竇 巍

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

斜拉橋同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

竇 巍

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

介紹了一種原創(chuàng)新型的斜拉橋錨索系統(tǒng)——同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)，這一系統(tǒng)從受力機(jī)理上規(guī)避混凝土橋塔受拉開裂的缺陷，通過一系列細(xì)致的理論及試驗(yàn)研究，總結(jié)了一套成熟的設(shè)計(jì)方法，并成功應(yīng)用于多座大跨徑斜拉橋，為今后同類橋梁設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。

斜拉橋，錨索系統(tǒng)，同向回轉(zhuǎn)

1 研究背景

針對(duì)斜拉橋錨索系統(tǒng)，橋梁研究與設(shè)計(jì)人員一直在發(fā)展各種錨索結(jié)構(gòu)，以克服拉索對(duì)混凝土索塔塔壁的巨大拉力，包括完全以預(yù)應(yīng)力保護(hù)的混凝土齒塊、拉力抵消并輔助以預(yù)應(yīng)力保護(hù)的鋼錨箱和鋼錨梁、拉索連續(xù)的鋼鞍座等。

這些錨索系統(tǒng)目前總體已趨成熟，但關(guān)鍵技術(shù)仍有缺陷，主要體現(xiàn)在：鞍座錨索對(duì)索塔的作用以壓力為主，但受不平衡索力限制，主要用于矮塔斜拉橋；混凝土齒塊、鋼錨梁、鋼錨箱錨索在根本上存在不同程度的拉應(yīng)力，一旦控制效果不佳，塔壁開裂現(xiàn)象即有發(fā)生。

設(shè)計(jì)人員以正在建設(shè)中的蕪湖長(zhǎng)江公路二橋跨江主橋(主跨806 m)為依托，成功研發(fā)出一種新型的斜拉橋錨索系統(tǒng)——同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)，為今后大跨徑斜拉橋設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。

2 同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)構(gòu)造及特點(diǎn)

同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)是將每根拉索穿過橋面一側(cè)錨具，繞過索塔后錨回到橋面同樁號(hào)另一側(cè)錨具，形成一對(duì)同編號(hào)拉索。錨固示意圖如圖1所示。

斜拉索橫橋向連續(xù)繞過塔柱，索力的環(huán)形徑向壓力轉(zhuǎn)換成塔柱的環(huán)向預(yù)應(yīng)力，技術(shù)優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)錨索方式無法比擬的，具體體現(xiàn)在：

1)在機(jī)理上實(shí)現(xiàn)了索塔的無拉應(yīng)力錨索，從根本上解決了結(jié)構(gòu)的受拉開裂問題；

2)避開了索力順橋向的不平衡，利用了拉索橫橋向的對(duì)稱性，索力差大幅降低，使得鞍座用于常規(guī)斜拉橋成為可能；

3)取消了塔上傳統(tǒng)錨具及抵抗錨具間巨大拉力的鋼材和預(yù)應(yīng)力；

4)相應(yīng)工程造價(jià)亦大幅度降低。

同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括了匹配塔型設(shè)計(jì)、拉索定位設(shè)計(jì)、同向回轉(zhuǎn)鞍座設(shè)計(jì)、同向回轉(zhuǎn)拉索設(shè)計(jì)。系統(tǒng)構(gòu)造圖如圖2所示。

3 匹配塔型設(shè)計(jì)

由于鞍座在塔中回轉(zhuǎn)，為抵抗索力強(qiáng)大的壓力作用，需要預(yù)留足夠的塔壁厚度，此外為減輕自重，塔柱中央做挖空處理，索塔錨固區(qū)形成外八邊形內(nèi)空箱型結(jié)構(gòu)。蕪湖長(zhǎng)江公路二橋索塔為柱式C50混凝土塔，矩形斷面，空心結(jié)構(gòu)?？偢?62.48 m。塔柱斷面橫向?qū)? m～18.5 m，縱向?qū)? m～15 m，中、下塔柱透空，上塔柱底設(shè)18 m高隔室，下橫梁為12 m×8 m矩形斷面。匹配塔型如圖3所示。

4 拉索定位設(shè)計(jì)

橋塔塔壁空間限值，拉索在橋塔內(nèi)的擺放位置容易產(chǎn)生干擾，同時(shí)回轉(zhuǎn)拉索的垂度效應(yīng)的計(jì)算也不同于傳統(tǒng)的拉索錨固方式。同向回轉(zhuǎn)拉索空間定位的設(shè)計(jì)是以一個(gè)與索塔同軸的虛擬圓筒(虛擬定位基準(zhǔn)圓筒)作為線型的基準(zhǔn)，拉索垂度面與基準(zhǔn)圓筒相切，形成一條位置固定的豎直切線，以此構(gòu)成定位計(jì)算的基準(zhǔn)。基準(zhǔn)圓筒定位法示意圖如圖4所示。

