斜拉橋鋼絲斜拉索錨杯放張與張拉量調(diào)整研究

徐旺

摘要：參考錨杯基本構(gòu)造和鋼絲錨固長度來確定斜拉索錨杯長度，通常會導致調(diào)整主梁線形偏差時的預留量不足。為了準確得出錨杯張拉和放張調(diào)整量，通過懸索理論，對斜拉索無應力長度受斜拉索錨固部位偏差、斜拉索彈性模量偏差以及斜拉索索力偏差的影響程度進行了分析。研究結(jié)果表明：規(guī)范中要求的錨杯放張調(diào)整值略有不足，張拉修正值基本可以達到標準；當錨固部位與索力不變時，在斜拉索彈性模量值較高的情況下，斜拉索長度越長，其無應力長度增量越大；在斜拉索彈性模量值較低的情況下，斜拉索長度越長，其△L2無應力長度增量越小，對于索長大于300m的長索和中索，要增大錨杯張拉端長度，以此提高放張調(diào)整量。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；斜拉索錨杯長度；無應力長度；放張調(diào)整量；彈性模量

0? ?引言

斜拉橋作為一種常用的橋梁類型，具有跨越能力較強、抗震能力好、造型優(yōu)美、受力性能好的優(yōu)點。近年來，斜拉橋在鐵路工程中的應用技術(shù)不斷提高，使國內(nèi)大跨鐵路橋梁鐵施工水平得到了較大的提升[1-3]。對于大跨鐵路斜拉橋來講，橋上永久荷載、施工以及制造等誤差，均會使主梁成橋時出現(xiàn)較大的線形偏差。如何準確控制成橋線形，以保證列車運行穩(wěn)定和安全，是建造大跨鐵路斜拉橋時要解決的關(guān)鍵問題[4-5]。通常通過改變成橋索力的方式，來調(diào)整斜拉橋主梁成橋線形，具體操作是調(diào)整錨杯上錨圈所處的位置以實現(xiàn)斜拉索的張拉和放張。

為了評價水泥攪拌樁防滲墻對大壩的防滲效果，此次研究通過有限元模擬，對局部土層實測滲透系數(shù)進行反演計算，并模擬分析了防滲墻在不同土層埋深和位置時防滲效果的變化規(guī)律，可為相關(guān)工程提供指導和借鑒。

1? ?工程概況

常山江特大橋57#墩～60#墩采用（117+240+117）m三線矮塔斜拉橋跨越常山江，線路與常山江夾角為59°。主梁為三向預應力混凝土結(jié)構(gòu)，橋塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斜拉索采用扇形布置。主梁結(jié)構(gòu)形式采用單箱雙室、變高度、變截面箱型結(jié)構(gòu)，中間支點根部梁高14.5m，跨中及邊支點處梁高均為7.0m，梁高按圓曲線變化。

箱梁橋面寬21.3m，中支點橋塔梁固結(jié)處橋面加寬至24.8m。頂板厚0.45m，至中支點附近加厚至0.7m，中支點局部加厚至1.65m，邊支點局部加厚至0.95m。底寬16.7m，中支點處局部底寬18.3m。底板厚度0.45～1.406m，中支點處局部底板厚3.80m，邊支點處局部底板厚0.95m。邊支點及靠近邊跨的0號塊處底板設直徑0.8m檢查孔，底板上設截水槽、泄水孔。

斜拉索采用單絲涂覆環(huán)氧涂層鋼絞線拉索體系，外套HDPE，平行雙索面體系。斜拉索梁上縱距9.0m，橫距19.8m，主梁內(nèi)設置錨固梁，張拉端設置在梁上。斜拉索在塔端采用分絲管索鞍貫通，上下間距1.5m，索鞍設置雙向抗滑裝置。斜拉索規(guī)格分15.2-55和15.2-61兩種，抗拉強度標準值為1860MPa，斜拉索采用單根張拉。

2? ?鋼絲斜拉錨索杯調(diào)整量研究

通常以改變成橋索力的方式來調(diào)整斜拉橋主梁成橋線形，具體操作是調(diào)整錨杯上錨圈所處的位置來實現(xiàn)斜拉索的張拉和放張，在根本上為調(diào)整斜拉索無應力長度。對其造成影響的主要因素包括斜拉索錨固部位偏差、斜拉索彈性模量偏差以及斜拉索索力偏差，此次主要研究斜拉索無應力長度受到以上3個因素的影響程度，并分析了鋼絲斜拉索錨杯調(diào)整量。

