在索梁錨固區(qū)域，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力集中，是控制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位。掌握斜拉索的錨頭以及與鋼箱梁連接附近的應(yīng)力分布情況是十分重要的，然而目前的理論分析和計(jì)算能力都難于反映真實(shí)的應(yīng)力分布情況，為此，有必要進(jìn)行試驗(yàn)研究。
斜拉橋的索梁錨固方案之一采用耳板式結(jié)構(gòu)，即在箱梁的邊腹上用高強(qiáng)螺栓固定耳板，板上開(kāi)一圓孔，斜拉索通過(guò)銷子錨固在耳板的圓孔處。在受力方面，斜拉橋的巨大索力通過(guò)銷子以接觸應(yīng)力的形式傳遞給耳板，并進(jìn)一步傳遞到腹板上。（下面分別通過(guò)模型試驗(yàn)和有限無(wú)計(jì)算方法對(duì)該區(qū)域的應(yīng)力進(jìn)行研究，為設(shè)計(jì)、制造這一新型結(jié)構(gòu)提供試驗(yàn)依據(jù)和理論依據(jù)）。
2 模型試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)?zāi)康?br />
最大斜拉索索力作用下和1.7倍最大索力下兩種工況：研究斜拉索索力作用在耳板上時(shí)，耳板的應(yīng)力分布尤其是耳板孔周的應(yīng)力分布；研究耳板與鋼箱梁斜腹板連接的傳力途徑。
2.2 模型設(shè)計(jì)
根據(jù)方式目的，通過(guò)對(duì)索梁錨固區(qū)域進(jìn)行細(xì)致的分析，找出盡可能反映實(shí)際設(shè)計(jì)橋梁在該區(qū)域應(yīng)力分布情況的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，在受力最大的J20號(hào)（江側(cè)20號(hào)）索與箱梁錨固處分割出部分結(jié)構(gòu)，該索與主梁夾角為26°。在對(duì)應(yīng)力分布不產(chǎn)生明顯影響的前提下作局部修改，根據(jù)相似條件，設(shè)計(jì)了1：2試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，如圖2-3-1所示。
圖2-3-1
2.3 模型制作及加載方案
模型由鐵道部寶雞橋梁廠制造。焊接工藝盡可能與制造實(shí)橋的一致。耳板材料為0.7MnCrMoVR鋼，屈服強(qiáng)度為510MPa,極限強(qiáng)度為630MPa。 圖2-3-1 鋼箱梁索梁錨固1：2試件示意圖
由中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院提供的試驗(yàn)節(jié)端荷載為：索力619.5t,兩端軸力分別是364.0t和－185.6t。由這個(gè)荷載值根據(jù)相似原理計(jì)算得1：2模型設(shè)計(jì)荷載見(jiàn)表2-3-1，模型加載如圖2-3-2所示。
圖2-2 試件加載示意圖
1：2模型設(shè)計(jì)荷載（單位：t） 表2-3-1
3試驗(yàn)結(jié)果分析
1.0倍和1.7倍設(shè)計(jì)荷載下各構(gòu)件的最大應(yīng)力值見(jiàn)表2-3-2。
可以看出，耳板上的應(yīng)力遠(yuǎn)大于其他構(gòu)件上的應(yīng)力。下面重點(diǎn)對(duì)耳板進(jìn)行分析。
1.0倍和1.7倍設(shè)計(jì)荷載下各構(gòu)件的最大應(yīng)力值（Mpa） 表2-3-2
1.0倍設(shè)計(jì)荷載下耳板最大壓應(yīng)力和等效應(yīng)力分別如圖2-3-3和圖2-3-4所示，圖中數(shù)字中心為貼應(yīng)變片的位置，“O”表示螺栓，“X”表示應(yīng)變片失效。
分析圖2-3-3、圖2-3-4和試驗(yàn)結(jié)果，可以提出以下幾點(diǎn)：
圖2-3-3 1.0倍設(shè)計(jì)荷載下耳板最大壓實(shí)力分布（Mpa）
圖2-3-4 1.0倍設(shè)計(jì)荷載下耳板等效應(yīng)力分布（MPa）
3.1 耳板在腹板以上部分的應(yīng)力比在腹板以內(nèi)部分大，因?yàn)樗髁ο蛳聜鬟f過(guò)程中，有一部分通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接的摩擦面?zhèn)鬟f到腹板上，變成耳板和腹板共同受力的緣故。
