大跨度斜拉桥索塔锚固区应力分析

作者简介：张亮亮（1956），男，教授，博士生导师，主要从事桥梁结构研究，（Email）。摘要：斜拉桥拉索锚固区是索塔受力的关键部位，在斜拉索大吨位拉力及预应力共同作用下，受力十分复杂，保证其结构安全、受力合理是斜拉桥建造过程中的关键问题。运用实体有限元方法对某斜拉桥索塔锚固区进行空间应力分析，对比分析了3种不同工况下锚固区的受力特点及应力分布规律。分析结果表明，采用环向井字形的水平预应力束配置形式是合理的；在1 265 MPa的张拉控制应力下，各钢束应力都已经相当接近1 116 MPa，说明了预应力钢束的强度已经充分发挥，不宜再提高张拉控制力。

关键词：斜拉桥；锚固区；有限元方法；应力分析

中图分类号：U443.38文献标志码：A文章编号：16744764（2012）03005206

Stress Analysis of Anchorage Zone on Tower

of Longspan Cablestayed Bridge

ZHANG Liangliang1a,1b, WANG Hao1a,1b, YANG Zhuanyun2, LIU Hiu2, LIU Shuyang3

(1a. College of Civil Engineering; 1b. Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area,

Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400045, P. R. China；

2.Sichuan College of Architectural Technology, Deyang 618000, Sichuan, P.R.China;

3.Department of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, P.R.China)

Abstract:Anchorage zone on tower of cablestayed bridge has complex structures and stress distributions, and keeping it on a safety state under a large tonnage tension and prestress is more concerned in design and construction. The stress distribution of the anchorage zone was analyzed by 3D finite element method. Furthermore, the mechanical properties and the rules of stress distributions were investigated and compared in three different load cases. The results show that the disposition form of level prestressing tendon is reasonable. The stress of the entire tendon is very close to 1 116 MPa under the tension control stress of 1 260 MPa. It is shown that the intensity of the tendon has given full play to prestress and it is not appropriate to increase the tension control stress.

Key words:cablestayed bridge; anchorage zone; finite element method; stress analysis

斜拉桥索塔锚固区是将索力安全、均匀地传送到塔柱的重要部位，考虑到混凝土材料的弹塑性、孔洞削弱、预应力施工工艺的正常误差及预应力钢束锚下集中力作用等各种因素，锚固区受力十分复杂，应力集中现象明显。规范［1］明确提出锚固区应力计算宜采用空间有限元方法进行计算，设计中单纯用平面有限元分析难以全面反映锚固区应力的真实性。中国已对多座实际斜拉桥锚固区节段进行了空间应力分析，并与足尺模型试验结果吻合的比较好［24］。对索塔锚固区施工及运营阶段的不同工况进行了精细的有限元分析，明确主塔的实际受力情况，并反映到施工中，达到对指导施工的意义。1工程概况

某双塔双索面斜拉桥，上塔柱斜拉索锚固段采用矩形空心断面(见图1)，前、后壁厚1.4 m，侧壁厚1.0 m。索塔采用C50混凝土，在桥塔斜拉索锚固段配置了纵、横向9φs15.2(U1～U4)和7φs15.2(U5)的水平预应力钢绞线，呈环向井字形布置（图2）。预应力钢束均采用高强低松弛钢绞线，其抗拉强度标准值为1860MPa。预应力锚具采用M15-9与M15-7可控低回缩锚具。张拉控制应力对于钢束U1、U2和U3取1 265 MPa，对于钢束U4和U5取1 209 MPa。采用单端张拉，并要求张拉后钢束回缩值小于2 mm。

图1S9～S12塔段剖面图

图2环向井字形预应力体系布置

2实桥索塔锚固区有限元计算模型

2.1有限元模型的建立

分析采用大型通用有限元软件ANSYS建立计算模型［78］（图3）。混凝土、锚垫板和承压环采用SOLID65单元，混凝土的弹性模量取35 500 MPa，密度取2 500 kg/m3，泊松比取0.2。预应力钢索采用LINK8单元，预应力效果采用对LINK8单元设置初应变来模拟。〖=D(〗张亮亮，等：大跨度斜拉桥索塔锚固区应力分析〖=〗