2.1? ?斜拉索索力偏差

造成斜拉橋索力偏差的主要因素為實際荷載和設計荷載相差較大。橋體構(gòu)件質(zhì)量誤差同樣會導致斜拉索索力出現(xiàn)偏差，對于這種偏差可通過施工監(jiān)測調(diào)整斜拉索下料長度來進行校正。除此之外，道碎容重離散性荷載偏差對鐵路斜拉橋的影響也較大。在鐵路設計規(guī)范種將21kN/m3定為碎石道容重，即道砟容重規(guī)范值為21kN/m3。

此規(guī)范值是鐵路線路通車使用多年后統(tǒng)計得出的數(shù)值，包括路基養(yǎng)護的補砟效應和鐵路運營荷載對路基的作用效果，明顯大于剛開始成橋時的道碎容，所以在設計橋梁穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強度時選擇此容重是較為合理的。不過在成橋初始階段，偏低的道砟容重會導致主梁出現(xiàn)上撓，斜拉索錨杯調(diào)整量Sz與S?在當設計線形已定時，要能夠滿足道砟質(zhì)量偏差所導致的主梁線形修正要求。

參考此橋道床來對標準橫斷面進行設計，道砟容重γ1為21kN/m3，換算出的q1為100.7kN/m（2線鐵路道設計荷載）；剛成橋階段的容重γ2為21kN/m3，得出的q2為81.5kN/m（2線鐵路道設計荷載）。4線鐵路道荷載相差值為38.4kN/m。通過q1與q2來對成橋索力F1和F2進行計算，如圖1所示為具體計算結(jié)果。同時可根據(jù)（F1-F2）/F1的方式來計算索力偏差。

從圖1中能夠看出，道砟容重離散性所造成的索力偏差為2%～4.8%，為了將索力偏差更加形象和具體的體現(xiàn)出來，將縱坐標與橫坐標分別定為無應力長度增量△L1與斜拉索長度L，同時考慮道砟容重離散性造成的索力偏差為5%，繪制兩者的關(guān)系曲線如圖2所示。

從圖2中能夠看出，△L1無應力長度增量在斜拉索長度未超過300m時小于43mm；△L1無應力長度增量在斜拉索長度在300～400m時的范圍為45～65mm；△L1無應力長度增量在斜拉索長度在400～500m時的范圍為65～81mm；△L1無應力長度增量在斜拉索長度超過500m時大于81mm。這說明長、中無應力長度受到斜拉索索力偏差的影響較大，要重點關(guān)注，在設計時要預留好調(diào)整空間。

2.2? ?斜拉索彈性模量偏差

相關(guān)規(guī)范中要求，斜拉索彈性模量要大于1.9×105MPa。此次所研究斜拉橋?qū)崪y斜拉索彈性模量范圍為19.5×105～

1.98×105MPa，達到規(guī)范標準。彈性模量E0會對斜拉索伸長性能造成較大的影響，同時也是影響無應力長度的一個主要因素。將斜拉索E0為2.00×105MPa情況下無應力長度視作對比標準，對E1和E2分別為1.9×105MPa、2.1×105MPa情況下的無應力長度進行計算，能夠得出無應力長度由斜拉索彈性模量偏差導致的變化值△L2。具體計算結(jié)果如圖3所示。

從圖3中能夠看出，當錨固部位與索力不變時，在斜拉索彈性模量值較高的情況下，斜拉索長度越長，其無應力長度增量越大。而在斜拉索彈性模量值較低的情況下，斜拉索長度越長，其△L2無應力長度增量越小?！鱈2無應力長度增量在斜拉索長度未超過300m時小于47mm。△L2無應力長度增量在斜拉索長度在300m～400m時的范圍為47～63mm。△L2無應力長度增量在斜拉索長度在400～500m時的范圍為63mm～71mm?！鱈2無應力長度增量在斜拉索長度超過500m時大于71mm。

類似于斜拉索索力偏差產(chǎn)生的影響規(guī)律，長、中無應力長度受到斜拉索彈性模量偏差的影響較大。所以建議在設計過程中以斜拉索E0為2.0×105MPa時對斜拉索下料長度進行計算，同時根據(jù)其在1.9×105～2.1×105MPa范圍來對張拉端錨杯修正量進行預留。

2.3? ?斜拉索錨固部位偏差影響

基礎(chǔ)不均勻沉降、測量誤差、操作失誤、混凝土收縮變形等，均會導致斜拉索錨固點部位出現(xiàn)偏差。外界環(huán)境對測量誤差影響比較大，為此盡量在夜間溫度比較穩(wěn)定時開展測量工作。通過主墩與橋塔錨固區(qū)支點橫梁預抬高的方式，可修正混凝土收縮變形與基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生的偏差，但無法準確計算出以上兩種偏差的具體值，所以需要在設計張拉端錨杯調(diào)整量時將上述偏差考慮在內(nèi)。

