斜拉桥索塔钢锚箱与塔壁混凝土拉力分配简化分析.pdf

斜拉桥索塔钢 锚箱与塔壁混凝土拉力分配简化分析 华新 (江苏省交通规划设计院) 摘要通过对斜拉桥索塔的拉索锚固区混凝土塔壁和钢锚箱抗拉刚度的分析，推导了各构件拉力 分配公式，研究了各参数变化对拉力分配的影响，可以快速方便地分析拉索水平分力在混凝土塔壁与钢 锚箱中的分配比例。算例中的工程实例表明本文的分析方法具有实用、高效和准确的特点。 关键词斜拉桥钢锚箱 混凝土塔壁拉力分配 一、刖 商 斜拉桥索塔的拉索锚固段，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。 为避免塔壁混凝土在拉索强大集中力作用下而开裂，通常拉索在塔上的锚固可采用钢锚箱或环向预 应力的锚固方式。国内绝大多数斜拉桥采用环向预应的的锚固方式，其拉索锚固区在环向预应力和 索力作用下，顺桥向和横桥向塔壁内、外侧混凝土压应力储备和应力分布很不均匀，加上钢束弯曲 半径小，一般均只有2m，不能满足规范对预应力钢束最小半径的要求，因此国内已建的采用环向预 应力的斜拉桥索塔锚固区均要求做足尺节段模型试验，以验证环向预应力的实际效果。并且环向预 应力锚固系统全部在现场高空中作业，锚垫板的角度及定位控制较难，施工时需在现场多次张拉预应 力，施工难度较大。钢锚箱的拉索锚固方式，是由钢和混凝土这两种不同的材料组成的、共同承受拉 力的一种组合结构，利用钢结构强度大、抗拉能力强的特点承受拉索水平拉力。其受力原理是，锚固 在钢锚箱两端的拉索的水乎分力，通过钢锚箱的水平钢板及两侧的竖直钢板来乎衡，拉索的竖向分 力通过钢锚箱两端竖直钢板上的剪力钉传递到混凝土塔柱中。由于钢结构强度大，可承受拉索的大 部分水平拉力，混凝土塔壁所受的拉力较小，可不必设置预应力钢束。同时，钢锚箱在工厂预制完 成，容易精确加工和准确控制锚固点的位置和角度，现场仅需控制塔柱混凝土基座标高，施工方便快 捷。 图l为钢锚箱典型节段平面与立面布置示意图。法国诺曼底桥、丹麦一瑞典的厄勒海峡桥，以及希 腊的雷翁一安蒂里翁桥，拉索在塔上的锚固采用的都是钢锚箱的锚固方式。 对于钢锚箱这种钢与混凝土组合结构，在拉索索力作用下，钢锚箱与混凝土塔壁共同承担水平拉 力。由于钢材强度大弹横高度形小，适于承拉，但其总面积较小，在索力作用下仍有一定的拉伸变形， 混凝土塔壁仍将分担一部分拉力，因此采用钢锚箱作为拉索在塔上的锚固方式时，首先要分析钢锚箱 与混凝土塔壁的拉力分配比例，并根据分析结果对钢锚箱刚度与混凝土塔壁厚度等参数作适当调整。 合理的设计应使钢锚箱分担的拉力尽量多而混凝土塔壁分担的拉力尽量少，从而使塔壁受力合理，防 止产生裂缝。对于这样的结构，精确的分析应采用空问有限元的方法，但在拟定索塔和钢锚箱具体结构 尺寸时，可先采用平面简化分析的方法确定拉力分配的比例，以便及时修改调整索塔和钢铺箱的结构 方案。 剐 例I钢锚箱锚固方式结构不意图 二、结构简化分析方法 1．简化分析思路 仍以图1所示的索塔与钢锚箱结构为例来加以阐明。塔柱四周采用混凝土浇筑而成，在混凝土塔壁 的内部顺桥向布置钢锚箱，在钢锚箱与混凝土塔柱交界处施加一集中力P，截取钢锚箱与混凝土塔柱节 段进行平而简化分析。分析各部分所受拉力大小时，将混凝土塔壁与钢锚箱分开来分别研究，分别计算 在单位水平拉力作用下，混凝土塔壁与钢锚箱在拉力作用点的变形，求出各自的抗拉刚度，进而求出在水 平力作用下，混凝土塔壁与钢锚箱的拉力分配情况，研究各尺寸和刚度参数变化对拉力分配比例的影响。 2．拉力分配计算 图2a)为简化后的平面框架计算模型，其中将混凝土塔壁和钢锚箱分别简化为框架和拉杆结构，如图 2b)所示。 紫 图2平面框架计算模型 取一对拉索作用高度的塔柱为研究对象，设其节段高度为h，塔柱横桥向和顺桥向塔壁厚度分别为 分力为P；钢锚箱长度为2￡’：，钢锚箱弹模与截面面积分别为E。和A。。塔壁框架是三次超静定结构，由 十靖构与扭力何载曾是