厦漳大桥大跨度斜拉桥索塔锚固区的局部分析

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1、2012年6月第6期城市道桥与防洪桥梁结构105厦漳大桥大跨度斜拉桥索塔锚固区的局部分析许健(合乐咨询(深圳)有限公司上海分公司，上海200021)摘要：厦漳大桥大跨度斜拉桥索塔锚固区采用钢锚梁、钢牛腿的结构形式，构造复杂且重要性突出，有必要进行局部分析。该文运用大型有限元分析软件ANSYS的三维板壳和三维实体单元建立空间模型，其边界条件和荷载工况考虑了施工过程及成桥阶段的实际情况。通过计算，提供索塔锚固区构件定量的力学性能分析数据，并为指导和优化设计提供依据及意见。关键词：大跨度斜拉桥；索塔锚固区；钢锚梁；剪力钉；局部分析中图分类

2、号：u4_41．5文献标识码：A文章编号：1009—7716(2012)06—0105—0h41概述厦漳跨海大桥北汊主桥采用主跨为780m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥【”。主塔横向呈钻石型，总高227m，其中上塔柱(索塔锚固区)81．00m，采用对称单箱单室的箱形断面；斜拉索采用空间双(a)钢锚梁立面索面扇形布置，每个索面25对斜拉索，塔上索距2．3m～4m，除第1、2对斜拉索直接锚固在上、中塔柱连接段横隔板上，其余均锚固在钢锚梁上。参八／’：震钢锚梁梁长6．61m，高0．8m，采用整段式设¨4计，水平放置，每根锚固两对斜拉索。钢锚梁由

3、受I⋯l}Il1⋯拉锚梁和锚固构造组成，钢牛腿由顶板、腹板、塔遣萨⋯一一^／＼、委氅1。壁钢板、剪力钉及加劲板组成。钢牛腿焊接在塔壁IHl。【k钢板上，塔壁钢板与混凝土塔壁间通过剪力钉及(b)钢锚粱平面(A-A剖面)四块加劲钢板连接。剪力钉采用22的圆柱头焊图1钢锚梁构造图钉，长200mm。钢锚梁与钢牛腿的接触面采用不锈钢和四氟部分析，主要包括斜拉索钢锚箱、钢锚梁及其与之板构成滑动摩擦副，施工期间将钢锚梁的一端与相连的钢牛腿、节段混凝土塔壁及剪力钉的受力牛腿通过螺栓连接，确保施工时平衡水平力全部分析。由钢锚梁承受的同时，避免钢锚梁位

4、置失控而冲2计算模型及假定击塔壁，对于不平衡水平分力，则由梁端底座通过预埋钢板直接传递到塔壁。成桥索力调整完成后，采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立分先释放临时连接装置，然后重新进行两端固结，利析模型并输出结果。钢锚梁的仿真分析考虑施工用钢锚梁与钢牛腿的连接螺栓抗剪传递不平衡水过程及成桥阶段的实际受力情况，分以下三种阶平力。段，即：(1)初张拉；(2)成桥恒载状态；(3)成桥运厦漳大桥北汊主桥的钢锚梁体系构造如图1营状态。荷载效应中，混凝土收缩等效为15℃的降所示。温，混凝土塔壁内外温差考虑为±10℃。综合考虑索塔锚固区是斜拉

5、桥的关键受力部位【2J，且构斜拉索各个阶段的水平分力及其不平衡力的大造复杂，有必要采用三维有限元空间模型进行局小，选择施工阶段顺桥向索力的不平衡水平力最部仿真分析，从而为设计提供定量的力学性能分大的GML17作为分析对象建立模型，而且该节段析数据。针对厦漳大桥北汉主桥索塔锚固区的局在成桥后的索力也较大，因此能够反映钢锚梁的受力性能_3]。收稿日期：2012—03—28从该桥索塔锚固体系的设计思想及采取的构作者简介：许健(1981一)，男，安徽六安人，工程师，从事桥梁结构分析与设计工作。造措施可以看出，钢锚梁部分主要承担索力的水108

6、桥梁结构城市道桥与防洪2012年6月第6期凝土收缩工况下，最大水平剪力为27．4kN，位于110100最~'I-YO中部位置。9080妻7o荟6050娄加3020lOO—l0图13剪力钉剪力合力曲线图【组合工况1(升温)】图11剪力钉竖向剪力曲线图(恒载索力)剪力钉由F向上的行号图14剪力钉剪力合力曲线图【组合工况2(降温)】(1)钢锚梁各板件的应力在各种荷载及其组合图12剪力钉竖向剪力曲线图(混凝土收缩)下基本上能够满足使用要求，但在板件交接处的局剪力钉在单项工况分析的基础上，根据升温部区域存在较为明显的应力集中，在具体设计及焊(

7、包括整体升温和梯度升温)和降温分别考虑两种接制作中应采取措施，以减小应力集中的影响。(2)钢牛腿各板件在各个阶段的应力能够满足组合工况。图l3、图14为两种工况下剪力钉剪力合力的分布情况，可以看出，剪力合力基本上呈有设计使用要求，虽然局部区域存在一定的应力集规律的变化，底排剪力最大，随着位置的上升逐渐中，但基本上没有超过设计允许应力限值。减小，但在最上两排有稍微增大，最大剪力合力约(3)混凝土塔壁在正常使用极限状态下的裂缝为103kN，位于底排最边的两个剪力钉。根据相关宽度满足规范要求，但在施工阶段塔壁外侧裂缝宽度超过了规范的限值，

8、建议在设计施工中采取设计规范及国内剪力钉试验结果，单个剪力钉的容许抗剪承载力可取为110kN，节段内受力最大措施减小直接作用在塔壁内侧的顺桥向不平衡分的剪力钉承载力符合要求。从剪力钉最终变形趋于量索力，从而降低施工阶段的裂缝宽度，对结