懸索橋AS空中紡線法索股調整大噸位握索器設計及抗滑移試驗研究

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構，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。主纜設計采用AS空中紡線法架設施工，在國內尚屬首次。主纜所有鋼絲均為直徑5.35 mm、公稱抗拉強度為1860 MPa的高強度鍍鋅鋼絲，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行垂度調整，調整條件與穩定觀察時間要求與PPWS法相同，1#基準索股采用絕對垂度調整，其余索股采用相對垂度調整，索股調整時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，單根索股常用規格有兩種：91和127根鋼絲；而陽寶山特大橋主纜設計采用的是AS法，其編制的索股截面為圓形，單根索股鋼絲根數最多達到336根，鋼絲根數是前者的2～3倍，索股調整張力將大大增加，因此在主纜架設前有必要對大噸位握索器進行專項設計并驗證其可靠性。

2 握索器結構設計

大噸位握索器采用分離式結構設計，其結構如圖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，單個構件自重輕，便于在貓道上進行握索器頻繁拆裝作業。大噸位握索器施加螺栓預緊力、設置楔形面提供足夠抗滑移阻力，滿足索股調整的張力需求；內置楔形齒塊設計可更換，適應不同鋼絲數編制而成的索股。索股調整時，在索鞍處設置大噸位穿心式千斤頂通過張拉鋼絞線提離索股進行垂度調整，相比卷揚機調整更加方便。

圖1 大噸位握索器三維設計圖

3 抗滑移試驗

3.1 試件及儀器

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

圖2 握索器抗滑移試驗布置圖

3.2 試驗步驟

(1)試驗準備及試件安裝

按照握索器抗滑移試驗布置圖要求，進行試驗前準備工作。

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

②安裝1#試驗握索器，單套握索器長840 mm，共有24個10.9級M30高強螺栓，各螺栓按照先中間后兩邊且對角的順序進行施擰，首次擰緊力按照50%設計預緊力進行；

③安裝鋼墊板及200 t穿心式千斤頂；

④安裝2#試驗握索器，高強螺栓進行逐級施擰，直至達到設計預緊力，再逐級施擰1#試驗握索器；

⑤分別在1#和2#試驗握索器外側安裝百分表，測量握索器滑移量。

(2)試驗加載

①分步頂推千斤頂，分別按照0.5P、0.8P和P進行逐級加載，千斤頂油壓保持穩定，持荷時間20 min，期間觀察百分表讀數是否為零，判斷握索器是否滑移；

②按照PS-P差值，分10級加載，每級荷載0.1P，持荷時間5 min，記錄百分表和油壓表數值，直至試驗握索器發生持續滑移。

試驗加載過程中，如果試驗握索器發生滑移達到1 mm且頂推力與滑移量出現顯著下降或者試驗裝置出現破壞時，加載必須立即停止。

4 試驗結果及分析

4.1 抗滑移性能

本次試驗進行了兩次，第1次試驗高強螺栓50%設計預緊力(125 kN)加載，第2次試驗高強螺栓100%設計預緊力(250 kN)加載。第1次和第2次試驗時，試驗握索器滑移量隨油缸推力變化曲線分別如圖3、圖4所示，在達到試驗抗滑設計值后，在油缸額定荷載下繼續加載至試驗握索器持續滑移失效為止。

圖3 頂推力-滑移量曲線(125 kN)

圖4 頂推力-滑移量曲線(250 kN)

按照上述兩次試驗結果可以看出，所設計的大噸位握索器抗滑移性能滿足設計要求。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，當油缸推力大于握索器自身所受的最大靜摩擦力時滑移量迅速增加、持續滑移，同時油缸油壓不再處于穩壓狀態而迅速下降，試驗終止。

4.2 摩擦因素驗證

握索器在持續滑移臨界狀態時，預緊力125 kN時油缸推力916.5 kN，預緊力250 kN時油缸推力1 567.3 kN，各螺栓軸力實測值如表1所示。根據油缸推力與各螺栓軸力實測值可計算，握索器預緊力125 kN時摩擦因素約為0.21，握索器預緊力250 kN時摩擦因素約為0.195，均大于理論計算時相關規定的摩擦因數0.15的最小取值要求，因此結構是偏安全的。

表1 握索器持續滑移時螺栓軸力實測值

4.3 試驗現象

本次抗滑移試驗現場，試驗結束后將穿心千斤頂泄壓，拆下后的握索器內部滑移劃痕。

5 工程應用

經過廠內抗滑移性能試驗驗證結構可靠后，大噸位握索器已成功應用于陽寶山特大橋索股調整作業。索股調整盡量選擇在夜間氣溫穩定時進行，塔頂索鞍處設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行逐步調整。本次抗滑移試驗研究對大噸位握索器結構設計可靠性、合理性等進行了很好驗證，同時為2 000 m級懸索橋AS法主纜架設所需大噸位握索器設計提供了有力支撐。

6 結 語

為驗證所設計的大噸位握索器是否能夠滿足陽寶山特大橋AS法主纜架設索股調整要求，進行了握索器抗滑移性能試驗，試驗得到如下結論：

(1)握索器實際抗滑移力達到1 567.3 kN，結構安全系數約2.3，滿足設計要求，可以保證現場索股調整施工安全。

(2)螺栓預緊力大小直接影響握索器的抗滑移性能，且實測螺栓軸力存在一定程度衰減；握索器高強螺栓實際施擰時應按相關規范要求先兩端后中間且對角的順序進行，保證各高強螺栓預緊力盡可能準確、均勻一致。

(3)通過試驗驗證，握索器摩擦因素實測計算值約0.2，比相關規范取值0.15偏大，結構偏安全。