力通过剪力连接件传递到混凝 上的剪力连接件(通常为栓钉)被连接在一起。 土结构，水平分力由钢锚箱的侧板与混凝土结构 其锚固区受力相当明确 ，斜拉索的斜向拉力 共同变形后承担。由于混凝土索塔前墙与钢锚箱 通过钢锚箱传递到锚固区，斜拉索的水平分力由 端板的交接段的局部变形对混凝土及钢锚箱侧板 钢锚箱的侧钢板承担，不平衡的水平力及斜拉 的变形没有影响，故对其不作考虑，因此变形的 索的竖向分力由索塔混凝土结构部分承担，便 控制点为混凝土前墙与钢锚箱侧板的交接位置点 这样发挥了钢材良好的抗拉能力与混凝土良好 S处。 的抗压能力，同时尽可能地回避了钢材在受压 如图2所示，混凝土结构部分受拉后，整个 情况下容易失稳的缺点和混凝土受拉状态抗裂 截面以钢锚箱中轴为对称轴发生弯曲变形，即挠 性能差的缺点。 度变形△ ；索塔侧壁由于偏心受拉，产生了拉伸 钢一混凝土组合截面索塔结构形式一般有图 变形△：，由于在挠度变形中考虑了侧壁的弯曲， 1的两种形式。如图1(a)所示，钢锚箱设置于索塔 因此可近似将侧壁的偏心受拉按轴心受拉处理； 混凝土结构部分内部，索塔从上到下为完整筒体， 混凝土前墙可视为中间受垂直分布荷载的梁，由 这种形式为内置式钢锚箱；如图1(b)所示，钢锚箱 于其高跨比较大，故对其有必要考虑其剪切变形 设置于索塔混凝土部分中间，顺桥向将索塔分为 △。。钢结构部分的钢侧板在索力水平分力作用下 两个“c”形状的半围合截面，可以从索塔外看到 发生拉伸变形△ 。各变形的关系为： 钢锚箱，这种形式为外露式钢锚箱。两者受力特