混凝土箱梁斜拉桥索梁锚固区受力分析

混凝土箱梁斜拉桥索梁锚固区受力分析

赵冰

佛山科学技术学院 交通与土木建筑学院，广东 佛山 528000

摘 要：本文以某跨铁路段的双塔大跨度斜拉桥的主梁锚固区为研究对象，建立梁体局部有限元模型，研究了不同荷载组合工况下主梁锚固区的应力分布规律。结果显示，混凝土梁整体应力分布均匀，仅在索梁锚固区的锚固孔处出现了超出强度标准值的拉应力，对整体结构影响较小，适当加强相应部位布设的钢筋即可。

关键词：大跨度斜拉桥；主梁锚固区； 有限元模型； 应力分布

引言

索梁锚固结构是斜拉桥的主要受力结构之一，用于承受及传递斜拉索荷载^[1]。目前已有大量国内学者对索梁锚固区的力学性能展开了相关研究。例如袁瑞等^[2]采用Midas FEA对索力最大处的钢锚箱和锚固区附近的主梁进行有限元分析，得到相应的应力分布及变形情况，确定了锚固区结构设计及锚固区主梁补强方式。本文以某跨铁路的双塔大跨度斜拉桥为例，通过使用有限元软件Midas FEA建立实体模型，针对本工程选定的箱内锚固构造，然后对该桥的索梁锚固区进行受力分析，对索梁锚固结构的优化设计具有一定的理论指导意义，有一定的工程实用价值。

1 工程概括

九江市新建快速路上的某斜拉桥全长465m，跨径布置为（99+250+116）m，本桥的总体布置图如图1所示。主梁为等高混凝土连续箱梁，材料为C55混凝土，单箱三室，整幅布置。主塔为矩形混凝土塔，左塔塔高61.25m，右塔塔高68.5m。主墩采用双肢矩形薄壁墩。左边采用塔墩固结，右边采用塔、墩、梁固结体系。斜拉索所用钢绞线为Φs15.2mm型预应力镀锌钢绞线，拉索空间单索面布置，左塔每侧各17对索，右塔每侧各20对索。

2 有限元模型的建立

通过有限元Midas civil建立全桥模型分析可知，其JS54号墩处跨中位置的梁端斜拉索的倾角是最小的、索力值是最大的。故本文选取主梁跨中位置梁端锚固区域为分析研究的对象，即Z37拉索锚固梁段。锚固图按照实际位置布置，具体结构构造如图2。全桥模型共划分了110万余个单元，局部模型见图3。

3 分析结果

首先对自由端的质心节点和截面节点建立刚性连接，然后将整体模型结果导出的梁单元内力值作为外荷载施加在质心节点上。通过三种荷载组合效应下对索梁锚固区受力分析，得到了索梁锚固区的应力值，如表1所示。

图3 局部模型

表1 三种工况下应力值

通过表1可知，频遇组合为荷载最不利组合，故选择荷载频遇组合进行受力分析。斜拉桥索梁锚固区的应力分布如图4-5所示。由图4-5可见，斜拉桥锚固区拉应力最大值为3.51MPa，最大压应力为14.95MPa。本桥主梁采用C55混凝土，抗拉强度1.96MPa，抗压强度25.3MPa，索梁锚具区的锚固孔出现拉应力大于1.96MPa的区域，应适当加强该位置处的预应力筋，避免混凝土因拉应力过大而开裂的现象出现。

斜拉索锚具选用Q235C钢材，其应力云图如图6-7所示，可以看出锚具系统应力分布在-86.75～62.66MPa，应力分布均匀。在锚具顶部中间位置会出现一些较大拉应力，最大拉应力为62.66MPa，锚具中间位置会出现一些较大压应力，最大压应力为86.75MPa，不过亦在材料强度范围内。

4 总结

运用有限元通用软件Midas FEA，对某大跨度斜拉桥的索梁锚固区、锚具系统进行了应力分析，得出：桥梁主梁在荷载作用下整体受压，仅在索梁锚固区的锚固孔出现拉应力大于

1.96MPa的区域，需加强该位置处的钢筋布置，整体结构应力分布均匀且均满足强度要求。

参考文献：

1. 严国敏. 现代斜拉桥[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 1996.
2. 袁瑞,张敏,罗嗣碧.金沙江特大桥索梁锚固区受力分析与结构设计[J].公路,2019,64 (10):89-93.
3. 吕文舒,陈星烨,张祖军.钢箱梁斜拉桥索梁锚固区钢锚箱受力性能及结构局部优化研究[J].中外公路,2020,40(03):173-176.