静舔荣 獭 嘲 矮塔斜拉桥索梁锚固区局部应力分析 王朝伦 ，阳晓静 ，王 路 ，曾子健 （１．四川西南交大土木工程设计有限公司，四川成都６１００３１；２．成都市城市建设科学研究院， 四川成都６１００３１；３．西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１） 【摘要】 鉴于矮塔斜拉桥索梁锚固区的受力复杂性，需研究其局部应力分布情况。文章以一矮塔斜 拉桥为工程实例，利用有限元程序Ｍｉｄａｓ／ＦＥＡ，建立空间计算模型，通过两种不同工况下的计算结果，分析锚 固区各向应力分布情况，并探讨了预应力对结构局部受力的影响，进而得出一般性结论，为同类桥型索梁锚 固区的设计分析提供参考。 【关键词】矮塔斜拉桥；锚固区；应力 【中图分类号】Ｕ４４８．２７ 矮塔斜拉桥亦称部分斜拉桥，具有塔矮、梁刚、索集中及 外形美观等特点，是介于梁式桥和斜拉桥之间的刚柔相济的 新颖桥型，其在造型上偏于斜拉桥，而在受力性能上又偏于 梁式桥” 。矮塔斜拉桥的混凝土主梁在拉索锚固区承受着 【文献标识码】Ｂ 臂端部；桥墩为双薄壁墩，墩身横桥向宽度与主桥梁箱底板 同宽，桥塔和桥墩整合一体并与主梁固结。斜拉索在塔上锚 固间距按１ ｍ等间距布置，在主梁上按６ ｍ等间距布置，每 个索塔主跨设７对拉索，副跨设７对背索。桥面全宽２２ ｍ， 双向四车道，两侧设２．５ ｍ人行道，隔离带３ ｍ（含２．５ ｍ塔、索保护区）。主桥桥型布置如图１所示。 巨大的索力，且承压面较小，极易出现应力集中现象和局部 较大拉应力，同时为改善结构受力状况，常布置有一定数量 的预应力钢筋，使得该区域受力情况极为复杂，为保证结构 安全可靠，有必要对索梁锚固区进行局部应力分析。本文以 某矮塔斜拉桥为工程背景，着重对索梁锚固区进行空间应力 分析，并探讨了预应力对结构局部受力的影响，进而得出一 般性的结论，可为设计提供参考。 ２索梁局部应力分析 ２．１计算模型 本文基于有限元程序Ｍｉｄａｓ／ＦＥＡ，以中跨第六对拉索处 锚固区为研究对象，建立空间计算模型。依据圣维南原理， 局部应力分析时，一般将局部模型选取的足够大，以减弱边 界条件对所关注区域受力状态的影响 ，为此本模型纵桥向 １工程概况 石棉县人民路一岩子村大渡河大桥西北岸接川藏公路 （国道Ｇ１０８线），东南岸接滨河路及人民路，主桥孔跨布置 为５５ ｍ＋１２０ ｍ＋５５ ｍ，预应力混凝土矮塔斜拉桥。桥塔布 置于桥面中间，采用变截面八边形，截面由塔底往塔顶收拢， 长度取１０ ｍ、横桥向取全宽。混凝土采用８节点６面体实体 单元，采用钢筋单元模拟顶板横向、横隔板横向及竖向预应 力钢筋。其中预应力布置情况为：横向预应力布置于顶板 内，一般纵向间距为５０ ｃｍ，在拉索锚具处布置间距适当增 大，以避免与斜拉索产生冲突；横隔板处横向预应力筋为上 下两束；竖向预应力采用儿３２精轧螺纹钢，布置于箱梁腹 板内。 塔高１７ ｍ；主梁为大悬臂变截面混凝土箱梁，单箱三室，主梁 吊索锚固处均设置一道横隔板，且横隔板均延伸出肋板至悬 图１主桥桥型布置（单位：ｅｍ） ［定稿日期］２０１３—０８—２２ 四川Ｉ建筑第３３卷５期２０１３．１０ １５１ 理，框架部分可以有效地发挥结构抗侧体系的第二道防线作 用。结合分析结果及抗震规范可以得出本结构抗震能力达 到性能４的要求。 ［Ｄ］．中国建筑科学研究院，２０００ ［３］傅学怡．带转换层高层建筑结构设计建议［Ｊ］．建筑结构学 报，１９９９（２） ５结束语 随着计算机水平的不断提高及分析理论的日益完善，基 于ＰＵＳＨＯＶＥＲ分析方法对构性能进行评价必将成为结构抗 ［４］ 李国胜．关于底部大空间剪力墙结构的转换层设计［Ｊ］．建筑 结构，２００１（７） ［５］ＧＢ ５００１１—制０１建筑抗震设计规范［ｓ］ ［６］ＪＧＪ３—２ｏｏ２，Ｊ１８６－－２００２高层建筑混凝土结构技术规程［Ｓ］ ［７］唐兴荣．高层建筑转换层结构设计与施工［Ｍ］．中国建筑工 业出版社，２００２ 震设计的主要手段之一，在此笔者做出以下展望以期待 ＰＵＳＨＯＶＥＲ‘分析方法能够更加完善与成熟。 （１）钢筋混凝土结构是混凝土与钢筋相结合的非线性实 体，在弹塑性阶段材料的非线性特性对分析结果也起着直接 影响。