钢-混凝土组合截面斜拉桥索塔锚固区受力分析

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发布时间：2021-12-03

资料介绍

该文将钢一混组合结构锚固区受力问题视为平面问题，对两种目前应用的钢一混组合结构锚固区形式分别取索塔节段建
立了平面杆件模型，利用变形协调原理推导了钢结构与混凝土部分的水平受力分配关系及相应计算公式，然后通过有限元程序
对算例进行计算，验证了公式准确性。结果表明：两者的受力分配关系与构造相关；索力水平分力主要通过钢侧板拉伸变形与混
凝土结构的弯曲变形来传递与分配；取决于构造尺寸的混凝土结构部分的剪切及拉伸变形仅占次要部分；钢锚箱侧板承担了大
部分索力水平分力，混凝土结构部分仅承受小部分。
关键词：斜拉桥；钢一混组合截面；索塔锚固区；受力传递；受力分配；有限元
中图分类号：U441~．5 文献标识码：A 文章编号：1o09—7716(2014)08—0o88—05
1 钢一混组合截面索塔形式概述顺桥向的剪力。
近年来我国的斜拉桥索塔锚固区开始采用
钢一混组合截面的结构形式，比如杭州湾跨海大
桥、江苏苏通大桥等。钢一混凝土组合截面索塔
的构造一般为，采用混凝土材料的索塔与承受斜
拉索直接作用的钢锚箱，两者通过焊接在钢锚箱
上的剪力连接件(通常为栓钉 )被连接在一起。
其锚固区受力相当明确，斜拉索的斜向拉力
通过钢锚箱传递到锚固区，斜拉索的水平分力由
钢锚箱的侧钢板承担，不平衡的水平力及斜拉
索的竖向分力由索塔混凝土结构部分承担，便
这样发挥了钢材良好的抗拉能力与混凝土良好
的抗压能力，同时尽可能地回避了钢材在受压
情况下容易失稳的缺点和混凝土受拉状态抗裂
性能差的缺点。
钢一混凝土组合截面索塔结构形式一般有图
1的两种形式。如图 1(a)所示，钢锚箱设置于索塔
混凝土结构部分内部，索塔从上到下为完整筒体，
这种形式为内置式钢锚箱；如图 1(b)所示，钢锚箱
设置于索塔混凝土部分中间，顺桥向将索塔分为
两个“c”形状的半围合截面，可以从索塔外看到
钢锚箱，这种形式为外露式钢锚箱。两者受力特
点大致相同，主要区别在于内置式钢锚箱的剪力
钉主要传递索塔和钢锚箱之间沿索塔高度方向的
剪力，与钢锚箱相连的混凝土索塔内壁直接承受
钢锚箱传来的斜拉索部分水平分力，而外露式钢
锚箱的剪力钉既要传递索塔和钢锚箱之间沿索塔
高度方向的剪力，又要传递索塔和钢锚箱之间沿
收稿日期：2014一o4—02
作者简介：王斌 (1982一)，男，河北衡水人，工程师，项目经理
从事桥梁工程试验研究与检测工作。
2 索塔锚固区受力分析
2．1 内置式钢锚箱荷载传递与分配
2．1．1 内力与变形分析
对于内置式钢锚箱，斜拉索索力作用在其上
后，索力的竖直分力通过剪力连接件传递到混凝
土结构，水平分力由钢锚箱的侧板与混凝土结构
共同变形后承担。由于混凝土索塔前墙与钢锚箱
端板的交接段的局部变形对混凝土及钢锚箱侧板
的变形没有影响，故对其不作考虑，因此变形的
控制点为混凝土前墙与钢锚箱侧板的交接位置点
S处。
如图 2所示，混凝土结构部分受拉后，整个
截面以钢锚箱中轴为对称轴发生弯曲变形，即挠
度变形 △ ；索塔侧壁由于偏心受拉，产生了拉伸
变形 △：，由于在挠度变形中考虑了侧壁的弯曲，
因此可近似将侧壁的偏心受拉按轴心受拉处理；
混凝土前墙可视为中间受垂直分布荷载的梁，由
于其高跨比较大，故对其有必要考虑其剪切变形
△。。钢结构部分的钢侧板在索力水平分力作用下
发生拉伸变形 △ 。各变形的关系为：
△s=△1+△2+43 (1)
2．1．2 简化计算模型
在索塔竖直方向取标准节段高度，由于索塔
截面及荷载均对称，可仅分析半结构，截面受力
如图 3所示。对于图 1所示的索塔，均为双索
面，令索力水平分力为 F，由于钢锚箱端板处及
与其相交接的混凝土前墙部分均对变形控制点 |s
处的变形无影响，则可以将索力简化视作集中力
处理，则索力水平分力为集中力 2F；P为混凝土
侧壁拉力；T为钢锚箱侧板拉力；q为钢锚箱端板