大跨度鋼桁梁斜拉橋索梁錨固區應力分布分析研究

王濤

（中鐵二十一局集團有限公司第六工程有限公司，北京市 100000）

大跨度鋼桁梁斜拉橋索梁錨固區應力分布分析研究

王濤

（中鐵二十一局集團有限公司第六工程有限公司，北京市 100000）

斜拉橋索梁錨固區在恒載、主力組合下應力分布規律基本相同，整體應力較小，僅在錨固墊板附近較大；拉索索力影響的范圍較小，擴散較快。斜拉橋的索梁錨固區段內，受到拉索強大的集中力。而且由于孔洞削弱等原因，應力狀況比較復雜，有必要進行有限元的力學模型的局部分析，以全面反映結構的實際工作狀態和應力分布。

索梁；錨固區；應力；有限元；應力分布

0　引言

斜拉橋主要由主梁、索塔及斜拉索組成，現多采用密索體系，屬于高次超靜定結構［1］。不論是斜拉橋的結構型式還是實際受力狀況，采用平面模型都難以準確地模擬，但現在橋梁的設計及規范一般仍是依據平面分析的結果。為了保證橋梁結構的安全，有必要對己設計好的結構進行空間分析，以校核設計，確保橋梁施工和使用的安全［2］。斜拉橋的索塔、索梁錨固區段以及一些特殊節點處，受力比較復雜。特別是局部有強大集中力作用或是構造、材料有突變的部位，在設計、計算中，如果不進行有限元的力學模型的局部分析，很難全面反映結構的實際工作狀態和應力分布［3］。

1　有限元模型

本文選取某大跨度斜拉橋的中跨中桁頂索與中桁的錨固節點錨固區進行分析。為了減小由于局部模型邊界對結合部位應力場的影響，取與該節點相連的各桿件全長建立模型，并在各桿件的端部施加由整體分析得到的位移值［4］。計算模型見圖1。

圖1　索梁錨固區計算模型

模型中桁架桿件采用SHELL43單元，共7524個單元。斜拉索索力以分布力形式施加于錨墊板上。

2　恒載工況下索梁錨固區分析

將恒載索力轉化為勻布力施加于錨墊板上，并在邊界截面的節點上施加恒載位移，由于邊界距離錨固區的距離較遠，這種近似的邊界條件引起的誤差不會影響計算結果。索梁錨固區縱向、橫向、豎向正應力的分布見圖2～圖4。第一主應力、第三主應力分布見圖5、圖6。

圖2　縱向正應力分布圖（Pa）

圖3　橫向正應力分布圖（Pa）

圖4　豎向正應力分布圖（Pa）

圖5　第一主應力分布圖（Pa）

圖6　第三主應力分布圖（Pa）

由上述計算結果可以看出，在恒載斜拉索索力的作用下，索梁錨固區應力分布具有如下特征：

索梁錨固節點在拉索集中力作用下，整體應力較小，僅在錨固墊板附近較大。說明拉索索力影響的范圍較小，擴散較快。除錨墊板附近，其他區域的正應力和主應力均不超過20 MPa，錨墊板應力集中處的各項應力值一般也在100 MPa以下（主應力在120 MPa以下）。橋梁主要桿件采用Q370q-E鋼材，容許應力均在200 MPa以上，因此在恒載索力作用下，索梁錨固區應力有較大富余量。

3　主力組合作用下索梁錨固區分析

將主力組合索力轉化為勻布力施加于錨墊板上，索梁錨固區縱向、橫向、豎向正應力的分布見圖7～圖9。第一主應力、第三主應力分布見圖10、圖11。

圖7　縱向正應力分布圖（Pa）

圖8　橫向正應力分布圖（Pa）

圖9　豎向正應力分布圖（Pa）

圖10　第一主應力分布圖（Pa）

圖11　第三主應力分布圖（Pa）

由上述計算結果可以看出，在主力組合作用下，索梁錨固區應力分布與恒載工況規律具有基本相同的分布規律：整體應力較小，僅在錨固墊板附近較大；拉索索力影響的范圍較小，擴散較快；除錨墊板附近，其他區域的正應力和主應力均不超過30 MPa，錨墊板應力集中處的各項應力值一般也在120 MPa以下（主應力在140 MPa以下）。與恒載狀況比較，桿件的應力幅在20～30 MPa左右，符合鐵路橋梁鋼結構設計規范的要求。

4　結　論

通過對大跨度斜拉橋索梁錨固區在恒載、主力組合下的應力分析，可以得出以下主要結論：

（1）恒載、主力組合作用索梁錨固區應力分布規律基本相同，整體應力較小，僅在錨固墊板附近較大；拉索索力影響的范圍較小，擴散較快。

（2）索梁錨固區應力整體應力水平較小，除錨墊板附近應力集中超過100 MPa外，大部分區域應力在30 MPa以下，說明索梁錨固區具有較大的安全度。

（3）比較恒載工況和主力組合工況，各桿件的應力幅在20～30 MPa左右，處于一個較低的水平，符合設計規范的要求。

［1］黃勇，程曉東，曾進忠.斜拉橋索梁錨固區受力情況的三維有限元分析［J］.橋梁建設，2005（S1）:120-123.

［2］羅鳴.大跨度斜拉橋索梁錨固結構力學行為研究［J］.鐵道工程學報，2010（10）:74-77.

［3］丁雪松，熊剛，謝斌.大跨度鋼箱梁斜拉橋索梁錨固結構的發展與應用［J］.世界橋梁，2007（4）:70-73.

［4］徐峰，蘇文明，于飛，等.斜拉橋懸臂式索梁錨固區受力分析［J］.四川建材，2013（5）:42-44.

U448.27

A

1009-7716（2016）07-0091-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.027

2016-02-29

王濤（1981-），男，甘肅民樂人，工程師，從事鐵道工程建設管理工作。