雙塔懸索橋索夾螺桿預(yù)緊力分析

孟 林 楊 輝

（1.華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，南京 210014；2.江蘇科技大學(xué)，鎮(zhèn)江 212100）

1 研究背景

索夾是懸索橋受力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著將橋梁荷載傳遞至主纜的重要作用。索夾螺桿預(yù)緊力下降會增加索夾滑移的風(fēng)險[1]。國內(nèi)某懸索橋吊索處主纜開裂，如圖1所示。

圖1 國內(nèi)某懸索橋吊索處主纜開裂

通過給索夾螺桿施加一定的預(yù)緊力，可避免索夾出現(xiàn)滑移情況，對于保障受力體系具有至關(guān)重要的作用。國內(nèi)外對于主跨1 000 m以上的大跨徑懸索橋較為重視。例如，主跨1 385 m的江陰大橋、主跨 1 080 m的泰州大橋、主跨1 418 m的南京長江第四大橋和主跨1 650 m的西堠門大橋，均對索夾螺桿預(yù)緊力進(jìn)行了檢測和緊固工作，并理解和掌握了其受力分布的規(guī)律。

整體呈現(xiàn)的主要受力規(guī)律如下[2]：（1）索夾螺桿預(yù)緊力會隨著時間逐漸減小，下降幅度較大，下降30%～74%；（2）單次整體補(bǔ)張后，預(yù)緊力在前10 d下降較為迅速，之后逐步趨于緩慢至基本穩(wěn)定；（3）多次整體補(bǔ)張后，相比于上一次補(bǔ)張，前10 d預(yù)緊力下降的幅度呈逐次降低趨勢；（4）相同的時間周期內(nèi)，靠近主塔附近的索夾螺桿預(yù)緊力的下降幅度超過跨中附近的索夾螺桿。

大跨徑懸索橋需要多次檢測和補(bǔ)張。人們對于索夾螺桿預(yù)緊力的受力規(guī)律有著較為清晰的認(rèn)識，但對中小跨徑懸索橋鮮有涉及。掌握中小跨徑懸索橋運(yùn)營期索夾螺桿預(yù)緊力的規(guī)律，對橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和建立正確的養(yǎng)護(hù)策略具有重要意義。

2 索夾螺桿預(yù)緊力

國內(nèi)某跨江大橋主橋采用（83+260+83）m的自錨式懸索橋，分為1#懸索橋和2#懸索橋，于2008年12月建成通車[3]。其中，索夾為銷接式，采用上下對合的結(jié)構(gòu)形式。上下兩個半索夾螺栓相連并夾緊于主纜。全橋索夾共分為主纜定型的緊箍索夾、主纜索鞍出口處防護(hù)密封的封閉索夾、連接主纜與吊索的吊索索夾3類。每座懸索橋上下游各安裝有26個吊索索夾，從一側(cè)主塔向另一側(cè)主塔按1#～26#編號，其中每個吊索索夾有6～22個螺桿，由跨中向主塔方向螺桿數(shù)量逐漸增多。懸索橋吊索編號如圖2所示。

圖2 懸索橋吊索編號（單位：mm）

兩座自錨式懸索橋通車10年后，于2019年全面檢測吊索索夾。每座懸索橋各檢測672根，檢測結(jié)果為：1#懸索橋有563根螺桿預(yù)緊力小于設(shè)計(jì)預(yù)緊力，數(shù)量占比為83.8%；2#懸索橋有558根螺桿預(yù)緊力小于設(shè)計(jì)預(yù)緊力，數(shù)量占比為83.0%；1#懸索橋索夾螺桿平均預(yù)緊力為425.2 kN，占設(shè)計(jì)預(yù)緊力的73.6%；2#懸索橋索夾螺桿平均預(yù)緊力為393.4 kN，占設(shè)計(jì)預(yù)緊力的68.1%。1#懸索橋預(yù)緊力分布相關(guān)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)信息，如表1、圖3和圖4所示；2#懸索橋預(yù)緊力分布相關(guān)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)信息，如表2、圖5和圖6所示。其中，T為平均預(yù)緊力，Pc為設(shè)計(jì)預(yù)緊力。

