澧水懸索橋錨跨張力施工控制若干問題研究

李程 柯紅軍 陳凱

0 引言

懸索橋的主纜線形控制[1］主要是通過中跨與邊跨控制主纜標高、錨跨控制張拉力來實現(xiàn)的。中跨與邊跨的線形采用分段懸鏈線，用非線性迭代法來計算精確的成橋線形[2］，再以成橋時索股的無應力長度為條件計算架纜線形。工程實際應用表明，此方法能很好地與實際相符。但對于錨跨張拉力的大小、施工時如何控制[3］等問題，目前有很多看法，還未統(tǒng)一。

本文以張花高速澧水大橋(主纜跨徑布置為200m+856m+190m，主纜矢跨比為1/10)為背景，對錨跨張力計算方法及索股在散索鞍處滑移問題進行研究。

1 錨跨張力計算理論與方法

1.1 錨跨張力計算理論

目前對于計算空纜狀態(tài)下錨跨張力分布有兩種理論[3］:第一種理論認為應使成橋恒載狀態(tài)時錨跨各索股張力相等且考慮散索鞍平衡，根據(jù)各索股在空纜與成橋時分別相等計算空纜時錨跨索股張力。利用這種理論計算得到的空纜錨跨索股張力一般分布規(guī)律為底層大，上層小，且底層或頂與中心索股索力差異較大;第二種理論認為應根據(jù)架設主纜期間散索鞍的平衡條件來確定錨跨各索股張力，這種方法得到的錨跨索股張力分布總的趨勢也是底層大，上層小，但是底層及頂層與中心索股索力差較小，一般可以取相同值進行錨跨索股張力控制。本文基于施工階段與成橋階段的不同情況，采用第二種理論對應施工階段、第一種理論對應成橋階段進行錨跨張力控制計算。

1.2 錨跨張力計算方法

施工階段錨跨張拉力計算方法有兩種[4］:第一種是要求索股在鞍槽兩側(cè)的張拉力相等，其目的是使索股在散索鞍鞍槽內(nèi)不滑動;第二種是和主索鞍相同，要求鞍座兩側(cè)的索力在垂直于鞍座軸線的水平線上水平投影相等。

散索鞍按支撐形式分為搖軸式和滾軸式。搖軸式散索鞍是一種在鞍底設置轉(zhuǎn)動軸;滾軸式是一種以一斜面為支撐，鞍底設置滾軸，散索鞍可沿斜面滑動。澧水大橋散索鞍為搖軸式。參考沈銳利教授提出的以散索鞍平衡為條件，采用第二種方法，但對于擺軸式散索鞍采用對擺軸中心力矩為0的錨跨張力計算模式[4］。

如圖1所示，其中，Xci，Yci均為各根索股邊跨側(cè)在散索鞍的切點坐標;Xmi，Ymi均為錨跨側(cè)切點坐標;X0，Y0均為散索鞍擺軸中心點坐標;α為邊跨索股在散索鞍上的切線角;β為錨跨索股的豎直平面角;γ為水平面角;Mp為散索鞍自重對擺軸引起的中心力矩平均分配到每根索股上的值。

圖1 散索鞍錨跨張力計算圖

圖2 散索鞍臨時固定結(jié)構

按對擺軸中心力矩平衡條件可得，第i根索股錨跨張力計算公式為:

根據(jù)確定的計算理論以及計算方法，計算得各錨跨張力見表1。

表1 按力矩為0為條件計算得到的澧水特大橋空纜部分錨跨張力

1.3 澧水大橋錨跨張力控制計算

根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，澧水大橋散索鞍為搖軸式，在安裝散索鞍時施工方安裝了臨時固定結(jié)構，見圖2。索股架設階段散索鞍因重力對搖軸產(chǎn)生的力矩已經(jīng)被臨時固定結(jié)構的約束所平衡，且臨時固定結(jié)構在普通索股架設階段不會拆除。本著解決主要問題，忽略次要問題的原則，此時需要考慮的是索股不在散索鞍中滑動，可以忽略散索鞍本身的平衡問題。故實際施工時可以使用邊跨與錨跨張力相等為條件計算。計算得各錨跨張拉力見表2。

表2 按邊跨與錨跨張力相等條件計算得到的澧水特大橋空纜錨跨張力

待主纜全部架設完畢且緊纜之后，此時應依照第一種理論即應使成橋恒載狀態(tài)時錨跨各索股張力相等同時考慮散索鞍平衡為條件，根據(jù)各索股在空纜與成橋時分別相等計算空纜時錨跨索股張力再進行一次調(diào)控，以使得成橋時內(nèi)力達到設計要求。計算結(jié)果見表3。

表3 按第一種理論(成橋時錨跨各索股張力相等同時考慮散索鞍平衡)計算得到的澧水特大橋空纜部分錨跨張力

此時由于已經(jīng)緊完纜，再對索力進行調(diào)節(jié)不會對線形造成影響。這樣分兩階段對錨跨張拉力進行調(diào)控有利于線形、索力的雙重控制。

2 結(jié)語

1)對于兩階段錨跨張力控制，兩個階段使用兩個不同的理論進行計算。對于施工階段即主纜架設時，使用以散索鞍的平衡為條件確定錨跨各索股張力的理論來進行錨跨張拉力的計算較為合理;對于成橋階段即待主纜架設完且緊纜完成后，應使用成橋時錨跨各索股張力相等同時考慮散索鞍平衡的理論來進行錨跨張拉力計算;

2)分兩階段對錨跨張力進行控制。第一階段即主纜架設時，此時的控制原則為防止索股在散索鞍相對滑動，也符合主纜架設時“線形控制為主，索力控制為輔”的原則;第二階段為緊纜后，此時的控制原則為使成橋內(nèi)力達到設計要求，此時進行錨跨張力再調(diào)控已經(jīng)不會影響線形，最終使得成橋后線形，內(nèi)力都達到設計目標;

3)對于搖軸式散索鞍，由于存在臨時固定結(jié)構，所以施工階段可以采用邊跨與錨跨張力相等為條件的計算方法。

[1]唐茂林，沈銳利，強士中.懸索橋成橋主纜線形計算的分段懸鏈線法[J］.鐵道學報，2003，25(1):87-91.

[2]唐茂林，沈銳利，強士中.大跨度懸索橋索股架設線形計算的精確方法[J］.西南交通大學學報，2001，36(3):303-307.

[3]沈銳利，張運波，高 偉.重慶鵝公巖大橋錨跨部分索股張力的測試與分析[J］.石家莊鐵道學院學報，2000，13(4):66-70.

[4]唐茂林.大跨度懸索橋空間幾何非線性分析與軟件開發(fā)[D］.成都:西南交通大學，2003:45-47.