張家鋒，王興剛

（中國交通建設(shè)股份有限公司，北京 100088）

1 工程概述

蒙山天蒙旅游區(qū)位于山東省臨沂市費縣的東北部，總體規(guī)劃面積達到了240 平方公里。項目所在地自然生態(tài)良好，且具有非常豐富的歷史文化資源、地方民俗資源、紅色旅游資源、生態(tài)農(nóng)業(yè)資源和濱水休閑資源，項目建成后已經(jīng)成為契合山東省山地型生態(tài)旅游和休閑度假市場需求的綜合型人文生態(tài)旅游度假區(qū)[1]。望海樓和玉皇頂是蒙山天蒙旅游區(qū)內(nèi)的兩個重要景點，分別位于相鄰的兩座高峰上，南北相顧。兩峰之間以山谷相隔，谷深140 m以上。為將這兩個景點相連，加強景區(qū)的通達性，設(shè)置人行索橋。大橋建成后，山谷一跨而過，從望海樓到玉皇頂，步行時間縮減至十幾分鐘。大橋氣勢恢宏，造型優(yōu)美，自身成為一個重要的景點，同時也是絕好的觀景通道。站在橋上舉目遠眺，風(fēng)光無限。偶遇煙雨季節(jié)，更是如煙如霧，勝似仙境。

大橋為主跨420 m 的單跨吊懸索橋，跨徑組成為38+420+47.5 m，橋面縱坡為1.5 %。主纜在成橋狀態(tài)下的中跨垂跨比為1：12，兩根主纜中心距為3.5 m。為提高主梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在主梁下方兩側(cè)設(shè)置抗風(fēng)纜[2-4]。主梁由橫梁和縱梁組成，上面鋪設(shè)混凝土橋面板。主梁在索塔中心線處設(shè)置伸縮縫，索塔處主梁下方設(shè)置豎向支座，主梁梁端側(cè)向設(shè)置抗風(fēng)支座。大橋的總體布置圖如圖1 所示。

圖1 天蒙人行索橋總體布置

2 纜索體系選擇

纜索系統(tǒng)作為懸索橋的生命線，是大橋的關(guān)鍵受力部件。根據(jù)抗風(fēng)穩(wěn)定的需要，對主纜的結(jié)構(gòu)體系進行了對比分析。選擇的方案有下部設(shè)置抗風(fēng)纜方案和空間主纜方案[5-6]。結(jié)合景觀、地形、運輸安裝條件等綜合比選，采用適合橋位地形、便于施工的抗風(fēng)纜方案。

圖2 設(shè)置抗風(fēng)纜方案

圖3 空間主纜方案

3 主纜設(shè)計

按照橋梁功能要求，選擇主梁凈寬2.4 m，全橋共設(shè)2 根主纜，橫向間距為3.5 m。

3.1 方案選擇

設(shè)計中對主纜的材料進行了綜合分析論證?？紤]的方案有鋼絲繩、環(huán)氧涂層鋼絞線和平行鋼絲[7]。大橋橋位處山勢險峻，運輸條件極為不便。

鋼絲繩索股有著扭轉(zhuǎn)性能好、適應(yīng)變形能力大的優(yōu)點，但是鋼絲繩索股的直徑較大，運輸、架設(shè)、入鞍定位和索股調(diào)整的難度都很大?？紤]到本項目的建設(shè)條件，主纜不考慮采用鋼絲繩索股，重點對環(huán)氧涂層鋼絞線和平行鋼絲兩種索股進行了重點研究和比較。

環(huán)氧涂層鋼絞線通過在鋼絞線的外側(cè)涂裝環(huán)氧涂層來實現(xiàn)對主纜索股的保護，省去了主纜現(xiàn)場涂裝的工序，但是也降低了索夾和主纜之間的摩阻力。為實現(xiàn)環(huán)氧涂層鋼絞線索股的可行性，考慮將每側(cè)主纜分為三根。

結(jié)果綜合比較，鋼絞線索股的抗滑穩(wěn)定性稍差，存在一定的技術(shù)難度，最終采用了更為成熟的平行鋼絲索股。

3.2 主纜設(shè)計

主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股法（PPWS）制作。在主纜索股的兩端設(shè)置熱鑄錨，錨杯內(nèi)澆注鋅銅合金，使平行鋼絲與錨杯相連。索股錨頭與錨碇后錨面采用承壓式連接，通過在錨頭和墊板之間增加調(diào)整墊板的方式來調(diào)整主纜長度。

鑒于本橋位運輸條件極為不便，未采用常規(guī)懸索橋常用的127 絲和91 絲索股，而采用了重量較輕的61 絲索股。單根主纜由18 股通長索股組成、直徑5.0 mm 的鍍鋅高強鋼絲組成，鋼絲公稱抗拉強度為1 670 MPa。主纜空隙率索夾內(nèi)取18 %，索夾外取20 %。主纜經(jīng)整形緊纜后為圓形，索夾內(nèi)直徑為183 mm，索夾外直徑為185 mm。主纜斷面和索股斷面如圖4 和圖5 所示。

圖4 主纜斷面

圖5 索股斷面

4 吊索和索夾設(shè)計

大橋為單跨吊人行索橋，中跨設(shè)置吊索。吊索與橋塔中心線的水平距離、相鄰吊索之間的水平間距均為3 m。綜合考慮材料性能、制造加工、安裝維護、后期更換等多方面因素，結(jié)合本橋吊索的受力特點，經(jīng)比選后選用鋼絲繩吊索，且每一吊點設(shè)1 根吊索。吊索與索夾之間采用銷鉸式連接方式，與主梁之間為承壓式連接。梁端錨頭設(shè)有球面墊圈，以減小吊索的彎折。

