南京长江二桥南汊主桥锚箱式索梁锚固结构试验研究

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1、南京长江二桥南汊主桥锚箱式索梁锚固结构试验研究 时间:2003-11-01作者:刘庆宽出处:中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十四届年会论文集      南京长江二桥南汊主桥锚箱式索梁锚固结构试验研究  刘庆宽张强陈伟庆强士中  （西南交通大学桥梁与结构工程系）【摘要】南京二桥南汊主桥的斜拉索与主梁锚固采用锚箱结构，这种结构板件连接复杂，受力集中，有必要掌握结构及附件区域的应力大小及分布，文章通过模型试验，对这一问题进行了研究，得出了一些有益的结论。【关键词】斜拉桥索梁锚固锚箱应力分析一、概述   南京长江二桥南汊斜拉桥的斜拉索与主箱梁

2、的锚固采用锚箱式结构，即在箱梁的边腹板上顺索向焊接锚箱，箱底板开一圆孔，斜拉索穿过锚箱共锚固在底板上（如图1所示）。这种锚固结构在国内的大跨斜拉桥中是首次使用，国外可以借鉴的资料也不多。该结构锚箱处板件较多，连接复杂，索力较大，是控制设计的关键部位，掌握斜拉索拉力通过锚箱，如何影响锚箱附近梁体中的应力分布是十分必要的。但该区域通过理论分析和计算都难于准确反映其真实的应力分布情况。为此．针对南汊大桥锚箱式锚固结构进行了静载模型试验。二、试验目的   在最大斜拉索索力和1.7倍最大索力作用在锚箱上时：   （1）研究锚箱处箱梁各板件，尤其是斜

3、腹板的应力大小及分布情况；   （2）研究锚箱各板件的应力大小及分布情况；   （3）研究锚箱与钢箱梁斜腹板连接的传力途径；   （4）研究锚箱各板件的连接可靠性；   （5）研究锚箱和腹板的连接可靠性；   （6）研究索梁锚固区域的承载能力及其在1.7倍最大索力作用下的安全储备；   （7）检验锚箱式索梁锚固结构设计的合理性、安全性。三、试验模型、加载方法和试验荷载   本项研究试验是为了得出斜拉索与主梁锚固的锚箱及其附近的应变和应力分布情况，为此对索梁锚固区域进行了细致的分析，找出尽可能反映实际设计桥梁在该区域应力分布情况的试验结构。

4、根据试验模型设计的一般原则和南京长江二桥南汊大桥设计图纸以及西南交通大学工程结构试验中心的情况，由南京长江二桥建设指挥部、中交公路规划设计院和西南交通   大学共同确定了试验研究方案，锚箱式索梁锚固区域静载试验研究对象为1：1的试验结构，如图2所示。该试件是在实际设计桥梁的J20梁段锚箱区域取出部分结构，并在对应力分布没有显著影响的前提下做局部修改。试件与实际设计桥梁锚箱区域的差异是：顶板、底板的"U"形加劲肋变更为钢板加劲肋。   试件由铁道部宝鸡桥梁厂制造。   模型主体钢材为16Mnq钢，底座（包括反力支座）及顶板上的吊钩钢材为16

5、Mn钢。   在焊接工艺方面，模型板件之间的定位焊用直径为φ4的E5015焊条，无预热；埋弧焊采用CO2气体保护焊或手工电弧焊，底座部分用的焊条为φ1.2的ER50-6型，焊接位置为平角焊，锚箱部分用的焊条为φ5的E5015型，角焊缝抗拉、抗压、抗剪强度均为200MPa。焊接位置为平焊。   将斜拉索的拉力用两个500t千斤顶对圆形垫板的压力来代替，反力作用在模型底座的斜向垫板上。钢箱梁的桥梁纵向轴力用模型上方的千斤顶的向下推力来代替，反力作用在加载刚架上。中交公路规划设计院提供的最大设计索力为530t，轴向压力为330t。根据试验室具体

6、情况，确定试验荷载及工况情况见表1。   工况Ⅰ荷载值的4倍对应于最大设计索力作用时，J20索两端主梁上的轴力和最大设计索力沿桥轴向的分力相互平衡的状态。工况Ⅱ对应于1.7倍最大索力作用时，锚箱各构件的应力分布及安全储备。其中F2由于试验加载设备等情况限制，并未按实际比例加载到1.7倍轴向压力（561t），而是加载到127.6t。四、模型应力分析1.构件最大应力分析   在分析中做以下假设：   （1）根据测得的应变值计算应力时，如果应力值低于钢材的屈服强度，则应力值为计算值；如果高于屈服强度，则应力值为屈服强度。2）板件的强度由测得的最

7、大应力控制。   表2和表3是各构件的最大应力值数据。其中N4（外）表示锚箱外侧的N4板，N4（内）表示锚箱内侧N4板，N5（左）表示面对锚箱时，锚箱左侧的三块地板N5板，N5（右）表示锚箱右侧的三块N5板。表中测点位置参照图3。   根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86），16Mnq钢的容许拉、压应力均为200MPa，屈服强度为345MPa，由第四强度理论，等效应力不大于容许拉压应力为强度条件，对上述各点进行判断。工况I下，只有测点15的等效应力大于容许强度，为237.4MPa，其余各板件的最大应力值均小于容许强度

8、。   在工况Ⅱ下，当荷载加至设计荷载的80％，测点15的等效应力已经达到202.6MPa，超过容许强度，其余各板件应力均未达到容许强度；荷载1.0倍设计荷载时，还是只有测点15的等效应力超过