如何真实模拟材料本构关系也是目前比较热点的课 题之一，其研究对结构弹塑性受力分析有着非常重要的应用 价值。 ［８］汪凯，盛小徽，吕志涛，等．高层建筑预应力混凝土板式转换层 结构设计［Ｊ］．建筑结构，２０００（６） ［９］Ｋ．Ｔ．Ｃｈａｕ，Ｅｄｄｉｅ Ｓ．Ｓ．Ｌａｍ，ＹＬＸｕ ａｎｄＹＬ Ｗｏｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ．Ｏｎｅ Ｄａｙ Ｓｅｍｉｎａｒ ｏｎ Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆＥａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００２ ［１Ｏ］艾志刚．辉煌与忧患——十年世界高层建筑发展回顾［Ｊ］． 世界建筑，１９９７（２） ［１１］胡世德．２０年来我国迅速发展的建筑体系［Ｊ］．建筑技术， １９９４（１） （２）在强震作用下，结构的部分杆件进入弹塑性或塑性 阶段，抗侧力构件的刚度随时间不断发生变化。随着构件的 逐步破坏、卸载，结构的刚度矩阵逐步退化最终奇异导致分 析发散无法顺利完成，给结构塑性阶段分析带来困难。因 而，深入研究结构的非线性阶段的分析方法，得出易于收敛 ［１２］赵西安．世纪之交的高层建筑［Ｊ］．建筑结构，２００２（６） ［１３］刘劲松．带高位大跨转换层建筑结构抗震性能研究［Ｄ］．浙 江大学，２００４ 且客观真实合理的算法非常有必要。 参考文献 ［１４］章一萍．大底盘双塔楼连体结构的抗震性能分析和设计 ［Ｄ］．重庆大学，２００４ ［１５］Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｔａｌｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ， Ｏｒｇａｎｉｓｅｒｓ，Ｇｅｒｔ Ｋｏｅｎｉｇ，Ｌｅｉｐｚｉｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃａｒｌ／Ａｌｅｘａｎｄｅｒ ［１］ 张家华．高层建筑预应力混凝土板式转换层结构的性能及设 计研究［Ｄ］．东南大学，１９９８ ［２］ 王森．高层建筑粱、板式转换层结构设计计算方法的研究 ● ‘ ‘ ‘ ‘ ０ ｂ ‘ ‘ ■ ‘ ‘ ， ‘ ，‘ ， ‘— Ｇｒａｕｂｎｅｒ，Ｄａｒｍｓｔａｄｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ５—７， ２ＯＯ２ ， ， ， ： ３， ＝ ３， ＾ ， ＾☆ ， ，‘ ： ３， ，‘ ， （上接第１５２页） 表１ 两种工况的应力情况对比 ３结束语 通过针对石棉县人民路——岩子村大渡河大桥的上述 分析研究，可以得出： 拉应力最值 （ＭＰａ） Ｓ 工 况 出现位置 锚固齿块与顶板相交中部 锚固块后端的腹板和顶板 横隔板与锚固块相交前端 锚固端部与腹板交界处 横隔板上方的顶板处 锚固块后端的腹板和顶板 １．７ ２．Ｏ １．６ ３．Ｏ ３．５ １．９ （１）矮塔斜拉桥的索梁锚固区受力复杂，有必要进行局 部应力分析。 Ｓ ｙｙ Ｓ Ｐｌ Ｓ （２）布置预应力有利于改善各向应力分布，使结构更符 合受力要求，但可能会带来局部应力集中问题，在设计中应 加以注意。 — （３）可采取构造措施来减小应力集中状况，如加大锚垫 板尺寸或布置钢筋加强网片，进一步改善结构应力分布；也 可局部采用钢纤维混凝土，以提高结构抗裂性。 参考文献 工 况 Ｓ ｙｙ 二 Ｓ Ｐｌ Ｏ．６ ４．Ｏ 横隔板与锚固块相交前端 横隔板上方的顶板处 （４）工况一时，锚固区的第一主应力存在较大区域的拉 应力，且拉应力值较大，最大拉应力发生在锚固端部与腹板 交界处；当布置有预应力时，较大拉应力的范围明显减小，但 ［１］梁爱霞．矮塔斜拉桥斜拉索结构和受力行为研究［Ｄ］．成都：西 南交通大学，２００９ 在横隔板上方的顶板处存在应力集中现象。 ［２］ 夏超逸，雷俊卿．哈大高速铁路钢箱叠合拱桥拱脚局部应力分 析［Ｊ］．北京交通大学学报，２０１０，３４（４）：８４—８８ １５６ 四川建筑第３３卷５期２０１３．１０
