预应力混凝土空心桥塔锚固区受力特点研究

预应力混凝土空心桥塔锚固区受力特点研究

周景新

黑龙江省北龙交通工程有限公司

摘要：当今的社会发展中，大跨度斜拉索桥、预应力混凝土连续梁桥的施工越来越常见，由于这些桥梁结构普遍存在着预先设置应力，从而使得结构整体性、功能性以及耐久性得到有力保障，为工程日后功能的发挥打下坚实的基础。本文从预应力混凝土概念和特点入手分析，结合实际工程案例阐述了其锚固区受力特点，并进行了深入的研究。

关键词：预应力混凝土；桥塔；锚固区；应力分布

无中间衡量的预应力混凝土空心桥塔是当今桥梁建造工程中较为常见的一种，它以施工方便、构造简单、节省工程施工量的优势受到社会各界人士的认可，但是在施工的过程中因为拉锁锚固区域的受力繁琐、预应力平衡强大的拉锁水平的影响，使得整个工程在施工中还存在着显著的问题和缺陷，为此在施工之初有必要针对预应力混凝土空心桥塔的受力特点进行分析和研究。

一、预应力混凝土概述

混凝土斜拉桥索塔是混凝土桥梁工程施工建设的主要结构，它通常都是采用预应力混凝土为主进行施工，同时在强大的索力、预应力、拉力的共同作用之下，索塔锚固区域的受力十分的复杂，因此在工程施工建设中针对预应力混凝土结构的概念和特点为基础，进行深入分析，这对于保证结构的整体性和完善性有着至关重要的意义。

1、预应力混凝土概念

所谓的预应力混凝土主要指的是在混凝土施工之前在其中施加压力，由此产生预应力状态从而迎来减少或者抵抗外来荷载引起的混凝土结构变形和拉应力，也就是在工作中借助混凝土较高的抗压强度来弥补混凝土结构中存在的抗拉强度不足的缺陷，从而达到推迟混凝土结构开裂的目的。在当今的建筑工程施工中，预应力混凝土是最为常见的一种，它的应用有效的促进了建筑事业的发展，为社会经济的进步奠定了扎实的基础。

2、预应力混凝土特点

在当今的桥梁工程施工建设中，预应力混凝土结构是作为常见的，截至目前的工程施工建设中，常见的预应力桥梁工程包含了预应力悬索梁桥、预应力连续梁桥、预应力连续箱梁桥等，这些桥梁结构的出现为预应力混凝土施工技术的完善打下了坚实的基础，也为预应力混凝土技术的发展提供了优质保障。在现阶段的社会发展中，预应力混凝土技术的应用主要在于采用高强度预应力筋来控制混凝土裂缝的出现，使得混凝土结构整体性得到可靠的保证，同时在预应力状态下的混凝土构件也能够得到有效的控制。在目前的预应力混凝土工程施工中，常见的预应力混凝土结构主要包含有全预应力混凝土结构、部分预应力混凝土结构和无粘接预应力混凝土结构。

二、预应力混凝土空心桥塔锚固区域的受力分析

近年来，伴随着社会经济的飞速发展和城市建设进程的不断加快，道路工程事业的飞速发展促使了越来越多的大跨度、复杂的桥梁工程出现，这些桥梁工程的使用不仅为社会经济的发展提供了安全优质保障，同时为交通事业的进步指明了新方向。混凝土斜拉桥索塔是目前最为常见的桥梁结构，它通常都是以预应力混凝土为主的，其在细部构造以及预应力钢束分析的过程中都有着极为重要的意义。在施工的过程中我们必须要采用先进技术和方法来进行严格的控制。

1、混凝土空心桥

所谓的混凝土空心桥主要指的是通过预应力混凝土空心板梁桥实桥破坏性试验，分析了这类桥梁的挠度和应变的变化规律，以及裂缝发展过程，并比较了桥梁破坏试验前后的荷载试验结果，从而为预应力混凝土梁桥的极限状态研究和承载能力评估提供依据。

