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1、某自锚悬索桥钢混结合段应力分析天津市市政工程设计研究院张丛肖杰杨立坡摘要：钢混结合段的构造措施与设计是混合梁设计中的关键技术问题。木文以某自锚悬索桥的钢混结合段设计为例，对其结合段进行应力分析并根据计算结果对局部设计进行优化。关键词：钢混结合段；自锚悬索桥；有限元1，工程概况图1桥型布置图桥型布置为45m+168m+228m+2×45m独塔自锚式悬索桥（主、边跨比1/0.74），桥梁全长1347.43m。主跨主缆跨度为228m,矢高为18.24m;边跨主缆跨度为168m,矢高为9.94m，。主跨、边跨采用钢箱梁，锚跨采用混凝土箱梁，在
2、边、锚跨交接处采用钢混结合段进行过渡，鉴于钢混结合段的构造和受力都非常复杂，如果设计不合理,后期运营期间极易造成混凝土开裂，为全面了解结合段的受力状态，采用大型通用有限元分析程序ANSYS对木桥钢混结合段进行应力分析以优化结构设计。钢混结合段要传递轴力、弯矩与剪力，要有良好的变形协调能力，同时要考虑刚度的变化，以适应行车舒适的要求。木桥钢混结合段设于2号桥墩向主塔方向10.8m处，结合段范围钢箱梁顶、底板厚20mm，边腹板及纵隔板厚28mm，标准段钢箱梁顶板加劲肋为球扁钢，过渡段采用变高T肋，主要是考虑刚度能平稳过渡，行车过程不会出现由软到硬或由
3、硬到软的突然变化，也能降低疲劳影响；结合段内与变高T肋相对应的位置设置PBL剪力键，剪力键为2000×530×25的钢板开6排直径:60mm圆孔，穿直社20mm圆钢筋形成，以此实现钢梁和混凝土梁有效连接；此外钢梁和混凝土梁间设60mm厚钢板作为承压板，并通过剪力钉和纵向预应力与混凝土梁连接；混凝土梁在连接处10m范围内布置大量纵向预应力筋，加强连接面的结合能力，抵抗施工过程的正弯矩和使用过程活载引起的负弯矩。2,有限元模型对钢混结合段建立空间冇限元模型进行局部应力分析。根据圣维南原理，为避免边界条件对所研究梁段的影响，考虑
4、分析梁段长段近似取梁宽，使钢混结合段大致位于模型段中部，冋吋考虑梁段的边界条件特点和钢梁的节段划分，取模型梁段20m,其中，混凝土梁段3.9m,结合段2m,钢箱梁段14.1m,混凝土梁段始于梁高变化处。2.1单元类型选取考虑到有限元模型较大，单元数量较多，因此，采用对称模型，钢箱梁段采用高阶板单元shell63模拟，混凝土箱梁段采用高阶块体单元solid45模拟，预皮力钢束采用Iink8单元，采用初应变的方法模拟预应力效成。本模型共计节点88264个，solid45单元124660个，shell63单元131416个，Iink8单元2190个，共
5、计单元258266个。计算模型如图5至图7所示。2.2边界条件模拟冇限元模型边界条件为将混凝土箱梁一侧端面固结，钢箱梁一侧端面假定为平截面变形，在该截面形心位置建一主节点与截面上的所奋从节点用刚臂连接，并在此主节点施加荷载。梁体中心截面上加面对称约束。有限元模型边界条件如图8所示2.3荷载工况计算模型中采用初应变的方法施加预应力，考虑20%的预应力损失，links单元初应变为0.005723,根据全桥整体计算结果，模型节段的吊杆力为2012kN，并iL在钢箱梁侧端面施加最不利荷载组合内力（恒载内力，汽车荷载内力及温度内力组合），N=-112085
6、kN>M=16162kN·m、Q=186kN,混凝土箱梁与钢箱梁顺桥向、第一和第三主应力计算结果如下图所示。3,计算结果分析在最不利荷载作用下，混凝土箱梁侧顺桥向全截面受压，最大压应力出现在预应力钢束铺固位置，为16.9MPa，除去应力峰点，3#腹板与顶板压应力较大，基本在7.4〜9.3MPa;未张拉预应力的两道腹板主拉应力较大，基本在7.4〜8.7MPa,大于混凝土的抗拉设计强度；最大主压应力出现在预应力钢束锚固位置，基本在15.7〜17.7MPa,截面其他位置主压应力基本在1.8〜9.8MPa。钢箱梁侧顺桥向亦为全截面受压状态，
7、顶板最大压应力为88.3MPa，底板最大压应力为56.4MPa;除去局部应力集中点，整个钢箱梁节段第一主应力大小在-2.3MPa左右；顶板主压应力基本在-8.38〜-55.8MPa,底板主压应力基本在-55.8~-27.9MPa，变高T肋第三主应力大小和底板相当。2,结论与建议分析以上计算结果发现，最不利荷载作用下混凝土箱梁未张拉预应力的两道腹板主拉应力较大，基本在7.3〜8.7MPa（见图10）,不满足规范要求，该部位的结构设计主要有以下两个特点。1，该两道腹板位置均未设置腹板束（见图4）;2,主拉应力较大的两道腹板在钢箱梁侧未设置相应钢纵隔板
8、（见图3）。在该种型式的结构条件下，当钢箱梁侧传来较大的轴向压力时，该轴力通过钢箱梁的顶底板、边腹板以及纵隔板传递给混凝上箱梁，混凝土内
