空間索面自錨式懸索橋的散索套定位安裝問題探討

秦建剛 李景合 萬 送 梅秀道

（中鐵大橋局集團武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司1） 武漢 430034）

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司武漢分院2） 武漢 430056）

隨著我國經(jīng)濟實力的增強和橋梁設(shè)計建造技術(shù)的發(fā)展，自錨式懸索橋以其結(jié)構(gòu)造型美觀，經(jīng)濟性能好，對地形和地質(zhì)狀況適應(yīng)性強等優(yōu)點受到人們越來越多的青睞［1］．國內(nèi)外自錨式懸索橋建成和在建的至今為止已有20余座，但這種空間索面的自錨式懸索橋設(shè)計和修建過的不多，吊索的張拉施工復(fù)雜，有必要對張拉過程進行計算分析．

廣州獵德大橋位于廣州大橋與華南大橋之間，北岸與獵德路相接，南岸與新港東路立交相接，其主橋為獨塔空間索面自錨式混合梁懸索橋，采用全漂浮體系，其跨徑組合為47m＋167m＋219m＋47m，全長480m．47m邊跨為混凝土箱梁，167m＋219m中跨為鋼箱梁．橋塔高128m，外形新穎獨特，塔身似2個貝殼弧形殼體相扣［2］．

全橋共設(shè)兩根主纜，每根主纜由33股127絲Φ5．3mm的鍍鋅高強鋼絲組成．采用鋼絲繩吊索，每側(cè)吊點設(shè)2根吊索，吊索和索夾采用騎跨式連接，吊索與加勁梁采用球形鉸連接，以減小吊索彎折．吊索鋼絲繩公稱直徑為Φ64mm和Φ48mm 2種．

主纜在北岸設(shè)置為散索套，南岸設(shè)置為散索鞍．施工過程中散索套采用臨時支撐，成橋后拆除臨時支撐．

1 成橋及空纜狀態(tài)分析

自錨式懸索橋一般采用先施工主梁再架設(shè)主纜的施工方法［3］，因此主纜錨固體系是在錨固跨施工時完成，索導(dǎo)管已按照成橋角度定位安裝，而在主纜架設(shè)和吊索張拉階段，主纜的線形相對于成橋狀態(tài)變化往往較大［4］，這樣就容易造成在施工過程中主纜索股在索導(dǎo)管管口發(fā)生刮擦，對主纜的耐久性造成影響，因此散索套如何定位安裝對后續(xù)施工相當(dāng)重要．為此建立有限元計算模型見圖1，計算得到主纜在成橋和空纜狀態(tài)下北岸散索點的坐標(biāo)見表1．

圖1 計算模型

表1 散索點坐標(biāo)m

由表1可見，理論散索點在成橋和空纜狀態(tài)下的差別較大，橫橋向在空纜狀態(tài)與成橋狀態(tài)相差28．1cm，豎向相差9．2cm，若散索套按照空纜坐標(biāo)來安裝，由于索導(dǎo)管管口基本位于散索點與錨點的中間位置，換算得到索股在索導(dǎo)管管口處的橫向與成橋差約為14cm、豎向約為4．6cm，而單根索股的直徑為7cm，索導(dǎo)管直徑為22cm，這樣主纜在索導(dǎo)管最大允許偏差為7．5cm，主纜橫向必然與索導(dǎo)管管口發(fā)生刮擦，見圖2．

圖2 主纜散索圖

2 吊索張拉施工過程模擬分析

按照原設(shè)計的吊索張拉次序，見表2．在張拉吊索21階段散索點豎向位移約為80cm（與成橋位置相比），顯然主纜索股會與在索導(dǎo)管口出現(xiàn)彎折現(xiàn)象．若在體系轉(zhuǎn)換過程中采用臨時固定散索套豎向的措施，則須提供約為1 700kN的豎向向下約束力，而原設(shè)計圖未標(biāo)明混凝土梁澆注前須在散索套下布置足夠的錨固鋼筋以提供反力，故臨時固定散索套的方案較難實現(xiàn)．

3 吊索張拉次序的優(yōu)化

由于各種條件限制，如吊索的承載力、張拉設(shè)備的數(shù)量和能力、主梁和主塔的承載力等，全橋的吊索不可能通過一次張拉完成，必須多次逐步張拉，才能達到設(shè)計值，期間還要對塔頂索鞍進行多次頂推．吊索張拉的次數(shù)、索鞍頂推的次數(shù)、接長桿的數(shù)量和長度將對施工工作量、工期及施工費用有較大影響．因此，如何在多種約束條件下，采用合理的張拉方案，用盡量少的反復(fù)張拉吊索次數(shù)使全橋的吊索拉力達到設(shè)計狀態(tài)是施工控制需要研究的一個問題［5］，鑒于以上情況，為了避免主纜的刮擦，經(jīng)過大量的優(yōu)化計算，形成如表3的方案．

該方案根據(jù)無應(yīng)力狀態(tài)控制法的原理［6］，以成橋狀態(tài)主纜和吊索的無應(yīng)力長度為最終索長進行吊索張拉，要求將北岸散索套的橫向位置約束在其成橋位置處，豎向不約束，而同時要保證能在縱橋向自由移動．計算得到整個吊索張拉過程中散索套的最大橫向約束反力為105．2kN，僅比空纜94．5 kN大10．7kN，橫向約束散索套比較容易；散索點的最大豎向位移為0．097m，而索導(dǎo)管管口基本位于散索點與錨點的中間位置，換算得到索導(dǎo)管管口處主纜索股的最大豎向位移約為0．049m，小于主纜索股在索導(dǎo)管管口最大允許偏差7．5cm，也就是說主纜索股與索導(dǎo)管管口基本不會刮擦．

表2 原設(shè)計張拉方案

4 結(jié)束語

散索套的安裝必須考慮后續(xù)施工中主纜索股是否會與索導(dǎo)管管口發(fā)生刮擦的問題．由于索導(dǎo)管的角度是按成橋狀態(tài)確定的，因此解決這個問題的途徑就是盡量把散索套約束到成橋位置，通過反復(fù)驗算控制散索套在主纜架設(shè)和吊索張拉階段的位移和約束反力，來達到目的．本文以廣州獵德大橋為例，散索套橫橋向按成橋坐標(biāo)，縱向和豎向按空纜坐標(biāo)安裝，然后通過約束橫向，并先張拉靠近散索套的吊索可以使散索套基本在成橋位置，從而解決了主纜索股會與索導(dǎo)管管口發(fā)生刮擦的問題，希望能為同類橋梁建設(shè)提供參考．

表3 吊索張拉優(yōu)化方案

［1］劉小飛，鄭凱峰．自錨式懸索橋吊索張拉過程計算分析［J］．四川建筑，2007（1）：173－174．

［2］謝尚英，任清順，鄭愛華．廣州獵德大橋曲面索塔設(shè)計［J］．橋梁建設(shè)，2008（1）：30－32．

［3］張 哲．混凝土自錨式懸索橋［M］．北京：人民交通出版社，2005．

［4］葉覺明．三塔懸索橋主纜施工應(yīng)用技術(shù)問題分析和探討［J］．橋梁建設(shè)，2008（1）：69－72．

［5］邱文亮，張 哲．自錨式懸索橋施工中吊索張拉方法研究［J］．大連理工大學(xué)學(xué)報，2007（4）：552－556．

［6］秦順全．橋梁施工控制無應(yīng)力狀態(tài)法理論與實踐［M］．北京：人民交通出版社 ，2007．