此次研究中將△H（塔端錨固點高程偏差）定為10cm，△L錨固點部位水平偏差根據(jù)相關(guān)規(guī)范取3cm與塔高H/3000間的較低值，以此分析無應力長度L受到各偏差的影響，并計算得出無應力長度增量△L3，如圖4所示為具體計算結(jié)果。

從圖4中能夠看出，接近塔根處短索無應力長度受到△H的影響較大，且△H對其產(chǎn)生的影響程度隨著斜拉索索長的增大而降低。斜拉索無應力長度受到△L的影響規(guī)律與△H造成的影響趨勢相反，長、中索受△L的影響較大。將△L和△H對無應力長度產(chǎn)生的影響進行疊加，得出△L3取值范圍為50～60mm。

3? ?調(diào)整錨杯張拉和放張的建議

整體考慮斜拉索無應力長度受上述3種偏差類型的影響，通過計算獲取斜拉索張拉端錨杯張拉和放張的調(diào)整量，并且結(jié)合相關(guān)規(guī)范中的標準，對錨杯修正標準值進行計算，具體計算結(jié)果如表1所示。表1中，Sf1至Sf3為將斜拉索彈性模量偏差（5%）、索力偏差（5%）、H/3000水平部位偏差以及10cm錨固點高程偏差，考慮在內(nèi)計算出的錨杯放張修正量，總放張修正值為ΣSf。計算出的對應錨杯張拉修正量為Sz1、Sz2、Sz3，總張拉修正量為ΣSz。根據(jù)規(guī)范要求，計算得出的放張和張拉修正值分別為Sf0和Sz0。

從表1中能夠看出，規(guī)范中要求的錨杯大小，只將基本構(gòu)造要求與鋼絲錨固長度考慮在內(nèi)，得出的放張和張拉調(diào)整至略低，主標表現(xiàn)出可能Sf0放張修正值不足，張拉修正值Sz0基本可以達到標準。

在上述3種偏差類型里，對無應力長度的影響程度最高的是斜拉索索力偏差，影響程度略低的斜拉索E0偏差，在進行設計時要加強以上2種偏差類型的重視程度。特別是在索長大于300m的長索和中索，要增大錨杯張拉端長度，以此提高放張調(diào)整量。

4? ?結(jié)束語

為了更加精確的計算斜拉索錨杯調(diào)修正量，通過懸索理論分析了不同偏差量對斜拉索無應力長度的影響程度，并提出相應的建議，主要得出以下結(jié)論：

索力偏差導致的△L1無應力長度增量在斜拉索長度未超過300m時小于43mm，在斜拉索長度在300～400m時的范圍為45～65mm，斜拉索長度在400～500m時的范圍為65～81mm，在斜拉索長度超過500m時大于81mm。錨索彈性模量E0偏差導致的△L2無應力長度增量，在斜拉索長度未超過300m時小于47mm，在斜拉索長度處于300～400m時的范圍為47～63mm，在斜拉索長度處于400～500m時的范圍為63～71mm，在斜拉索長度超過500m時大于71mm。

建議設計中，以斜拉索E0為2.0×105MPa時來對斜拉索下料長度進行計算，同時根據(jù)其E0在1.9×105～2.1×105MPa范圍來對張拉端錨杯修正量進行預留。在3種偏差類型里，對無應力長度的影響程度最高的是斜拉索索力偏差，影響程度略低的斜拉索E0偏差。在進行設計時，要加強以上2種偏差類型的重視程度。特別是在索長大于300m的長索和中索，要增大錨杯張拉端長度，以此提高放張調(diào)整量。

參考文獻

[1] 劉杰，楊朋遠.斜拉橋損傷診斷有限元建模與數(shù)據(jù)提取方法研究[J]石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2023，36（1）：27-32.

[2] 胡駿，鄭清剛.2000MPa平行鋼絲斜拉索在千米級公鐵兩用斜拉橋中的應用[J].橋梁建設，2019，49（6）：48-53.

[3] 楊雅勛，王成之，柴文浩等.斷索對曲線斜拉橋力學性能的影響[J].鄭州大學學報（工學版），2023，44（5）：101-107.DOI：10.13705/j.issn.1671-6833.2023.02.005.

[4] 陳良江.我國鐵路斜拉橋的實踐與設計參數(shù)研究[J].鐵道建筑，2017，57（11）：1-6.

[5] 梅秀道，盧亦焱.基于索長的大跨徑斜拉橋施工控制計算方法及應用[J].橋梁建設，2019，49（6）：42-47.