圖5 2#懸索橋索夾螺桿預(yù)緊力分布圖

圖6 2#懸索橋各索夾螺桿平均預(yù)緊力統(tǒng)計(jì)圖

表1 1#懸索橋現(xiàn)存預(yù)緊力分布統(tǒng)計(jì)表

表2 2#懸索橋現(xiàn)存預(yù)緊力分布統(tǒng)計(jì)表

圖3 1#懸索橋索夾螺桿預(yù)緊力分布圖

圖4 1#懸索橋各索夾螺桿平均預(yù)緊力統(tǒng)計(jì)圖

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以得出以下規(guī)律：各索夾螺桿的平均預(yù)緊力存在不同程度的損失，且小于設(shè)計(jì)預(yù)緊力的螺桿數(shù)量達(dá)到80%以上；平均預(yù)緊力損失率達(dá)到26.4%～32.1%，損失率小于大跨徑懸索橋；索夾螺桿平均預(yù)緊力整體呈現(xiàn)跨中且損失小，靠近主塔位置處呈現(xiàn)損失較大的趨勢，與大跨徑懸索橋索夾螺桿預(yù)緊力分布規(guī)律一致；索夾螺桿預(yù)緊力大致呈對稱性分布，與對稱位置的索夾螺桿預(yù)緊力較為接近。

3 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)策略

根據(jù)《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D65—05—2015）可知，吊索索夾抗滑系數(shù)應(yīng)不小于3。由各個懸索橋的檢測結(jié)果可知，索夾螺桿預(yù)緊力存在普遍下降的現(xiàn)象。大跨徑懸索橋索夾螺桿平均預(yù)緊力損失程度可高達(dá)70%[1]；小跨徑懸索橋損失程度相對偏小，運(yùn)營10年后損失達(dá)到30%，單個索夾損失率更高。預(yù)緊力的降低導(dǎo)致索夾抗滑移安全系數(shù)和性能降低，存在滑移的風(fēng)險，影響橋梁安全[4]。常規(guī)的檢查很難發(fā)現(xiàn)索夾是否存在滑移現(xiàn)象，無法判斷索夾是否存在安全隱患。根據(jù)相關(guān)橋梁的檢測經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)營養(yǎng)護(hù)需采取以下主要措施。一方面，對于運(yùn)營期的懸索橋盡快開展索夾螺桿預(yù)緊力的檢測和補(bǔ)張工作。索夾螺桿預(yù)緊力的檢測工作可有效檢測預(yù)緊力的損失情況，做到全面了解橋梁的安全風(fēng)險。補(bǔ)張工作可以及時補(bǔ)足預(yù)緊力不足的螺桿，降低甚至消除安全隱患[5]。另一方面，定期跟蹤檢測和補(bǔ)張已經(jīng)檢測且補(bǔ)張的螺桿。檢測和補(bǔ)張工作并非一勞永逸，索夾螺桿預(yù)緊力會隨著時間逐漸減小。因此，需定期跟蹤螺桿預(yù)緊力的變化情況，以便采取正確及時的養(yǎng)護(hù)措施。

4 結(jié)語

隨著已建成的懸索橋數(shù)量的逐漸增加，運(yùn)營期的養(yǎng)護(hù)需盡快提上日程。索夾螺桿預(yù)緊力會隨著時間逐步降低，時間越久，下降幅度越大。預(yù)緊力的降低會降低索夾抗滑系數(shù)，從而威脅橋梁結(jié)構(gòu)的安全，因此螺桿預(yù)緊力的檢測和補(bǔ)張工作尤為重要。此外，不同部位的索夾螺桿預(yù)緊力的損失程度不同，可以根據(jù)具體情況，在一定年限內(nèi)實(shí)現(xiàn)索夾的全部檢測并補(bǔ)張。