某悬索桥索夹空间受力分析

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1、58世界桥梁2015，43(5)某悬索桥索夹空间受力分析陈国红，刘文。宋晓莉。黎志忠(1．山东省交通规划设计院，山东济南250031；2．四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川成都610041)摘要：桃花峪黄河大桥主桥为双塔自锚式钢箱梁悬索桥，索夹采用上下对合的销接式结构，由上半部、下半部(含耳板)及螺杆等构成。为了解该桥主缆一索夹构造的受力特性，选取典型索夹为研究对象，采用ANSYS建立主缆与索夹空间局部有限元模型，对索夹各板件的受力状况、应力扩散规律进行分析研究，并与简化公式结果对比验证。结果表明：在不利荷载作用下，该桥索夹各钢构件应力均满足规范要求，应力在各板件问传递流畅；上半

2、部索夹圆弧段环向拉应力与简化公式计算结果吻合较好；主缆与上半部索夹圆弧段接触面压应力约为简化公式计算值的85，主缆与下半部索夹接触面压应力沿主缆方向分布明显不均匀，呈“V”形分布，设计时应考虑其不利影响。关键词：悬索桥；主缆；索夹；受力分析；VonMises应力；径向应力；环向拉应力；有限元法中图分类号：U448．25；U443．37文献标志码：A文章编号：1671～7767(2015)05—0058—051前言杆夹紧于主缆上，接缝处嵌填橡胶防水条防水。索悬索桥的桥面荷载通过吊索和索夹传递给主夹材料为牌号ZG20Mn的低合金钢铸件，壁厚为4o缆，索夹的传力及受力特性直接关系全桥运营状况，r

3、llm，内径为403mm，螺杆材质为40CrNiMoA。是设计的关键部位之一_1]。常用的索夹形式有水皇亘平对合型和上下对合型，水平对合型索夹一般应用于骑跨式吊索，上下对合型索夹一般应用于销铰式吊索。目前，索夹的设计计算基本沿用国外成果，采用简化公式对索夹抗滑移及索夹拉应力进行验算，取较大的安全系数来满足结构安全度]。为更好地掌握索夹的局部受力特点，本文依托桃花峪黄河大桥主桥工程，对吊索索夹进行局部空间有限元分析，分析该桥索夹的传力特点及受力特性。2工程概况l1．单位：lIlIl武西高速桃花峪黄河大桥位于郑州市西北，于郑州市与焦作市交界处跨越黄河。主桥为(160+图1典型索夹构造406+1

4、60)m双塔自锚式钢箱梁悬索桥，主缆采用高强度镀锌钢丝预制平行索股，每根主缆由37根索3数值计算模型股组成，在中跨的矢跨比为1／5．8。吊索基本间距选取中跨某索夹为研究对象(见图1)，该索夹为13．5In，桥塔两侧的吊索距桥塔中心线14m，两长1250mm，共布置有12根螺杆，螺杆间距为210侧边跨分别设置10对吊索，中跨设置29对吊索。mm，索夹倾角为24．416。。采用ANSYS建立局部吊索采用平行钢丝吊索，每个吊点设2根吊索。索空间有限元模型，索夹、主缆采用实体单元夹采用上下对合的销接式结构(见图1)，由上半部(Solidi86)模拟，主缆与索夹间采用接触单元模拟，索夹、下半部索夹(

5、包括耳板)及螺杆等构成，通过螺接触单元的摩擦系数取0．15[5]。悬索桥主缆由多收稿日期：2015—06—01作者简介：陈国~~(1983一)，男，工程师，2005年毕业于长沙理工大学公路与城市道路工程专业，工学学士，2009年毕业于同济大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士(E—mail：chengu0h0ng1q@126．corn)。60世界桥梁2015，43(5)处(A点)主缆径向压应力约一12．5MPa，与简化计比较图5及图6可知，吊索索力是引起下半部算公式结果比较接近；下半部索夹内侧底面处(B索夹侧主缆外表面径向压力分2布o不均匀咱吨的圳根本原珈点)主缆径向压应力约一15．7MPa；上

6、、下半部索夹因；此外，吊索索力也降低了约1O的上半部索夹结合处(C点)压应力约一18．5MPa；下半部索夹下侧主缆外表面径向压应力。表面圆弧渐变处(D点)压应力约一5．0MPa。螺杆预紧力与吊索索力共同作用下，上、下半部螺杆预紧力与吊索索力共同作用下，3／4索夹索夹侧主缆外表面平均径向应力沿主缆方向分布如处(Z-0．94m)主缆外表面径向应力分布如图5所示。图7所示。垒＼上毯坐匠部索露夹恒侧螺一0．183e+08—0．149e+08—0．116e+08—0．816e+07-0．478e+07-0．166e+08-0．132e+08—0．986e+07—0．647e+07—0．308e+07

7、图7螺杆预紧力与吊索索力共同作用下，上、下半部累单位：Pa夹侧主缆外表面平均径向应力沿主缆方向的分布图5螺杆预紧力与吊索索力共同作用下，3／4索夹处由图7可知，上半部索夹侧主缆径向平均应力主缆外表面径向应力分布约为11MPa，与上半部索夹内侧顶点应力(图6中由图5可知，在螺杆预紧力和吊索索力共同作A点)非常接近，为简化公式计算值的85；下半部用下，3／4索夹处主缆外表面径向压力在下半部索索夹侧主缆径向平均应力沿主缆方向呈