圖6 吊索構(gòu)造

吊索分為兩種，一種是端部抗風(fēng)拉索附近的吊索，由于其受力較大，定義為加強吊索；其余吊索為一般吊索。吊索均采用鍍鋅鋼芯鋼絲繩，公稱抗拉強度為1670 MPa，結(jié)構(gòu)形式為6×37S+IWR。索體外包覆高密度PE 護套，以獲取更好的防護效果。

吊索纜端錨頭由錨杯與叉形耳板構(gòu)成，二者通過螺紋連接。錨杯采用熱鑄錨形式，錨杯內(nèi)澆注鋅銅合金，使吊索鋼絲與錨杯相連。

吊索梁端錨頭采用承壓式設(shè)計，由錨杯與大型承壓錨固螺母構(gòu)成。錨杯采用熱鑄錨形式，錨杯內(nèi)澆注鋅銅合金，使吊索鋼絲與錨杯相連。吊索在制造、架設(shè)過程中的長度誤差，可以通過調(diào)節(jié)錨固螺母在錨杯上的位置來進行消除。

索夾采用上下對合結(jié)構(gòu)。上下兩半索夾用高強螺桿連接并抱合、夾緊在主纜上，接縫處嵌填橡膠防水條防水。

本橋索夾分為有吊索索夾和無吊索的緊纜索夾兩種。為了方便制造，本橋索夾均設(shè)計為相同長度，耳板銷孔位置稍有不同，以適應(yīng)索夾傾角的變化。索夾壁厚均設(shè)計為25 mm。

5 抗風(fēng)纜設(shè)計

為增加主梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在主梁下方兩側(cè)設(shè)置抗風(fēng)纜?？癸L(fēng)纜由7 根鍍鋅鋼絲繩組成，通過抗風(fēng)纜索夾鎖緊在一起，在兩端通過散索套散開，錨固于抗風(fēng)索錨樁。

圖7 抗風(fēng)纜構(gòu)造

每根鋼絲繩公稱直徑為φ 56mm，公稱抗拉強度為1670 MPa，結(jié)構(gòu)形式為8×55SWS+IWR。鋼絲繩兩端設(shè)套筒式熱鑄錨，在錨杯內(nèi)澆注鋅銅合金，使鋼絲繩鋼絲與錨杯相連。鋼絲繩錨頭與抗風(fēng)纜錨樁后錨面采用承壓式連接，通過在錨頭和墊板之間增加調(diào)整墊板的方式來調(diào)整抗風(fēng)纜長度。抗風(fēng)纜整圓后公稱直徑為φ 160mm。

6 抗風(fēng)拉索和索夾設(shè)計

抗風(fēng)拉索將抗風(fēng)纜和主梁聯(lián)系在一起，提高主梁抗風(fēng)能力的同時，也增加了結(jié)構(gòu)體系的剛度。

圖8 抗風(fēng)拉索構(gòu)造

抗風(fēng)拉索采用鍍鋅鋼芯鋼絲繩，索體外包覆高密度PE 護套防護。抗風(fēng)拉索分為兩種，一種是位于端部的抗風(fēng)拉索，受力較大，定義為加強抗風(fēng)拉索，公稱直徑為φ42 mm；其余為一般拉索，公稱直徑為φ22 mm。

7 索鞍設(shè)計

塔頂主索鞍是用于支撐主纜的永久性結(jié)構(gòu)件，安裝于索塔頂部，承受主纜的豎向壓力，并將主纜的豎向壓力均勻地傳遞到索塔。

主索鞍鞍體采用全鑄型結(jié)構(gòu)，鞍體下設(shè)不銹鋼板，以適應(yīng)施工中的相對移動。為了增加主纜鋼絲與鞍槽間的摩阻力，并方便索股定位，在鞍槽內(nèi)部設(shè)置豎向隔板。索股全部就位并調(diào)股后，在主纜鋼絲頂部用鋅塊填平，并進行封水處理。之后，用拉桿將鞍槽側(cè)壁拉緊。

塔頂設(shè)有底座，以安裝主索鞍。底座上面設(shè)有不銹鋼板，與鞍體下表面的不銹鋼板構(gòu)成不銹鋼滑動副。

圖9 塔頂主索鞍構(gòu)造示意圖

人形索橋主纜直徑較小，索股根數(shù)不多，宜采用散索套將主纜索股分散后錨固于錨碇上。散索套采用上下對合結(jié)構(gòu)形式，由等直徑的摩阻段和變直徑的散索段組成。上下兩半散索套體用高強螺桿連接并抱合、夾緊在主纜索股上，接縫處嵌填橡膠防水條防水。

圖10 散索套構(gòu)造示意圖

8 結(jié)語

山東臨沂蒙山天蒙旅游區(qū)人行索橋是世界最大跨度的人行索橋，結(jié)構(gòu)形式是單跨吊懸索橋。為提高抗風(fēng)穩(wěn)定性，增設(shè)抗風(fēng)纜和抗風(fēng)拉索，因此比常規(guī)懸索橋結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。本文較詳細(xì)介紹了主纜、吊索和索夾、抗風(fēng)纜、抗風(fēng)拉索和索夾、主索鞍、散索套的設(shè)計情況，是對設(shè)計工作的技術(shù)總結(jié)，也為將來類似橋梁的設(shè)計提供參考。

圖11 天蒙景區(qū)人行懸索橋纜索系統(tǒng)建成效果