抗拔錨桿對人行索道橋輕型橋臺的平衡穩(wěn)定作用

李光軍

廣東睿博建筑設(shè)計(jì)研究有限公司 廣東 清遠(yuǎn) 511538

引言

人行索道橋由穩(wěn)定索、橋面索及橋面板等組成懸索受拉體系[1]，因造型美觀、施工方便、跨越能力較強(qiáng)，且能與周圍環(huán)境和地形地貌相協(xié)調(diào)，成為景區(qū)人行橋梁的常選橋型結(jié)構(gòu)。臺背高填土可能會(huì)導(dǎo)致地基土層移位、沉降，成為影響橋梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的重要因素[2-3]，但在人行索道橋中，橋臺的平衡穩(wěn)定往往由主纜水平拉力控制。抗拔錨桿主要用于建筑工程抗浮設(shè)計(jì)，此外，在中心湖[4]、取水泵房[5]等工程中也有應(yīng)用的實(shí)例。

1 工程背景

某景區(qū)人行索道橋，采用單跨主纜承重結(jié)構(gòu)體系，計(jì)算跨徑 ，理論垂度 ，垂跨比（ ）約為1/16.5。主纜選用6根1960MPa鋼絲繩（26 6×19S-FC 1960 B zS），橫橋向間隔0.5m布置，兩端固定在輕型橋臺內(nèi)；橋面凈寬2.5m，兩側(cè)各由4股鋼絲繩（18 6×19S-FC 1770 B zS）和1股麻繩（Φ30）組成欄桿扶手[6-7]，同樣固定在輕型橋臺內(nèi)；橋面板為270cm×19cm×6cm厚木板，通過16a槽鋼組成的縱、橫梁密鋪于主纜上；兩端輕型橋臺底板上各設(shè)置9根（3×3）抗拔錨桿，正方形布置，間距1.25m，豎向傾角為10°，單根錨桿軸向抗拔力標(biāo)準(zhǔn)值為180kN。橋型總體布置及錨桿連接構(gòu)造如圖1～2所示。

2 有限元分析計(jì)算

2.1 有限元模型

為簡化分析，假定橋面板剛度無窮大，選取中間某根主纜，應(yīng)用MIDAS/Civil建立單根主纜模型，如圖3所示。

有限元模型共有257個(gè)節(jié)點(diǎn)、256個(gè)單元，其中，主纜采用索單元模擬，兩端固結(jié)；橋面系二期恒載通過調(diào)整主纜重度的方式計(jì)入，人群荷載以節(jié)點(diǎn)荷載的形式輸入。主要參數(shù)取值為：主纜抗拉剛度EA= 109315.96kN·m，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值g1K=0.145kN/m，可變作用（人群荷載）標(biāo)準(zhǔn)值qK= 2.5kN/m。

2.2 不同垂跨比下主纜內(nèi)力

懸索橋主纜的設(shè)計(jì)垂跨比通常在1/9～1/11之間[8-9]，人行索道橋?qū)φ駝?dòng)比較敏感，垂跨比較大時(shí)振動(dòng)尤為明顯。本橋取用較小的垂跨比（1/16.5），主要基于橋下凈空與橋型美觀性、行人安全性和舒適性等方面的考慮。表1列出了不同垂跨比下主纜端部截面內(nèi)力，其中，工況一為僅承受永久作用標(biāo)準(zhǔn)值組合，工況二為永久作用標(biāo)準(zhǔn)值與人群作用標(biāo)準(zhǔn)值或頻遇值組合（下同）。

表1 不同垂跨比下主纜端部截面軸力匯總表（單位：kN）

從表1可以看到：工況一的主纜內(nèi)力約為工況二的6%，主纜內(nèi)力主要由可變作用（人群荷載）控制，且隨著垂跨比的增大而減小。此外，垂跨比的增大意味著橋下凈空的壓縮，如橋下凈空受限，則需“抬升”主纜，會(huì)對橋臺高度、基礎(chǔ)尺寸、路橋銜接的平順性等造成一定影響。

如考慮行人手推自行車及童車的情況，參考城市人行天橋坡度不宜陡于1∶4的規(guī)定[10-11]，本橋在空載和滿載的情況下主纜端部坡度（全橋最大坡度）計(jì)算值分別為1∶4.109、1∶3.847，與1∶4比較接近，說明選用1/16.5的垂跨比是比較合理的。

3 抗拔錨桿對輕型橋臺的平衡穩(wěn)定作用

3.1 橋臺平衡穩(wěn)定驗(yàn)算

取1延米輕型橋臺（扶臂式擋土墻），通過理正巖土軟件驗(yàn)算工況一和工況二的地基承載力、基底偏心距和基礎(chǔ)穩(wěn)定性[11]，驗(yàn)算結(jié)果如表2所示：

表2 設(shè)置抗拔錨桿時(shí)橋臺驗(yàn)算表

表2中，各巖土參數(shù)取值為：地基土黏聚力c=15kPa，內(nèi)摩擦角φ=26°，修正后的地基承載力特征值fa= 2 60kPa，地基土對基底摩擦系數(shù)μ=0.4；各驗(yàn)算項(xiàng)的限值要求為：基底平均壓應(yīng)力p≤fa，基底最大壓應(yīng)力pmax≤ 1.25fa，合力偏心距e0≤ 0.75ρ（工況一，ρ為截面核心半徑）或e0≤ρ（工況二），抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)k0≥1.5，抗滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)kc≥ 1.3。驗(yàn)算結(jié)果表明，工況一和工況二下輕型橋臺各驗(yàn)算項(xiàng)均滿足要求。

3.2 不設(shè)抗拔錨桿時(shí)橋臺平衡穩(wěn)定分析

在不設(shè)置抗拔錨桿的情況下，輕型橋臺各項(xiàng)驗(yàn)算結(jié)果如表3所示：

表3 不設(shè)抗拔錨桿時(shí)橋臺驗(yàn)算表

此時(shí)，工況二下橋臺的平衡穩(wěn)定驗(yàn)算不通過，主要原因?yàn)橹骼|水平分力及其力臂較大，對輕型橋臺的平衡穩(wěn)定產(chǎn)生了較大的影響。現(xiàn)調(diào)整主纜垂跨比以降低其水平拉力，直至工況二下橋臺的平衡穩(wěn)定驗(yàn)算滿足要求，驗(yàn)算結(jié)果見表4：

表4 調(diào)整垂跨比后橋臺驗(yàn)算表（工況二）

從表4可以看到，隨著垂跨比（f/L）的增大，p值幾乎不變，pmax和e0逐漸變小，k0和kc逐漸變大。當(dāng)f/L等于1/5.645，即垂度為4.535m時(shí)，各驗(yàn)算項(xiàng)均能滿足要求，此時(shí)橋下凈空減少2.985m，而主纜端部坡度將達(dá)到1∶1.4左右，顯然，調(diào)整垂跨比的措施不合理也不可取。

4 結(jié)束語

本文研究了不同垂跨比下人行索道橋主纜內(nèi)力的變化規(guī)律，論證分析了抗拔錨桿對人行索道橋輕型橋臺的平衡穩(wěn)定作用，主要結(jié)論如下：

主纜內(nèi)力受垂跨比的影響較大，垂跨比越大，主纜拉力越小；

主纜宜選用較小的垂跨比，可綜合考慮橋下凈空與橋型美觀性、行人安全性和舒適性等因素確定；

主纜水平分力及其力臂對輕型橋臺的平衡穩(wěn)定影響較大，僅靠調(diào)整主纜垂跨比的措施不合理也不可取，而抗拔錨桿的設(shè)置能夠較好地解決這一問題。