鋼混凝土組合截面斜拉橋索塔錨固區(qū)受力分析

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1、88橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2014年8月第8期鋼一混凝土組合截面斜拉橋索塔錨固區(qū)受力分析王斌(武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢430015)摘要：該文將鋼一混組合結(jié)構(gòu)錨固區(qū)受力問(wèn)題視為平面問(wèn)題，對(duì)兩種目前應(yīng)用的鋼一混組合結(jié)構(gòu)錨固區(qū)形式分別取索塔節(jié)段建立了平面桿件模型，利用變形協(xié)調(diào)原理推導(dǎo)了鋼結(jié)構(gòu)與混凝土部分的水平受力分配關(guān)系及相應(yīng)計(jì)算公式，然后通過(guò)有限元程序?qū)λ憷M(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了公式準(zhǔn)確性。結(jié)果表明：兩者的受力分配關(guān)系與構(gòu)造相關(guān)；索力水平分力主要通過(guò)鋼側(cè)板拉伸變形與混凝土結(jié)構(gòu)的彎曲變形來(lái)傳遞與分配；

2、取決于構(gòu)造尺寸的混凝土結(jié)構(gòu)部分的剪切及拉伸變形僅占次要部分；鋼錨箱側(cè)板承擔(dān)了大部分索力水平分力，混凝土結(jié)構(gòu)部分僅承受小部分。關(guān)鍵詞：斜拉橋；鋼一混組合截面；索塔錨固區(qū)；受力傳遞；受力分配；有限元中圖分類號(hào)：U441~．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1o09—7716(2014)08—0o88—051鋼一混組合截面索塔形式概述順橋向的剪力。2索塔錨固區(qū)受力分析近年來(lái)我國(guó)的斜拉橋索塔錨固區(qū)開(kāi)始采用鋼一混組合截面的結(jié)構(gòu)形式，比如杭州灣跨海大2．1內(nèi)置式鋼錨箱荷載傳遞與分配橋、江蘇蘇通大橋等。鋼一混凝土組合截面索塔2．1．

3、1內(nèi)力與變形分析的構(gòu)造一般為，采用混凝土材料的索塔與承受斜對(duì)于內(nèi)置式鋼錨箱，斜拉索索力作用在其上拉索直接作用的鋼錨箱，兩者通過(guò)焊接在鋼錨箱后，索力的豎直分力通過(guò)剪力連接件傳遞到混凝上的剪力連接件(通常為栓釘)被連接在一起。土結(jié)構(gòu)，水平分力由鋼錨箱的側(cè)板與混凝土結(jié)構(gòu)其錨固區(qū)受力相當(dāng)明確，斜拉索的斜向拉力共同變形后承擔(dān)。由于混凝土索塔前墻與鋼錨箱通過(guò)鋼錨箱傳遞到錨固區(qū)，斜拉索的水平分力由端板的交接段的局部變形對(duì)混凝土及鋼錨箱側(cè)板鋼錨箱的側(cè)鋼板承擔(dān)，不平衡的水平力及斜拉的變形沒(méi)有影響，故對(duì)其不作考慮，因此變形的索的豎

4、向分力由索塔混凝土結(jié)構(gòu)部分承擔(dān)，便控制點(diǎn)為混凝土前墻與鋼錨箱側(cè)板的交接位置點(diǎn)這樣發(fā)揮了鋼材良好的抗拉能力與混凝土良好S處。的抗壓能力，同時(shí)盡可能地回避了鋼材在受壓如圖2所示，混凝土結(jié)構(gòu)部分受拉后，整個(gè)情況下容易失穩(wěn)的缺點(diǎn)和混凝土受拉狀態(tài)抗裂截面以鋼錨箱中軸為對(duì)稱軸發(fā)生彎曲變形，即撓性能差的缺點(diǎn)。度變形△；索塔側(cè)壁由于偏心受拉，產(chǎn)生了拉伸鋼一混凝土組合截面索塔結(jié)構(gòu)形式一般有圖變形△：，由于在撓度變形中考慮了側(cè)壁的彎曲，1的兩種形式。如圖1(a)所示，鋼錨箱設(shè)置于索塔因此可近似將側(cè)壁的偏心受拉按軸心受拉處理；混凝土