2、工程实例分析

某大桥在施工建设的过程中是以公路、铁路两用为主的矮塔斜拉杆桥梁结构，在施工的过程中，其主塔拉锁区域的混凝土为预应力混凝土箱型结构，单相式截面为主。在本工程施工建设的过程中，因为中间设置了横梁结构，且在预应力的强大拉索索力的作用之下产生了极为复杂和繁琐的预应力传递状况，这就使得整个混凝土构造变得十分的繁琐。为研究主塔锚固区的应力分布规律，为设计提供依据，对某大桥主塔锚因区进行了足尺模型试验。模型平面尺寸与实际结构完全相同。在高度方向截取-一个索距（1.2m），其制作工艺按实桥的工艺要求进行。

模型试验不仅测试了混凝土表面的应力分布，而且在混凝土内部布置了测点，测试了混凝土内部的正应力和剪应力。由于结构的对称性，仅取模型的1／4进行描述。并用虚线将其划分成A、B、C三个区域，顺桥向为x方向，横桥向为y方向。

三、模型的应力分布

1、σx的分布

实测的σx在模型上表面的分布为：A区为塔的侧壁，表现为明显的拉弯组合应力特点，内角点处的应力梯度很大，相对A侧壁区而言，锚固壁上B区的2向正应力常常受到忽视。试验结果表明：锚固壁从内侧到外侧，σx逐渐以拉应力变为压应力，拉索索孔范围内的应力较为均匀，外侧壁应力很小，在塔角C区域，最大拉应力沿斜向分布。

2．σy的分布

实测的σy在模型上表面的分布，表现为明显的弯曲应力特征。在锚固壁B区外侧，拉应力数值十分巨大，最大值达21．06MPa.设计者在该区域布置了36根Φ32预应力粗钢筋，形成强大的预应力是非常必要的。

3剪应力τxy的分布

实测结果与理论计算均表明拉索的水平分力通过平行于拉索的竖直面传向侧壁，在该竖直面内，τxy及τyz均很小，而τxy则很大。由于τyz的分布十分复杂，用有限的实测值很难描述其分布规律，因此进行了详细的计算，并将实测值与理论值进行对比分析，进而描述剪应力τxy的分布特点。

由此可以描述剪应力τxy的分布特点如下。剪应力τxy从锚下开始成喇叭状沿斜向向角点方向传递，最大值传至内梗肋后，喇叭口逐渐收拢。离拉索锚固区较远的截面，剪应力分布较均匀。因此。可以认为，在索塔锚固区，剪应力成复杂的空间分布，在不同的高度上、最大剪应力出现的平面位置并不一样。设计工程师应该充分考虑剪应力的这种特殊分布形态。

4最大主拉应力

模型混凝土表面的主拉应力分布，其最大值出现在锚固壁中线外侧及侧壁靠内梗肋处，在锚固壁外侧，σ1与σy的分布十分相似；在侧壁上，σy则与σx分布相似，且数值相差不大，由此说明。只要有效地控制σx及σy就能有效地控制主拉应力。

5、模型与原型的比较

用有限元方法对模型和原型沿索孔方向的应力分布进行了详细分析。在相同的坐标系下，二者沿索孔方向的应力分布规律一致。在相同的荷载作用下，原型应力略小于模型应力。

四、结语

通过以上分析可知：无中间横梁的预应力混凝土空心桥塔拉索锚固区的剪应力呈空间形态分布，其最大主拉应力的控制点在锚固壁中线外侧及侧壁靠梗肋处。模型试验能够真实反映原型的受力特点，其试验结果对于类似结构的设计具有重要的参考价值。

参考文献：

[1]姚建军，刘孝辉，李琦，汪宏，李军.忠县长江大桥索塔锚固区模型试验与裂纹预测[J].桥梁建设.2009（02）

[2]李兴华，安群慧，王戒躁.芜湖长江大桥索塔锚固区模型试验研究[J].中国铁道科学.2001（05）