【摘 要】大跨度懸索橋主纜截面大，采用已有的主纜錨固體系，將導(dǎo)致需要非常大的錨固空間。本文對(duì)既有的大跨懸索橋錨固結(jié)構(gòu)及構(gòu)造進(jìn)行了收集和整理，根據(jù)收集到的資料進(jìn)行了比較分析，并從中提出了可減少錨固空間的改進(jìn)方案。

【關(guān)鍵詞】大跨度；懸索橋；主纜錨固體系；改進(jìn)方案

0.引言

近年來(lái)，大跨徑橋梁日益增多。懸索橋以其受力性能好，跨越能力大，輕型美觀、抗震能力好，而成為跨越大江大河、海峽港灣等交通障礙的首選橋型。作為懸索橋四大部分之一的錨錠，無(wú)論在設(shè)計(jì)、施工、科研等各方面，都顯示出其重要性。對(duì)于大跨度懸索橋，尤其是鐵路或公鐵兩用懸索橋，其主纜的截面越來(lái)越大，采用預(yù)制平行絲股的索股數(shù)也相當(dāng)多，若采用已有的主纜錨固體系，將導(dǎo)致需要非常大的錨固空間。因此通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的主纜錨固體系進(jìn)行總結(jié)和比較，從而對(duì)研究新的可減少錨固空間的錨固系統(tǒng)提供新的指導(dǎo)行意見(jiàn)。

1.懸索橋錨碇錨固系統(tǒng)

懸索橋錨固系統(tǒng)有型鋼錨固系統(tǒng)和預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)兩大類型，圖1為主要兩種構(gòu)造形式。

圖1 型鋼錨固系統(tǒng)構(gòu)造圖

型鋼錨固系統(tǒng)，由錨頭梁、前后錨固梁、張拉桿和強(qiáng)大的型鋼支架組成。其傳力途徑為：主纜索股→錨頭梁→前錨梁→張拉桿→后錨梁→錨塊→錨碇基礎(chǔ)。這種錨固類型的優(yōu)點(diǎn)是：整體定位，便于調(diào)整誤差；制作加工安全可靠，混凝土灌注方便。缺點(diǎn)是：用鋼量大；拼組時(shí)間長(zhǎng)[1]。

預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)：預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)分為預(yù)應(yīng)力鋼絞線和預(yù)應(yīng)力粗鋼筋兩種體系，兩者均通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力筋在錨塊內(nèi)部?jī)?chǔ)備預(yù)壓力，雖然受力機(jī)理相同，但由于材料不同，兩者在布置、錨具、防腐方面存在一定差異[2]。預(yù)應(yīng)力鋼絞線系統(tǒng)布置靈活，施工方便，應(yīng)用廣泛。應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固系統(tǒng)的橋梁有瑞典霍加庫(kù)斯騰橋、丹麥大貝爾特橋、江陰長(zhǎng)江大橋、廈門(mén)海滄大橋、宜昌長(zhǎng)江大橋、潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋、香港青馬大橋、重慶鵝公巖大橋等，國(guó)外應(yīng)用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋的橋梁有英國(guó)塞文橋、土耳其博斯普魯斯大橋。國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力粗鋼筋系統(tǒng)由于粗鋼筋材料及制作工藝尚須研究解決，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)在大型懸索橋中使用的例子[3-4]。

錨固系統(tǒng)主要受力構(gòu)件為：拉桿、可換式預(yù)應(yīng)力體系、聯(lián)接器：

1.1拉桿組件

拉桿與主纜錨頭的連接由拉桿上的鎖緊螺母、六角螺母及平墊圈來(lái)固定，與連接器平板的連接是通過(guò)球面墊圈、球面螺母以及鎖緊螺母來(lái)固定。

1.2聯(lián)接器

聯(lián)接器包括連接平板及連接筒，既是預(yù)應(yīng)力錨頭下的墊板又起連接拉桿作用，聯(lián)接器采用45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鍛鋼。

1.3可換式預(yù)應(yīng)力體系

預(yù)應(yīng)力體系由預(yù)應(yīng)力鋼絞線、預(yù)應(yīng)錨具、夾片放松裝置、預(yù)埋鋼管、防腐油、防護(hù)罩、銅墊圈、油面觀察管等組成。

這種類型的優(yōu)點(diǎn)是：用鋼量少；支架簡(jiǎn)單，管道架設(shè)精度要求不高；可減小錨塊的尺寸。缺點(diǎn)是：錨固系統(tǒng)的安全度取決于預(yù)應(yīng)力錨具的可靠度；預(yù)應(yīng)力錨塊部分的高標(biāo)號(hào)混凝土增加了施工難度。但預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中材料的防腐和耐久性問(wèn)題一直是備受關(guān)注而棘手的問(wèn)題[5-6]。

2.懸索橋主纜錨固方式

懸索橋主纜錨固方式主要有前錨式和后錨式兩種。世界上已建成懸索橋大部分采用前錨式。后錨式的錨固方式要求牽引主纜索股的錨頭穿過(guò)錨塊固定在后錨面上，施工麻煩，同時(shí)要求雙向散索，前后錨面的尺寸要求大，僅適用于小跨徑懸索橋的錨固方式。前錨式的錨固方式便于將來(lái)進(jìn)行保養(yǎng)維修，索股錨頭安裝定位容易，錨固系統(tǒng)可以雙向散，單向散，甚至可以雙向均不散，可以縮小錨塊尺寸。為了縮小錨面尺寸，建議采用前錨式錨固方式[7]。

