范 炜
（老河口市交通运输局 湖北 襄阳 441800）
【摘 要】锚拉板作为斜拉桥索梁锚固区的主要受力构件，对控制全桥受力起关键作用。本文对实体斜拉桥索梁锚固区锚拉板进行有限元数值模型研究，得出了锚拉板受力分布规律，可为今后类似研究提供参考。
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关键词 斜拉桥；锚拉板；有限元分析；受力性能
斜拉桥作为现代桥梁的主要形式之一，在现代桥梁建设中具有不可替代的地位。自从1956年瑞典建成第一座现代斜拉桥-Stromsund桥以来，现代斜拉桥就以其良好的结构性能、较大的跨越能力、合理的经济指标以及优美的建筑造型在现代桥梁结构中占据重要地位。斜拉桥的上部结构是由梁、索、塔三个主要部分组成，它是一种桥面体系以加劲梁受压或受弯为主，支撑体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。
1. 斜拉桥索梁锚固区的连接方式?
（1）斜拉桥钢梁与索的连接方式主要有以下几种型式：锚箱式(锚固梁或锚固块)、锚管式、耳板式(销铰式)以及锚拉板式。
（2）锚拉板连接是将钢板作为锚拉板，在锚拉板上部开槽，槽口内侧焊于锚筒外侧，斜拉索穿过锚筒并用锚具锚固在锚拉筒底部：锚拉板下部自接与主梁上翼板焊接。锚拉板中部除了满足安装锚具的空间需要之外，还需连接上、下两部分。为保证索力均匀地传给主梁，与锚拉板连接区域的主梁上翼板应当加厚，钢主梁腹板增设加劲板。锚拉板式锚固结构由承压板、锚拉筒、锚拉板、加劲板及加强板组成。锚拉筒与锚拉板通过焊缝连接，锚拉板接焊在钢梁顶板加强板上，正下方是腹板，锚拉板上还焊有加劲板。斜拉索穿过锚拉筒，锚固在锚拉筒的承压板上。传力途径为：斜拉索→锚拉筒→锚拉板→钢箱梁。锚拉式锚固结构构造简单，传力路径明确，施工方便。
2. 工程实例有限元分析?
2.1 工程实例。
某大桥为双索面斜拉桥，斜拉索呈分布扇形布置，主桥长719米，主跨332米，桥跨布置为45.5+148+332+148+45.5米，。斜拉索和钢主梁的锚固采用锚拉板式锚固。锚拉板结构主要由锚拉板、4 块加劲肋、锚拉管及锚座支承板组成。锚拉板通过焊接与钢主梁顶板连接。钢主梁顶板为Z向钢板，其厚度方向（Z向)性能应满足Z35，以便于连接。锚拉板锚固方式具有受力明确、节约钢材、施工维护方便以容易保证质量的优点，因而国内外均有一些应用实例。但目前采用该类连接方式在斜拉桥中仍然较少，加之该桥索力巨大，全桥的重量和作用均系于锚拉板上的焊缝。该锚拉板受力十分复杂，对其纯理论上的应力应变分析几乎是不可能的，甚至对局部构件的应力应变分布特征进行理论上的判断有时也相当困难， 这就要求进行力学模型试验。而随着科技的发展，特别是有限元理论及软件的飞速发展，为工程界分析复杂的受力结构为弥补模型试验随机性大、成本高、周期长的缺陷提供了强大技术支撑。?
2.2 有限元分析。?
（1）有限元法作为分析复杂结构的有效方法，其基本思想是对一个连续的结构体进行分割，得到有限个离散的单元，这些单元按照一定的方式相互联结在一起模拟被分析的结构对象，每个单元均有特定的节点组合方式。因此，整个被分析对象可以看成是由有限个节点相互连接生成单元再组合而成的体。在此基础上，再对其中的单元和材料参数进行定义，对节点施加约束函数，载荷函数等操作，再通过求解器求解获取目标量，如节点单元的自由度，应力，应变，电荷等等物理量，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题，以满足纯理论研究难以解决的问题。ANSYS 软件作为典型的有限元分析工具，是集结构、热、流体、电磁场等分析于一体的大型通用有限元分析软件，在机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑等众多领域有着广泛的应用。因此本文采用ANSYS有限元软件对锚拉板进行建模分析。?
（2）建立有限元模型关键是选取合理的应力-应变关系。常用的有以下一些简化模型： 理想弹性、理想刚塑性、刚线性强化、理想弹塑性、弹-线性强化。为了使模型能够求解塑性问题，除了对材料的塑性行为作必要的假定之外，本文根据不同的问题对实际材料特性作不同的简化。为了考虑钢材的强化特性和材料的非线性，本文选取弹-线性强化模型， 考虑1.2%强化。锚拉板模型采用ANSYS有限元建模单元选用3-D结构固体单元SOLID45。SOLID45单元是三维实体单元，该单元单元通过8个节点来定义，每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。工程上主要关注其在荷载作用下的变形（挠度）及应力各分量等。对于实体结构的变形，可以直接通过ANSYS中的位移来获得，而应力各分量，包括S：X， Y， Z， XY， YZ， XZ，主应力分量S：1， 2， 3，等效应力S：EQV，都可以在后处理中绘制等值线图，便于观察，因此锚拉板的建模采用SOLID45单元。?
2.3 结果分析。
根据实体结构建立的有限元模型加载后，结构分析计算的整体应力分布如图2所示。图1(a)-(c)分别展示了第一主应力，第三主应力及mises应力最大值。由图可以看出，在纵梁腹板有一小区域应力分布相对集中而其它部位（包括热影响区）应力值较小，均在设计强度以内；锚拉板在与锚拉筒相连焊缝根部处最大应力值已超材料屈服极限，出现应力集中现象；第一主应力，第三主应力及mises应力最大值均不一样，但三者的应力影响的区域基本相同，都集中在锚拉筒与钢梁的连接处；另外，锚拉筒自身应力较大，与钢梁连接处根部应力相当，因此，锚拉筒的强度设计应该作为锚拉板设计的关键控制部位。
3. 结论?
（1）本文通过对锚拉板实体进行有限元建模分析表明，锚拉板纵梁腹板有一小区域应力分布相对集中而其它部位应力值较小；
（2）锚拉板在与锚拉筒相连焊缝根部处最大应力值已超材料屈服极限，出现应力集中现象；?
（3）锚拉筒自身应力较大，锚拉筒的强度设计应该作为锚拉板设计的关键控制部位。?
（4）有限元建模分析可以弥补模型试验随机性大、成本高、周期长的缺陷，在设计实验模型或者施工前可以起到预知结构的危险区域以便采取预防措施，为工程试验或建设提供有益参考。
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参考文献
［1］ 任伟平，强士中，李小珍，李俊.斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构传力机理及疲劳可靠性研究［J］.土木工程学报.2006(10)：68～73.
［2］ 李小珍，蔡婧，强士中.大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较研究［J］.土木工程学报，2004，37(3)：73～78.)
［文章编号］1006-7619（2015）07-10-872
