舒宏生，劉新華，劉 勛，侯潤鋒

(中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065)

1 引 言

陽寶山特大橋全長1 112 m，主跨為650 m的單跨鋼桁架梁懸索橋，兩根主纜中心距為36.0 m，索塔為鋼筋混凝土門式框架結(jié)構(gòu)，錨碇為重力式錨碇。主纜跨徑組成為170 m+650 m+210 m，主跨矢跨比為：1/10。主纜設(shè)計(jì)采用AS空中紡線法架設(shè)施工，在國內(nèi)尚屬首次。主纜所有鋼絲均為直徑5.35 mm、公稱抗拉強(qiáng)度為1860 MPa的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲，其中1#～10#通長索股由336根鋼絲組成，11#～36#通長索股由320根鋼絲組成，貴陽岸兩根背索均由192根鋼絲組成。

為保證主纜線形，AS法編制完成的索股同樣需要進(jìn)行垂度調(diào)整，調(diào)整條件與穩(wěn)定觀察時(shí)間要求與PPWS法相同，1#基準(zhǔn)索股采用絕對垂度調(diào)整，其余索股采用相對垂度調(diào)整，索股調(diào)整時(shí)利用握索器將索股提離下層索鞍并與主纜成型器完全脫開，跨中預(yù)抬高10～30 cm。PPWS法編制的索股截面為正六邊形，單根索股常用規(guī)格有兩種：91和127根鋼絲；而陽寶山特大橋主纜設(shè)計(jì)采用的是AS法，其編制的索股截面為圓形，單根索股鋼絲根數(shù)最多達(dá)到336根，鋼絲根數(shù)是前者的2～3倍，索股調(diào)整張力將大大增加，因此在主纜架設(shè)前有必要對大噸位握索器進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證其可靠性。

2 握索器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大噸位握索器采用分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括夾持總成、拽拉總成、張拉錨固座、2-φ15.24 mm鋼絞線等，單個(gè)構(gòu)件自重輕，便于在貓道上進(jìn)行握索器頻繁拆裝作業(yè)。大噸位握索器施加螺栓預(yù)緊力、設(shè)置楔形面提供足夠抗滑移阻力，滿足索股調(diào)整的張力需求；內(nèi)置楔形齒塊設(shè)計(jì)可更換，適應(yīng)不同鋼絲數(shù)編制而成的索股。索股調(diào)整時(shí)，在索鞍處設(shè)置大噸位穿心式千斤頂通過張拉鋼絞線提離索股進(jìn)行垂度調(diào)整，相比卷揚(yáng)機(jī)調(diào)整更加方便。

圖1 大噸位握索器三維設(shè)計(jì)圖

3 抗滑移試驗(yàn)

3.1 試件及儀器

試驗(yàn)所需材料、試件、設(shè)備主要包括試驗(yàn)握索器2套(分別標(biāo)記1#和2#)、200 t穿心式千斤頂1套、百分表2件(分別標(biāo)記1#和2#)、試驗(yàn)索股(336絲/長度3 m)、30 mm鋼墊板2件、電動(dòng)扭矩扳手等。大噸位握索器抗滑移試驗(yàn)裝置總體布置如圖2所示。

圖2 握索器抗滑移試驗(yàn)布置圖

3.2 試驗(yàn)步驟

(1)試驗(yàn)準(zhǔn)備及試件安裝

按照握索器抗滑移試驗(yàn)布置圖要求，進(jìn)行試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作。

①選擇φ5.35 mm鋼絲336絲制成試驗(yàn)索股，索股呈圓形，單根鋼絲長度3 m；

②安裝1#試驗(yàn)握索器，單套握索器長840 mm，共有24個(gè)10.9級(jí)M30高強(qiáng)螺栓，各螺栓按照先中間后兩邊且對角的順序進(jìn)行施擰，首次擰緊力按照50%設(shè)計(jì)預(yù)緊力進(jìn)行；

③安裝鋼墊板及200 t穿心式千斤頂；

④安裝2#試驗(yàn)握索器，高強(qiáng)螺栓進(jìn)行逐級(jí)施擰，直至達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)緊力，再逐級(jí)施擰1#試驗(yàn)握索器；

⑤分別在1#和2#試驗(yàn)握索器外側(cè)安裝百分表，測量握索器滑移量。

(2)試驗(yàn)加載

①分步頂推千斤頂，分別按照0.5P、0.8P和P進(jìn)行逐級(jí)加載，千斤頂油壓保持穩(wěn)定，持荷時(shí)間20 min，期間觀察百分表讀數(shù)是否為零，判斷握索器是否滑移；