3.2 最大壓應(yīng)力發(fā)生在銷子與耳板沿索力方向相接觸的位置，即圓孔右上方與水平線成26°角的地方，并且沿26°角方向一排測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力最大，向兩側(cè)衰減。最大壓應(yīng)力值為286MPa，最大等效應(yīng)力為352MPa。此值是在所有測(cè)點(diǎn)中的最大值，不一定是耳板上實(shí)際的最大實(shí)力值。由于耳板不受集中力，應(yīng)力不會(huì)有突變，因此實(shí)際最大應(yīng)力應(yīng)發(fā)生在最大值測(cè)點(diǎn)附近，且真實(shí)值應(yīng)比測(cè)點(diǎn)最大值大，從應(yīng)力增大的趨勢(shì)看，實(shí)際最大應(yīng)力應(yīng)發(fā)生在圓孔右上方26°角處的孔壁上。
3.3在圓孔下方螺栓上方，應(yīng)力分布相對(duì)均勻，規(guī)律為向遠(yuǎn)離圓孔方向遞減，至板的兩邊緣處減小為零。
3.4 在耳板與腹板通過(guò)螺栓栓接的摩擦面上應(yīng)力分布規(guī)律為摩擦面周邊的應(yīng)力相對(duì)較大，中部相對(duì)較小。
3.5摩擦面上邊緣橫向每個(gè)螺栓孔處受力規(guī)律為向右水平方向遞增，縱向向下遞增。
3.6 從外荷載變化的角度來(lái)分析耳板的應(yīng)力變化，得出在材料的線彈性范圍內(nèi)，耳板的應(yīng)力并不隨著荷載按比例地增長(zhǎng)，當(dāng)外荷載從1.0倍設(shè)計(jì)荷載增大到1.7倍設(shè)計(jì)荷載時(shí)，除去耳板右下角應(yīng)力增長(zhǎng)率長(zhǎng)于1.7外，總體規(guī)律為應(yīng)力大的地方應(yīng)力增長(zhǎng)率大，接近或超過(guò)1.7，應(yīng)力小的地方應(yīng)力增長(zhǎng)率小于1.7。這種情況對(duì)耳板受力是不利的。
4 有限元計(jì)算
在橋的縱向取24m長(zhǎng)，包括6個(gè)節(jié)間的梁段，鑒于鋼箱梁和索關(guān)于橋軸對(duì)稱，在橋的橫向取箱梁的一半，利用有限元計(jì)算程序ALGOR，采用板殼單元建立計(jì)算模型，運(yùn)用程序進(jìn)行計(jì)算。耳板的最大壓應(yīng)力等值線分布如圖2-3-5所示。
圖2-3-5 耳板最大壓應(yīng)力等值線分布圖
比較上圖和圖2-3-3可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力分布規(guī)律基本一致。捕捉圓孔旁邊單元格的節(jié)點(diǎn)，耳板上的最大應(yīng)力在圓孔右上方邊緣與水平線成26°角的部位，值為350MPa。因?yàn)橛?jì)算模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪吔鐥l件有區(qū)別，因此兩者數(shù)值結(jié)果會(huì)有一定的差異。
5 結(jié)論
5.1 耳板上最大壓實(shí)力位于銷子與耳板沿索力方向相接觸的位置，耳板上沿索力方向一排測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力較大，向兩方衰減。試驗(yàn)測(cè)得最大壓應(yīng)力值為286MPa；耳板與腹板栓接的摩擦面上邊緣出現(xiàn)應(yīng)力較大，中部應(yīng)力較??；耳板上應(yīng)力的增長(zhǎng)與荷載的增長(zhǎng)不成比例，應(yīng)力越大的地方應(yīng)力增長(zhǎng)越快。
5.2 通過(guò)將試驗(yàn)結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果相比較，兩種方法得到了應(yīng)力大小及分布規(guī)律基本一致，說(shuō)明試驗(yàn)方案可行，試驗(yàn)結(jié)果可靠。
5.3 在大跨徑斜拉橋中，耳板式錨固結(jié)構(gòu)的耳板銷孔在銷軸的擠壓下產(chǎn)生巨大的局部應(yīng)力，其抗壓強(qiáng)度不易滿足設(shè)計(jì)要求，如果采用這種錨固方式，耳板的材料應(yīng)采用強(qiáng)度較高的鋼材，且銷孔周圍須作局部加強(qiáng)。
5.4 由于耳板銷孔周圍存在較高拉壓應(yīng)力，作為特大型結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵傳力點(diǎn)，其細(xì)節(jié)構(gòu)造應(yīng)充分考慮疲勞耐久性要求。
