大跨径斜拉桥钢锚梁的创新设计.pdf

公路2009年1月第1期HIGHWAYJan12009No11

文章编号:0451-0712(2009)01-0130-03中图分类号:U448128文献标识码:B

大跨径斜拉桥钢锚梁的创新设计

陈向阳,王昌将,史方华
(浙江省交通规划设计研究院杭州市310007)

摘要:介绍了一种适用空间索面斜拉桥的钢锚梁,采用钢锚梁和钢牛腿组合结构,受力明确、安装方便、造价
低廉、安全可靠,并已成功应用在主跨620m的金塘大桥的主通航孔桥。文中详细地介绍了该新型钢锚梁的设计创
新和结构分析,对斜拉桥设计具有重要参考作用。
关键词:钢锚梁;钢牛腿;设计

1现有斜拉桥索塔的锚固构造受,竖直分力通过锚箱两侧竖直钢板的剪力键传递
索塔的拉索锚固段是将一个斜拉索的局部集中到塔柱混凝土中。钢锚箱在工厂预制完成,容易控
力,安全、均匀地传递到塔柱的重要受力构造。对大制锚固点的位置和角度;缺点是对吊装能力有一定
跨斜拉桥而言,主要有3种锚固方式:环向预应力锚要求,水平力由塔壁和钢锚箱共同承担,塔壁分担了
固、钢锚箱锚固和钢锚梁锚固,见图1所示。不小的水平力,足以使混凝土开裂。
钢锚梁锚固构造源于加拿大的安娜西斯桥,也
在我国的南浦大桥、灌河桥得到应用,锚固钢横梁本
身是独立的构件,支撑于塔柱内侧牛腿上,平衡两侧
拉索的大部分水平分力,不平衡水平分力通过横梁
下支撑的摩阻力和水平限位装置传递至塔壁,拉索
的竖直分力传递至塔柱内侧牛腿。钢锚梁锚固构造
的主要优点是受力机理明确,受力合理,混凝土塔壁
拉应力很小,缺点是安装不方便,不适用空间索面斜
拉桥。
金塘大桥地处舟山海域,对耐久性要求高,为了
保证结构的使用寿命,需要寻求一种施工快捷、受力
清晰、安全可靠的锚固构造。环向预应力锚固的缺
点在于其高空施工特点,钢锚箱构造的缺点源于其
图1索塔锚固构造
受力机理,两者的缺点都是难以克服的。钢锚梁构
环向预应力锚固一般采用对拉的“U”形预应力造施工不方便,但受力最合理,本文的研究工作主要
束,用施加环向预应力来保证混凝土塔壁不开裂,如致力钢锚梁的设计创新,使之施工快捷,且适用空间
南京二桥。环向预应力锚固造价低,后期维护工作索面斜拉桥。
量小,但全部工序需要现场高空作业,精度和质量控
制较难,且预应力束的弯曲半径较小,预应力损失2设计创新
大,施工质量也不易保证。211适用空间索面斜拉桥的钢锚梁
钢锚箱锚固构造源于法国的诺曼底大桥,我国钢锚梁由受拉锚梁和锚固构造组成,传统的锚
的苏通大桥、杭州湾大桥也采用这种构造,塔柱两侧固构造在锚固梁正上方。一根钢锚梁连接两根斜拉
拉索的水平分力通过锚箱的水平钢板和塔柱共同承索,索的大部分水平分力由钢锚梁平衡。显然,钢锚

收稿日期:2008-11-24
2009年第1期陈向阳等:大跨径斜拉桥钢锚梁的创新设计—131—

梁不能承受面外的水平分力,因而不能适用于空间
索面斜拉桥。
大跨径斜拉桥,为了提高结构抗风性能,普遍采
用空间索面,因此为了推广使用钢锚梁构造,必须对
其进行改进。改进的思路主要是将斜拉索锚固构造
焊在锚固梁两侧,见图2所示,一根钢锚梁连接4根
斜拉索,斜拉索的平衡水平分力由钢锚梁承担,面外
水平力也可由钢锚梁自身平衡。图3钢牛腿结构
(1)钢锚梁和钢牛腿采用高强螺栓临时连接,和
钢壁板一起整体吊装。为了避免壁板变形,要求增
加一些必要的工装。
(2)吊装到设计位置后,利用抗拉槽钢和劲性骨
架相连接做精确定位,然后安装下一节钢锚梁与牛
腿,相邻钢壁板根据设计要求可靠连接。依次逐节
吊装钢锚梁。
(3)钢锚梁吊装至一定高度后,可以开始浇注下
部塔柱混凝土。
(4)在索塔混凝土全部浇注完成后,在斜拉索张
拉前,卸掉钢锚梁和钢牛腿临时固结中一侧的连接
螺栓,以保证水平分力能由钢锚梁承担。
图2钢锚梁结构

212钢锚梁和钢牛腿组合结构3金塘大桥钢锚梁计算和试验研究
传统钢锚梁的牛腿均采用混凝土结构,和塔柱金塘大桥是主跨620m的5跨连续的钢箱梁斜
混凝土一起浇注。根据施工实践,存在以下缺点。拉桥,每个塔柱锚固21对索,1、2号斜拉索直接锚
(1)由于混凝土牛腿的存在,内壁不能采用滑模固在索塔横隔板上。钢锚梁共19节(分4类),各锚
施工,上塔柱施工工效极低。固一对斜拉索。
(2)钢锚梁吊装困难。由于上塔柱上窄下宽,并计算采用ANSYS空间有限元分析程序,仅取
有混凝土牛腿,钢锚梁安装困难。应力最大的一个节段做分析。索塔混凝土按实体建
(3)混凝土牛腿的表面平整度很难满足设计要求。模,钢板按壳单元模拟,剪力钉和横向加强钢筋按梁
(4)混凝土牛腿主拉应力大,易开裂。单元模拟,按实际尺寸建立钢锚梁分析模型,见图4
钢锚梁有两种安装方法:先装法和后装法。先所示。斜拉索锚头作用于钢锚梁的索力按面压力荷
装法是在