拉索的定位考慮垂度效應(yīng)對(duì)拉索坐標(biāo)的修正，重點(diǎn)考慮索鞍之間位置上的干擾，以此進(jìn)行的定位計(jì)算是一個(gè)多點(diǎn)、多重循環(huán)修正，逐步逼近目標(biāo)的過程，并為此設(shè)計(jì)一個(gè)專項(xiàng)的計(jì)算程序，計(jì)算程序以拉索定位主控參數(shù)為控制目標(biāo)，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，選擇與主控參數(shù)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的待定參數(shù)為控制手段，并注意到調(diào)控的先后次序。基準(zhǔn)圓筒定位法計(jì)算流程如圖5所示。

5 同向回轉(zhuǎn)鞍座設(shè)計(jì)

鞍座由錨體、導(dǎo)管、過渡管和延伸管組成。錨體位于圓弧段，由外殼、分絲管、限位板、填充料組成；在限位板上開孔，分絲管穿過限位板對(duì)應(yīng)孔位被固定，限位板與錨體外殼相連，在錨體內(nèi)分絲管間隙灌注填充料。鞍座構(gòu)造如圖6所示。

錨體構(gòu)成新型鞍座的核心，可為索股提供更有效的夾持和防護(hù)。錨體內(nèi)平行設(shè)置的異型截面不銹鋼分絲管在摩擦系數(shù)相同時(shí)，對(duì)索股產(chǎn)生雙倍的摩擦力。分絲管之間以灌漿料灌填，為拉索通過鞍座時(shí)產(chǎn)生的徑向壓力提供傳遞路徑。錨體構(gòu)造如圖7所示。

錨體兩端通過法蘭盤與導(dǎo)管相連，錨體內(nèi)的分絲管兩端與導(dǎo)管內(nèi)的不銹鋼線管對(duì)應(yīng)相連。導(dǎo)管兩端同過渡管相接，過渡管是將斜拉索鋼絞線從整捆狀擴(kuò)散成分散狀的重要區(qū)段。鋼絞線經(jīng)過渡管擴(kuò)散后穿過導(dǎo)管內(nèi)對(duì)應(yīng)的不銹鋼線管，最后穿入每根不銹鋼線管對(duì)應(yīng)的分絲管，在分絲管內(nèi)通過鋼絞線與分絲管的夾持力進(jìn)行錨固。

為了提高分絲管的夾持能力，防止在不平衡索力下鋼絞線出現(xiàn)滑移，采用了異型不銹鋼分絲管。該具有兩個(gè)偏離拉索徑向壓力方向30°的偏轉(zhuǎn)接觸面，由此，為索股提供雙倍摩擦力。

6 同向回轉(zhuǎn)拉索設(shè)計(jì)

同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)采用的鍍鋅鋼絞線一般為成品索，外層采用熱擠PE材料防護(hù)。為增加鞍座錨體內(nèi)鋼絞線的抗滑及防腐性能，需對(duì)該段區(qū)域內(nèi)的鋼絞線進(jìn)行二次加工后方可使用。

鋼絞線的二次加工即對(duì)錨體部分的鋼絞線在剝除PE護(hù)套后，噴涂聚脲的方式進(jìn)行處理，聚脲的噴涂范圍為從錨體進(jìn)入過渡管50 cm，在鍍鋅鋼絞線外線噴涂雙組分鐵紅聚氨酯改性防腐底漆后，涂刷手工聚脲，最后噴涂第三層SWD鋼絞索專用防腐耐磨聚脲。

7 結(jié)語

同向回轉(zhuǎn)錨索系統(tǒng)是一種全新的斜拉橋拉索錨固方法，其設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的斜拉橋錨索系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員通過長(zhǎng)期的理論與試驗(yàn)研究，總結(jié)了該系統(tǒng)的成套設(shè)計(jì)方法，與施工、監(jiān)控、管養(yǎng)方法組成了一套完整的斜拉橋錨索系統(tǒng)解決方案，成功應(yīng)用于蕪湖長(zhǎng)江公路二橋的建設(shè)中，為今后同類橋梁設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。

[1] 劉士林，梁智濤.斜拉橋[M].北京:人民交通出版社，2002.

[2] 胡 可，梅應(yīng)華.大跨徑斜拉橋結(jié)構(gòu)計(jì)算若干問題探討[J].工程與建設(shè),2010,24(5):581-583.

Designmethodofrotaryanchorcablesystemofcablestayedbridge

DouWei

(AnhuiTransportConsulting&DesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230088,China)

This paper introduces a new type of anchor cable system of cable-stayed bridge, which is the rotary anchor cable system. The system avoids the tensile crack of concrete bridge from the force mechanism. After a series of detailed theoretical and experimental studies, a mature design method is summarized by us, and it has been successfully applied in many large span cable-stayed bridges. This design method provides a new idea for the design of similar bridges in the future.

cable-stayed bridge, anchor cable system, counter rotating

1009-6825(2017)28-0173-02

2017-07-28

竇 巍(1984- ),男，碩士，工程師

U448.27

A