②按照PS-P差值，分10級(jí)加載，每級(jí)荷載0.1P，持荷時(shí)間5 min，記錄百分表和油壓表數(shù)值，直至試驗(yàn)握索器發(fā)生持續(xù)滑移。

試驗(yàn)加載過程中，如果試驗(yàn)握索器發(fā)生滑移達(dá)到1 mm且頂推力與滑移量出現(xiàn)顯著下降或者試驗(yàn)裝置出現(xiàn)破壞時(shí)，加載必須立即停止。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 抗滑移性能

本次試驗(yàn)進(jìn)行了兩次，第1次試驗(yàn)高強(qiáng)螺栓50%設(shè)計(jì)預(yù)緊力(125 kN)加載，第2次試驗(yàn)高強(qiáng)螺栓100%設(shè)計(jì)預(yù)緊力(250 kN)加載。第1次和第2次試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)握索器滑移量隨油缸推力變化曲線分別如圖3、圖4所示，在達(dá)到試驗(yàn)抗滑設(shè)計(jì)值后，在油缸額定荷載下繼續(xù)加載至試驗(yàn)握索器持續(xù)滑移失效為止。

圖3 頂推力-滑移量曲線(125 kN)

圖4 頂推力-滑移量曲線(250 kN)

按照上述兩次試驗(yàn)結(jié)果可以看出，所設(shè)計(jì)的大噸位握索器抗滑移性能滿足設(shè)計(jì)要求。我們知道，握索器抗滑移性能是由摩阻力提供，而此處摩阻力屬于靜摩擦力，從圖4和圖5變化曲線顯示，當(dāng)油缸推力大于握索器自身所受的最大靜摩擦力時(shí)滑移量迅速增加、持續(xù)滑移，同時(shí)油缸油壓不再處于穩(wěn)壓狀態(tài)而迅速下降，試驗(yàn)終止。

4.2 摩擦因素驗(yàn)證

握索器在持續(xù)滑移臨界狀態(tài)時(shí)，預(yù)緊力125 kN時(shí)油缸推力916.5 kN，預(yù)緊力250 kN時(shí)油缸推力1 567.3 kN，各螺栓軸力實(shí)測值如表1所示。根據(jù)油缸推力與各螺栓軸力實(shí)測值可計(jì)算，握索器預(yù)緊力125 kN時(shí)摩擦因素約為0.21，握索器預(yù)緊力250 kN時(shí)摩擦因素約為0.195，均大于理論計(jì)算時(shí)相關(guān)規(guī)定的摩擦因數(shù)0.15的最小取值要求，因此結(jié)構(gòu)是偏安全的。

表1 握索器持續(xù)滑移時(shí)螺栓軸力實(shí)測值

4.3 試驗(yàn)現(xiàn)象

本次抗滑移試驗(yàn)現(xiàn)場，試驗(yàn)結(jié)束后將穿心千斤頂泄壓，拆下后的握索器內(nèi)部滑移劃痕。

5 工程應(yīng)用

經(jīng)過廠內(nèi)抗滑移性能試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)可靠后，大噸位握索器已成功應(yīng)用于陽寶山特大橋索股調(diào)整作業(yè)。索股調(diào)整盡量選擇在夜間氣溫穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，塔頂索鞍處設(shè)置穿心千斤頂配合施工，按照先中跨再邊跨最后錨跨順序進(jìn)行逐步調(diào)整。本次抗滑移試驗(yàn)研究對大噸位握索器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性、合理性等進(jìn)行了很好驗(yàn)證，同時(shí)為2 000 m級(jí)懸索橋AS法主纜架設(shè)所需大噸位握索器設(shè)計(jì)提供了有力支撐。

6 結(jié) 語

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的大噸位握索器是否能夠滿足陽寶山特大橋AS法主纜架設(shè)索股調(diào)整要求，進(jìn)行了握索器抗滑移性能試驗(yàn)，試驗(yàn)得到如下結(jié)論：

(1)握索器實(shí)際抗滑移力達(dá)到1 567.3 kN，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)約2.3，滿足設(shè)計(jì)要求，可以保證現(xiàn)場索股調(diào)整施工安全。

(2)螺栓預(yù)緊力大小直接影響握索器的抗滑移性能，且實(shí)測螺栓軸力存在一定程度衰減；握索器高強(qiáng)螺栓實(shí)際施擰時(shí)應(yīng)按相關(guān)規(guī)范要求先兩端后中間且對角的順序進(jìn)行，保證各高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力盡可能準(zhǔn)確、均勻一致。

(3)通過試驗(yàn)驗(yàn)證，握索器摩擦因素實(shí)測計(jì)算值約0.2，比相關(guān)規(guī)范取值0.15偏大，結(jié)構(gòu)偏安全。