黃 寧

(成都市溫江區(qū)交通運(yùn)輸局)

1 自錨式懸索橋的特點(diǎn)

自錨式懸索橋是以承受拉力的纜索作為主要承重構(gòu)件的一類(lèi)橋梁。這類(lèi)大橋主要由索塔、懸索、吊桿和橋面等部分組成。其中要求懸索必須要有足夠的強(qiáng)度，目前制作懸索的材料一般為鋼絲、鋼絞線(xiàn)和鋼纜等。

由于目前的材料技術(shù)相當(dāng)發(fā)達(dá)，懸索大橋可以充分利用材料的優(yōu)異性能實(shí)現(xiàn)用料省、自重小的特點(diǎn)，此外，懸索橋還具有受力性能好，跨越能力大(日本明石海峽橋跨徑已達(dá)1 990 m)，抗震能力強(qiáng)，造型優(yōu)美和適應(yīng)地形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

但自錨式懸索大橋也有缺點(diǎn)，例如:對(duì)地質(zhì)條件和施工人員綜合素質(zhì)的要求較高;前期的設(shè)計(jì)工作量較大等。

2 工程概況

某省境內(nèi)的陽(yáng)紫大橋，建造于2002 年中旬。該橋?yàn)殡p塔雙索面自錨式懸索橋，索塔由鋼筋混凝土澆筑而成，主跨距離為90 m，邊跨距離為45 m，整座橋的長(zhǎng)約180 m，吊索間距為3 m，橋?qū)捈s為25 m。整座橋梁投資約2 000 萬(wàn)元，建成后各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定要求，而且從通車(chē)到現(xiàn)在沒(méi)有出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題。

3 自錨式懸索橋各部分設(shè)計(jì)要點(diǎn)和計(jì)算方法

自錨式懸索橋的設(shè)計(jì)核心及難點(diǎn)當(dāng)屬主纜系和吊索系。再次分別對(duì)其設(shè)計(jì)和計(jì)算工作進(jìn)行分析說(shuō)明。

3.1 主纜系的設(shè)計(jì)和計(jì)算

主纜承受著懸索橋的大部分重力，它的設(shè)計(jì)將直接決定著整座橋的安全性和造價(jià)。關(guān)于主纜的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括主纜的線(xiàn)形及結(jié)構(gòu)。在主纜的線(xiàn)形確定后便可根據(jù)基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算載荷量，進(jìn)而確定各個(gè)構(gòu)件需要達(dá)到的剛度。

(1)確定矢跨比

矢跨比指的是高度和跨徑的比值。它的大小對(duì)懸索橋的整體剛度有著直接影響。矢跨比越小，橋梁的剛度越高，但主纜承受的拉力也會(huì)增大，對(duì)主纜的要求會(huì)更高，經(jīng)濟(jì)性會(huì)受到影響。

陽(yáng)紫大橋的橋梁高度為1.5 m，主跨距離90 m，主梁的剛度較大，對(duì)主纜的拉力要求不是太大，所以設(shè)計(jì)采用較大的矢跨比來(lái)減小主纜的投資，最后選定的矢跨比為1∶7.5。

(2)確定主纜的線(xiàn)形

陽(yáng)紫大橋采用雙吊塔形式，整體呈幾何對(duì)稱(chēng)。由大橋的7 個(gè)基本點(diǎn)為依據(jù)，設(shè)計(jì)其他的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

根據(jù)吊桿的最小凈空要求，中跨主纜中點(diǎn)D 應(yīng)至少距離橋面1.5 m，吊塔高度由矢跨比計(jì)算出為12 m(從橋面算起)。由此可得出陽(yáng)紫大橋7 個(gè)基本點(diǎn)的坐標(biāo)(以A 點(diǎn)作為原點(diǎn))。

表1 陽(yáng)紫大橋基本點(diǎn)坐標(biāo)

由得出的坐標(biāo)點(diǎn)可以看出陽(yáng)紫大橋錨固點(diǎn)A 和G 高程相差很小，地勢(shì)的平坦也為大橋的設(shè)計(jì)和建造減少了很多麻煩。

(3)確定主纜的最大拉力

目前，自錨固懸索橋主纜材料分為鋼絲繩和平行鋼絲束兩大類(lèi)。小跨度懸索橋?yàn)榱私ㄔ旆奖愫凸?jié)約投資，多使用鋼絲繩作為主纜繩，陽(yáng)紫大橋采用的就是鋼絲繩，其具體規(guī)格見(jiàn)下表2。