新港橋（The New Tacoma Narrows Bridge）的錨固型式為后錨式：每根主纜的78根股纜展開(kāi)后，就進(jìn)入埋在混凝土中的78根套管，其錨頭一直通到后錨面，再隔著墊片壓在厚度為15.2cm后錨板上。新港橋錨固構(gòu)造如圖2所示。

圖2 新港橋錨固構(gòu)造圖

3.已建大跨度懸索橋主纜錨固系統(tǒng)比較

本文收集和整理了國(guó)內(nèi)外13座已經(jīng)建成的大跨度懸索橋，并對(duì)其現(xiàn)有的主纜錨固體系進(jìn)行了比較，詳見(jiàn)表1。由于本文主要討論可減少錨固空間的錨固系統(tǒng)，因此表中主要對(duì)既有的大跨懸索橋錨固系統(tǒng)的構(gòu)造進(jìn)行了整理。由于已建成懸索橋大部分采用前錨式，故重點(diǎn)對(duì)各懸索橋的前錨面尺寸和錨固單位面積的鋼絲所用的前錨面面積進(jìn)行了計(jì)算，其中新港橋?yàn)殄^固型式為后錨式，故給出的是后錨面相關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 懸索橋錨固體系相關(guān)數(shù)據(jù)表

單位面積主纜所需前錨面錨固尺寸大小主要受主纜架設(shè)方法、錨固系統(tǒng)類型兩個(gè)因素影響。根據(jù)表1對(duì)同類橋梁的有關(guān)數(shù)據(jù)作平均值進(jìn)行比較，結(jié)果如表2：

表2 不同類型錨固體系單位面積主纜所需錨面錨固尺寸表

由第2、3列數(shù)據(jù)比較可知，使用AS法架設(shè)主纜所需的前錨面面積比PWS法的??；再由第3、4數(shù)據(jù)比較可知，使用型鋼錨固系統(tǒng)所需前錨面面積比預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)的小。

AS法之所以優(yōu)于比PWS法，是因?yàn)檠ジ闪硕鄠€(gè)索股，錨于同一位置，錨面錨固連接件集成索股的能力明顯占優(yōu)。

南京四橋的錨拉桿由焊接鋼板做成，在集成索股的能力上優(yōu)于預(yù)應(yīng)力錨固方式（預(yù)應(yīng)力連接件的標(biāo)準(zhǔn)化制造及小尺寸特點(diǎn)決定）。而通過(guò)創(chuàng)新的PBL剪力鍵，保證了力能安全的傳遞到錨塊上去[8-10]。

4.結(jié)論

根據(jù)前面的分析可知，影響懸索橋錨固系統(tǒng)錨固空間的有三個(gè)根本因素：

（1）錨面處錨固連接件集成索股的能力。

（2）錨固器件（錨桿、錨梁、錨板、預(yù)應(yīng)力鋼鉸線）的整體承載能力。

（3）錨塊混凝土的承載力是否滿足容許值。

因此，為減少大跨懸索橋的主纜錨固空間，可以從以下幾個(gè)方面做出努力：

（1）對(duì)于型鋼錨固系統(tǒng)，可以在南京四橋基礎(chǔ)上通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)更多索股錨固方式；對(duì)于預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)連接多索股的錨固鑄鋼件。

（2）根據(jù)多索股錨固承載力要求，對(duì)相關(guān)錨固器件材料進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可考慮采用碳纖維等新型材料。

（3）學(xué)習(xí)新港橋做法，在后錨面采用整體集成或部分集成錨桿的連接器件，以平均分散混凝土表面所受荷載。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]錢(qián)冬生.大跨度懸索橋的設(shè)計(jì)與施工.成都：西南交通大學(xué)出版社，1999.51.

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[3]Ravindra Mathur，Augusto Molina. The New Tacoma Narrows Bridge-Suspension System and Anchorage.ASCE Conf. Proc，171，23（2005）.

[4]徐國(guó)平，劉明虎，黃芳瑋，等.懸索橋錨碇可更換無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)試驗(yàn)研究.橋梁建設(shè).2006，5：13.

[6]Niels J. Gimsing 編.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系，中鐵大橋局武漢橋梁科學(xué)研究院譯.大貝爾特海峽：東橋.成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.131.

[7]鐵道部大橋工程局橋梁科學(xué)研究所編.懸索橋.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1996.488

[8]鐘建弛 主編.潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)（第3冊(cè)）懸索橋.北京市：人民交通出版社，2006：57-70.

[9]宋暉，王曉冬.舟山大陸連島工程西堠門(mén)大橋總體設(shè)計(jì).公路，2009，1：12-15.

[10]潘世建，楊盛福.廈門(mén)海滄大橋建設(shè)叢書(shū)（第4冊(cè)）東航道懸索橋.北京市：人民交通出版社，2002：30-33.