李忠忠
0 引言
吊杆锚固区结构复杂，应力集中，是控制设计的关键部位之一。在现代钢拱桥中，吊杆与拱肋的锚固形式主要采用锚箱式，即将吊杆固定在拱肋箱体内部。锚箱连接受力明确，但吊杆施工较为繁琐，当桥梁为异形结构时，该问题尤为突出。嘉定平城路横沥河桥为了解决异形结构吊杆施工的难题，吊杆与拱肋的锚固形式采用耳板式，即将吊杆锚固于拱肋外部。
耳板式锚固结构由吊杆锚头、销轴、锚固耳板等组成，传力途径为吊杆→销轴→锚固耳板→拱肋腹板→拱肋，销轴与耳板通过承压传力。本文概述横沥河桥耳板锚固构造，并对耳板销孔处接触应力进行分析。
1 横沥河桥设计概况
主桥为下承式斜跨单榀钢拱桥，拱梁分离，主拱固结于拱座，主梁及人行桥通过支座支承于主墩。主梁跨径89 m，桥宽25 m，拱梁之间设置吊杆联系，主桥立面如图1所示。
图1 横沥河主桥立面布置图（单位：m）
主拱拱轴线采用二次抛物线，跨径76 m，矢高38 m。主拱采用箱形截面钢拱，截面尺寸由拱脚向拱顶一次线性变化，拱脚截面尺寸为 3．2 m ×2．8 m，拱顶截面尺寸为 4．5 m ×1．5 m。
吊杆在主拱上锚固间距为2 m(拱轴线曲线长度)，在吊杆锚固处设置两道横隔板，间距600 mm，板厚20 mm，横隔板与吊杆平行布置。
主拱设置锚拉板与吊杆锚具耳板通过销子连接。锚拉板由两块不同厚度、不同宽度钢板焊接形成，分别为耳板和锚板。耳板厚度及宽度与吊杆锚具型号匹配，锚板厚度根据受力决定，宽度为600 mm。锚板与主拱横隔板焊接，主梁吊杆处锚板夹在两块横隔板之间，形成工字形构件。锚固立面及横断面如图2，图3所示。
图2 拱肋锚固立面图
图3 拱肋锚固横断面图
2 锚固构造设计
吊杆采用建筑工程用热铸锚吊杆，钢丝采用φ5 mm双层镀锌高强钢丝，钢丝强度等级为1 670 MPa。吊杆共采用4种型号的钢丝编束根数，分别是 5-55，5-61，5-73，5-85。吊杆上端为固定端，采用RM-Ⅲ型锚具与主拱耳板连接，下端为张拉端，采用RMV型锚具与锚箱连接。
以5-85型号吊杆为例，拱肋上对应耳板采用Q500D高强度结构钢，耳板厚53 mm;锚板采用Q345qD钢材，锚板厚30 mm。耳板外形按照1∶4渐变，并与锚板焊接。销轴直径61 mm，耳板开孔直径61．5 mm。锚固构造如图4所示。
3 弹性力学理论计算结果
根据赫兹(H．Hertz)证明的理论，椭圆接触面上最大压应力P0可按下式计算:
图4 锚固构造图
其中，a，b分别为椭圆的长、短半轴，且有:
对于两圆柱体接触面上最大压应力的计算，实际上就是接触面椭圆的长半轴a→∞，短半轴b为有限的特殊情况，表明接触面变成一个宽度为2b的无限长条带，此时由式(1)可推出如下公式:
对于均质钢材 E=E1=E2，γ1= γ2=0．3。
将R1取负值，即半径R2圆柱体放置在半径R1圆柱体内的情况，则式(2)有:
其中，P为沿柱体轴线方向单位长度上的外压力。
平城路横沥河桥耳板开孔直径 D1=61．5 mm，厚度 t=53 mm，销轴直径D2=61 mm，设计索力F=950 kN，弹性模量E=2．06×105MPa，P=F/t=1．792 ×107N/m。将这些数据代入式(3)计算可得耳板最大压应力P0=414．7 MPa。
4 有限元计算结果
结构计算采用Midas/Civil 2010，模型采用板单元进行模拟，荷载加载范围为1/4圆周范围，荷载分布按余弦曲线变化，模型加载如图5所示。
在上述荷载作用下，耳板的Mises应力如图6所示。最大Mises应力为451 MPa(圆弧接触切点)，这与理论计算结果比较接近。
图5 模型加载示意图（单位：kN/mm）
图6 耳板Mises应力（单位：MPa）
本工程有限元计算荷载加载模式根据JTJ 025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1．2．5条条文说明:“紧密接触的承压应力，以往采用轴向容许应力的0．75倍，这是基于枢轴上下接触面弯曲密贴的假定推导出来的。要达到完全密贴是不可能的，实际上只能在圆周1/4的范围内密合，如假定应力按余弦曲线变化”。
5 结语
1)嘉定平城路横沥河桥耳板式锚固结构中，耳板最大Mises应力为451 MPa，承载能力满足要求。
2)有限元计算和弹性力学计算结果比较接近，实际设计中可用该公式在前期设计中做粗略估算。
3)耳板式锚固结构中，销孔处局部应力非常大，但应力扩散较快，随着远离应力集中区，应力趋于均匀并降至较低水平。实际设计中，耳板需采用高强度结构钢，其余板件可采用一般钢材。
［1］ 严国敏．现代斜拉桥［M］．成都:西南交通大学出版社，1996．
［2］ 陈伟庆．斜拉索耳板锚固结构接触应力分析［J］．铁道建筑技术，2003(6):13-14．
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