表2 陽(yáng)紫大橋主纜規(guī)格

主纜拉力最大值按照橋面布滿(mǎn)載荷和溫度最低時(shí)進(jìn)行計(jì)算，其水平分力和最大拉力分別按照公式(1)、(2)計(jì)算。

式中:γ 為主纜比重;Ac為主纜的橫截面積;β 為主纜承受的活載荷;k 為無(wú)量綱參數(shù)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，陽(yáng)紫大橋主纜應(yīng)具備的最大拉應(yīng)力強(qiáng)度約為11465KN，遠(yuǎn)小于主纜的破斷載荷，所以選取的主纜設(shè)備滿(mǎn)足使用要求。

4.2 吊索系的設(shè)計(jì)和計(jì)算

吊索系的主要作用是將橋梁載荷傳遞給主纜，主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容有索夾的選擇和索夾與吊索的連接。

(1)索夾的選擇

目前索夾的形式主要有兩種:鞍掛式和銷(xiāo)連式。本項(xiàng)目考慮到鞍掛式索夾存在成本高、形式多樣不便于管理、會(huì)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力從而降低吊桿強(qiáng)度等缺點(diǎn)，因而選擇了銷(xiāo)連式夾索。

索夾的個(gè)數(shù)確定可保證吊桿不受主纜水平分力影響而產(chǎn)生滑動(dòng)，按照公式(3)可計(jì)算出每根吊桿中需要的索夾個(gè)數(shù)。

式中:n 為需要索夾的個(gè)數(shù);m 為與索夾內(nèi)壓力分布狀態(tài)相關(guān)系數(shù)，取值范圍2.0～3.0;u 為索夾與主纜的摩擦系數(shù)，取值范圍0.15～0.2;N 為螺栓的上緊力;v 為抗滑安全系數(shù)，取值范圍2.0～3.0;Tn 為吊桿的拉力;α 為主纜的傾斜角。

在確定了索夾的個(gè)數(shù)之后，還要對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力校核，以保證索夾的安全性。校核公式按照(4)進(jìn)行計(jì)算。

式中:L 為索夾長(zhǎng)度;t 為索夾厚度;σr為索夾材料的屈服極限。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，陽(yáng)紫大橋索夾設(shè)置3 個(gè)較為合理，且校核之后其安全性完全滿(mǎn)足使用要求。

(2)吊索的設(shè)計(jì)

吊索的拉力受橋上的活動(dòng)載荷和溫度的影響較大，計(jì)算方法也分兩種:①不考慮加勁梁的載荷分布效應(yīng)，吊索全部承受這相應(yīng)段的載荷;②考慮加勁梁的載荷分布效應(yīng)，此時(shí)吊索的拉力只承擔(dān)部分載荷。由于陽(yáng)紫大橋的跨度較小且剛度較大，故采用第二種計(jì)算方法。

陽(yáng)紫大橋的主梁形式為普通鋼筋混凝土梁，其自重較大，為了保證主梁的安全性及穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員將吊索間距設(shè)置為3.0 m，布置方式為豎向垂直，吊索的具體規(guī)格見(jiàn)下表3。吊索上端通過(guò)耳板和索夾連接，下端使用冷鑄錨頭固定在加勁梁上。

表3 陽(yáng)紫大橋吊索具體規(guī)格

經(jīng)過(guò)在多種工況條件下對(duì)吊索進(jìn)行測(cè)試，得出其載荷組成形式為:恒載+收縮徐變+溫度+基礎(chǔ)沉降。估計(jì)得出吊索的最大拉力為450 kN 左右，安全系數(shù)約為2.55，保證了有足夠的安全儲(chǔ)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，交通建設(shè)必須緊跟時(shí)代前進(jìn)的步伐，以此為經(jīng)濟(jì)建設(shè)創(chuàng)造有利條件。目前，自錨式懸索橋以其特有的優(yōu)勢(shì)正在受到行內(nèi)專(zhuān)家的青睞，尤其在城市內(nèi)部道路中小型自錨式懸索橋已經(jīng)成為首選橋型。作為工程技術(shù)人員，我們應(yīng)當(dāng)努力做出經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，還應(yīng)時(shí)刻關(guān)注行業(yè)內(nèi)最新的研究成果，積極與國(guó)外相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行技術(shù)交流，為我國(guó)橋梁事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

［1］董愛(ài)萍，徐紅亮，等.橋墩設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)主梁內(nèi)力的影響分析［J］.技術(shù)應(yīng)用研究，2009，(9):32－34.

［2］胡建華.現(xiàn)代自錨式懸索橋理論與應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，2008，(5):23－25.

［3］胡建華，唐茂林，劉榮等.自錨式懸索橋收縮徐變效應(yīng)分析［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，(5);56－76.