人行斜拉桥销铰连接受力特性分析
摘要：斜拉桥的销铰耳板锚固形式构造简单、传力直接明确，为较多钢箱梁斜拉桥设计所采用，尤其应用于人行斜拉桥当中。以东平河景观步行桥销铰耳板锚固为例，描述东平河景观步行桥销铰耳板的构造。阐述人行斜拉桥销铰耳板连接的计算分析方法。并对结果进行分析，提出建议。
关键词：人行桥，斜拉桥，销铰锚固，耳板
1. 引言
随着人们对桥梁审美要求的提高，结构轻盈、跨度大、形式多样的缆索支撑体系桥梁越来越多得被应用到人行桥的建设中。在缆索支撑体系桥梁中，索梁的锚固由于受力和构造复杂，一直是控制设计的关键部位，是保证结构安全的重要一环。索梁锚固主要有锚箱式连接、锚管式连接、锚拉板式连接和耳板式连接，其中耳板式连接由于构造简单、传力途径明确、施工方便，为人行斜拉桥主要的索梁锚固形式。本文结合东平河景观步行桥的索梁锚固形式的设计，阐述销铰耳板受力特性分析的方法。
东平河景观步行桥桥梁全长655米，共一联，跨径布置为50+60+65+305+65+60+50米，桥宽8米。结构形式为双塔单索面曲线梁斜拉桥。主梁采用单向圆弧的平面线形，圆弧半径为600m，主跨主梁采用钢箱梁，边跨采用混凝土箱梁。桥塔采用薄壳结构。全桥共48根斜拉索，拉在主梁南北两侧，呈反对称布置。拉索与主梁连接采用销铰耳板形式。
2. 受力特点
耳板锚固由斜拉索、销铰连接件、锚固耳板和补强板所组成。从传力途径上看，索力由斜拉索→销铰连接件→销铰耳板→钢梁的腹板（横梁、顶板）→钢箱梁，传力途径简单明确。耳板应力分布与销轴耳板接触应力大小是耳板锚固合理设计的关键。下面利用弹性力学理论分析及有限元分析来验证东平河景观步行桥耳板锚固的合理性。
3. 理论计算
3.1耳板接触应力计算
a.耳板销孔内壁接触应力
斜拉索销铰耳板与销轴之间的接触应力解法为赫兹（H.Hertz）接触问题，由文献[1]可以得出两个圆形截面接触应力为：
式中，、为耳板孔与销轴的半径，E为弹性模量，为接触面上沿纵向单位长度所受的压力，为理论接触的半轴长，为销轴接触的最大压应力。
东平河景观步行桥耳板如图[3]所示，在此耳板式锚固结构中，销孔内径D1=130mm，销轴外径D2=129.5mm（按最大公差考虑），耳板厚t1=30mm，一个补强板厚t2=20mm，取设计索力P=2200kN进行验算，两种材料的弹性模量均为E=2.06×105Mpa，R1=65mm，R2=64.75mm，=P/t=2200×103/0.07=3.14×107N/m描述，计算可得最大应力=259Mpa。
b.风荷载作用下的疲劳应力幅
斜拉索由于受到风雨振的影响，设计时应考虑风荷载作用下的疲劳问题。将拉索上施加风荷载，即可得到风荷载在耳板处的作用力。东平河景观步行桥在此处作用于耳板的风力为N=28kN，在耳板与箱梁相接处弯矩为14kN.m。由此我们可以计算在连接处的应力为26Mpa,此应力为耳板加劲板边缘的最大应力。
3.2销轴应力计算
a.局部承压
局部承压应力可以根据上式所提供的接触应力计算公式进行计算，其结果与耳板边缘的接触应力数值上相等。
b.销轴抗剪
c.销轴抗弯
承受弯曲的销轴可按简支梁近似计算，假定被连接构件的内力为均布荷载，作用在销轴轴线上，则跨中最大弯矩为
M=×t2/8=3.14×104×0.072/8=19.23kN.m
销轴的应力为
4.有限元分析
采用MidasCivil程序对东平河景观步行桥销铰耳板进行有限元计算。建模时采用板单元对钢梁及耳板进行模拟，板单元以四边形为主，三角形主要应用与不规则单元的过渡，索力采用集中力施加与耳板销铰孔的中央。分析计算结果如图4所示。
最大应力出现在耳板孔避与销轴接触处，为276Mpa。比理论计算值偏大，但考虑到模型的加载方式及单元的划分密度，其结果与理论计算吻合较好。
5.构造细节
本桥在吊耳的构造上有独到之处。由于本桥在景观上有极高的要求，在设计上为了使主梁看起来尽可能的简洁美观，吊耳与主梁的焊接位置被设置在顶板与腹板的交接处。为了避免两条焊缝重叠，在此处采用一个机加工的多边形连接件，使顶板、腹板及吊耳板分别焊接于连接件上，避免了焊缝的重叠，也对耳板高强度钢材的连接起到了良好的效果。
6.结语
销铰耳板锚固形式在制造加工及运营维护上有很多得天独厚的优势，尤其在人行桥中，以其构造简单、传力明确成为主要的拉索锚固形式。
通过理论计算及有限元分析表明，在销铰处的接触应力两种方法较为接近，在设计过程种可以用理论公式确定结构尺寸，再进行有限元分析，两种方法可以相互验证。
本文所采用的分析方法简单使用，可以对其他桥梁的销铰耳板锚固构造的设计起到参考借鉴的作用。
参考文献
[1]徐芝纶.弹性力学[M]北京：人民教育出版社，1979年
[2]吴冲.现代钢桥[M]北京：人民交通出版社，2006年
[3]道路桥示方书.同解说[S].2002年