自锚式悬索桥边跨及主跨锚碇构造设计

自锚式悬索桥边跨及主跨锚碇构造设计

李伟

天津城建设计院有限公司天津市300122

摘要：某自锚式悬索桥为边跨地锚，主跨自锚的受力形式，而边跨、主跨锚碇是桥梁结构的关键构件。针对锚碇的受力复杂、传力不明确特点和构造要求，采用简化计算和有限元软件计算相结合的进行分析方法，确保结构安全。

关键词：自锚式悬索桥；锚碇；结构设计

1工程实例

某自锚式悬索桥，采用了独特的锚固形式：主跨自锚，边跨地锚。该桥采用独特的缆索体系：主塔位于道路中线上，边跨缆索过主塔直接锚固在地锚上，且无吊杆；主跨缆索过主塔分别向外自锚在另一端主梁两侧，吊杆自主梁外侧与缆索相连，形成空间缆索。主跨157米，辅跨86.4米，主塔布置在横桥向中间，主跨主缆的上下节点位置的空间差异和吊杆的斜向拉力作用下，主跨主缆呈三维空间线形。边跨主缆的上下节点位置在同一平面内，且无吊杆。

由于边缆角度较大，在边跨锚固端产生了较大的上拔力，为克服该力将边跨锚碇设计为重力式锚碇。主跨将主缆直接锚固在主梁上，从而取消了庞大的地锚，设计成自锚式悬索桥。主跨岸锚固位置为两岸的平台上，主缆直接锚固于加劲梁内，下设支墩支撑主梁，主缆和吊杆呈空间索面散开。边跨地锚和主跨自锚是本工程的关键点之一。

2、边跨锚碇

2.1边跨锚碇构造

主桥边跨为克服主缆产生的上拔力，设计为钢筋混凝土重力式锚碇，锚碇顶部兼作混凝土桥面梁，锚碇通过钢—混凝土过渡段与钢箱梁相连。将主缆拉力传传递给锚碇。在锚碇中设置钢绞线，以接长张拉杆实现预应力钢绞线与主缆索股的过渡连接。

边跨锚碇及边跨锚碇体单元模型

2.2边跨锚碇设计

边跨锚碇为重力式锚碇，设计较为成熟，其受力也比主跨自锚明确，这种锚固方式很难精确计算出锚固区域的受力情况，只有根据锚体实际的受力模式，应用空间有限元对结构进行受力分析，并根据分析结果调整锚碇尺寸，使结构受力更加合理。在本次设计中采用体单元对整个锚碇作简单的有限元分析，明确锚下应力的传递和扩散。通过把体单元的应力转换为截面的内力，输出控制截面的内力数据，然后按规范进行承载力计算，并根据内力进行预应力及普通钢筋的配置。

3、主跨锚碇

3.1主跨锚碇构造

主跨为自锚端，锚固长16m高4.6m，箱形锚室采用变截面形式，宽度1.2~2.2米，主缆通过锚室直接锚固于主梁内，锚固端下采用钻孔灌注桩基础，并于散索点下方设置支承墩保证锚碇的抗倾覆稳定性。支承墩采用桩基础。

主跨锚碇及立体示意

3.2主跨锚碇的设计

主缆的拉力要通过散索区传递给混凝土，散索区是主缆的锚固端，在IP点缆索有转角，缆索密集，受力复杂，导致此处配置了较多的预应力钢筋、局部承压筋、主梁受弯、受剪、温度及构造等钢筋，配筋密集、种类繁多、混凝土易开裂，使得该部位受力不明析计。

主跨锚碇设计计算简化：假设主缆拉力作用点在后锚板的形心点，锚固端可以的简化成主缆拉力作用于端悬臂的梁格结构上，作用在锚固端的荷载主要有拉索的拉力，车辆荷载和结构的自重。求解出各杆件的内力进行配筋计算。对于锚垫板附加的几根梁格，按梁格模型的简化计算。散索区域的混凝土是主缆拉力引起的局部压力，在处钢束多，拉力大，对相邻混凝土影响大。采用有限元分析计算，分析出锚固区域的应力分布，并进行局部承压计算。对于锚垫板区域伸出支撑梁部分进行抗剪抗裂计算。对于端横梁主缆拉力产生的弯矩、扭矩、和车辆荷载产生的弯矩，按双向受弯扭计算。对配筋后的模型再次建立带有预应力钢筋的有限元模型、复核混凝土的受力，对应力较大处加强受力配筋和构造配筋。

4、结语

某自锚式悬索桥边跨和主跨锚碇设计中，该部位传力不明确，需按照不同受力方式进行配筋，导致配筋种类多，配筋率较大。对该部位构件进行简化计算及用有限元计算，保证结构安全合理。为自锚式悬索桥边跨和主跨锚碇设计提供参考和借鉴。

参考文献：

[1］颜娟自锚式悬索桥［J］.国外桥梁.2002.1

[2］张元凯，肖汝城，金成棣自锚式悬索桥的概念设计［J］.公路，2002.11