5、結(jié)構(gòu)部分內(nèi)部，索塔從上到下為完整筒體，混凝土前墻可視為中間受垂直分布荷載的梁，由這種形式為內(nèi)置式鋼錨箱；如圖1(b)所示，鋼錨箱于其高跨比較大，故對(duì)其有必要考慮其剪切變形設(shè)置于索塔混凝土部分中間，順橋向?qū)⑺魉譃椤?。。鋼結(jié)構(gòu)部分的鋼側(cè)板在索力水平分力作用下兩個(gè)“c”形狀的半圍合截面，可以從索塔外看到發(fā)生拉伸變形△。各變形的關(guān)系為：鋼錨箱，這種形式為外露式鋼錨箱。兩者受力特△s=△1+△2+43(1)點(diǎn)大致相同，主要區(qū)別在于內(nèi)置式鋼錨箱的剪力2．1．2簡(jiǎn)化計(jì)算模型釘主要傳遞索塔和鋼錨箱之間沿索塔高度方向的在索塔豎

6、直方向取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高度，由于索塔剪力，與鋼錨箱相連的混凝土索塔內(nèi)壁直接承受截面及荷載均對(duì)稱，可僅分析半結(jié)構(gòu)，截面受力鋼錨箱傳來(lái)的斜拉索部分水平分力，而外露式鋼如圖3所示。對(duì)于圖1所示的索塔，均為雙索錨箱的剪力釘既要傳遞索塔和鋼錨箱之間沿索塔面，令索力水平分力為F，由于鋼錨箱端板處及高度方向的剪力，又要傳遞索塔和鋼錨箱之間沿與其相交接的混凝土前墻部分均對(duì)變形控制點(diǎn)

7、s處的變形無(wú)影響，則可以將索力簡(jiǎn)化視作集中力收稿日期：2014一o4—02處理，則索力水平分力為集中力2F；P為混凝土作者簡(jiǎn)介：王斌(1982一)，男，

8、河北衡水人，工程師，項(xiàng)目經(jīng)理從事橋梁工程試驗(yàn)研究與檢測(cè)工作。側(cè)壁拉力；T為鋼錨箱側(cè)板拉力；q為鋼錨箱端板2014年8月第8期城市道橋與防洪橋梁結(jié)構(gòu)89圖2索塔截面變形示意圖混凝土索塔側(cè)壁混凝土索塔前墻如(a)內(nèi)置式鋼錨箱T，，●●●●圖3索塔截面受力示意圖塔節(jié)段高度為標(biāo)準(zhǔn)索距h。，l、，2分別為標(biāo)準(zhǔn)索塔節(jié)段高度前墻豎向截面與側(cè)壁豎向截面慣性矩，A、A分別為標(biāo)準(zhǔn)索塔節(jié)段高度前墻豎向截面與側(cè)壁T●●●索塔前墻豎向截面面積。I。／／／／／／／／／，／lnl孵力連接件＼匕／I窖鋼錨箱端板—l／I鋼錨側(cè)板r／／／／／／／

9、／／，混凝土索塔側(cè)罐脫鞋1：票塔前墻(1)外露式鋼錨箱圖1鋼一混凝土組合截面索塔結(jié)構(gòu)形式示意圖——————呈————一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段錨固區(qū)平面圖與混凝土索塔前墻問(wèn)傳遞的分布力。對(duì)于單索面的情況，則索力水平分力可直接視為集中力處理，其他與雙索面并無(wú)區(qū)別，故不再贅述。此處前墻前墻及下文的分析計(jì)算均針對(duì)雙索面的情形。結(jié)構(gòu)各部分尺寸如圖4所示，混凝土索塔前圖4標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段尺寸示意圖墻厚度為d，混凝土索塔