空間索面自錨式懸索橋的散索套定位安裝問題探討

秦建剛 李景合 萬 送 梅秀道

（中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司1） 武漢 430034）

（中國市政工程西北設計研究院有限公司武漢分院2） 武漢 430056）

隨著我國經濟實力的增強和橋梁設計建造技術的發展，自錨式懸索橋以其結構造型美觀，經濟性能好，對地形和地質狀況適應性強等優點受到人們越來越多的青睞［1］．國內外自錨式懸索橋建成和在建的至今為止已有20余座，但這種空間索面的自錨式懸索橋設計和修建過的不多，吊索的張拉施工復雜，有必要對張拉過程進行計算分析．

廣州獵德大橋位于廣州大橋與華南大橋之間，北岸與獵德路相接，南岸與新港東路立交相接，其主橋為獨塔空間索面自錨式混合梁懸索橋，采用全漂浮體系，其跨徑組合為47m＋167m＋219m＋47m，全長480m．47m邊跨為混凝土箱梁，167m＋219m中跨為鋼箱梁．橋塔高128m，外形新穎獨特，塔身似2個貝殼弧形殼體相扣［2］．

全橋共設兩根主纜，每根主纜由33股127絲Φ5．3mm的鍍鋅高強鋼絲組成．采用鋼絲繩吊索，每側吊點設2根吊索，吊索和索夾采用騎跨式連接，吊索與加勁梁采用球形鉸連接，以減小吊索彎折．吊索鋼絲繩公稱直徑為Φ64mm和Φ48mm 2種．

主纜在北岸設置為散索套，南岸設置為散索鞍．施工過程中散索套采用臨時支撐，成橋后拆除臨時支撐．

1 成橋及空纜狀態分析

自錨式懸索橋一般采用先施工主梁再架設主纜的施工方法［3］，因此主纜錨固體系是在錨固跨施工時完成，索導管已按照成橋角度定位安裝，而在主纜架設和吊索張拉階段，主纜的線形相對于成橋狀態變化往往較大［4］，這樣就容易造成在施工過程中主纜索股在索導管管口發生刮擦，對主纜的耐久性造成影響，因此散索套如何定位安裝對后續施工相當重要．為此建立有限元計算模型見圖1，計算得到主纜在成橋和空纜狀態下北岸散索點的坐標見表1．

圖1 計算模型

表1 散索點坐標m

由表1可見，理論散索點在成橋和空纜狀態下的差別較大，橫橋向在空纜狀態與成橋狀態相差28．1cm，豎向相差9．2cm，若散索套按照空纜坐標來安裝，由于索導管管口基本位于散索點與錨點的中間位置，換算得到索股在索導管管口處的橫向與成橋差約為14cm、豎向約為4．6cm，而單根索股的直徑為7cm，索導管直徑為22cm，這樣主纜在索導管最大允許偏差為7．5cm，主纜橫向必然與索導管管口發生刮擦，見圖2．

圖2 主纜散索圖

2 吊索張拉施工過程模擬分析

按照原設計的吊索張拉次序，見表2．在張拉吊索21階段散索點豎向位移約為80cm（與成橋位置相比），顯然主纜索股會與在索導管口出現彎折現象．若在體系轉換過程中采用臨時固定散索套豎向的措施，則須提供約為1 700kN的豎向向下約束力，而原設計圖未標明混凝土梁澆注前須在散索套下布置足夠的錨固鋼筋以提供反力，故臨時固定散索套的方案較難實現．

3 吊索張拉次序的優化

由于各種條件限制，如吊索的承載力、張拉設備的數量和能力、主梁和主塔的承載力等，全橋的吊索不可能通過一次張拉完成，必須多次逐步張拉，才能達到設計值，期間還要對塔頂索鞍進行多次頂推．吊索張拉的次數、索鞍頂推的次數、接長桿的數量和長度將對施工工作量、工期及施工費用有較大影響．因此，如何在多種約束條件下，采用合理的張拉方案，用盡量少的反復張拉吊索次數使全橋的吊索拉力達到設計狀態是施工控制需要研究的一個問題［5］，鑒于以上情況，為了避免主纜的刮擦，經過大量的優化計算，形成如表3的方案．

該方案根據無應力狀態控制法的原理［6］，以成橋狀態主纜和吊索的無應力長度為最終索長進行吊索張拉，要求將北岸散索套的橫向位置約束在其成橋位置處，豎向不約束，而同時要保證能在縱橋向自由移動．計算得到整個吊索張拉過程中散索套的最大橫向約束反力為105．2kN，僅比空纜94．5 kN大10．7kN，橫向約束散索套比較容易；散索點的最大豎向位移為0．097m，而索導管管口基本位于散索點與錨點的中間位置，換算得到索導管管口處主纜索股的最大豎向位移約為0．049m，小于主纜索股在索導管管口最大允許偏差7．5cm，也就是說主纜索股與索導管管口基本不會刮擦．

表2 原設計張拉方案

4 結束語

散索套的安裝必須考慮后續施工中主纜索股是否會與索導管管口發生刮擦的問題．由于索導管的角度是按成橋狀態確定的，因此解決這個問題的途徑就是盡量把散索套約束到成橋位置，通過反復驗算控制散索套在主纜架設和吊索張拉階段的位移和約束反力，來達到目的．本文以廣州獵德大橋為例，散索套橫橋向按成橋坐標，縱向和豎向按空纜坐標安裝，然后通過約束橫向，并先張拉靠近散索套的吊索可以使散索套基本在成橋位置，從而解決了主纜索股會與索導管管口發生刮擦的問題，希望能為同類橋梁建設提供參考．

表3 吊索張拉優化方案

［1］劉小飛，鄭凱峰．自錨式懸索橋吊索張拉過程計算分析［J］．四川建筑，2007（1）：173－174．

［2］謝尚英，任清順，鄭愛華．廣州獵德大橋曲面索塔設計［J］．橋梁建設，2008（1）：30－32．

［3］張 哲．混凝土自錨式懸索橋［M］．北京：人民交通出版社，2005．

［4］葉覺明．三塔懸索橋主纜施工應用技術問題分析和探討［J］．橋梁建設，2008（1）：69－72．

［5］邱文亮，張 哲．自錨式懸索橋施工中吊索張拉方法研究［J］．大連理工大學學報，2007（4）：552－556．

［6］秦順全．橋梁施工控制無應力狀態法理論與實踐［M］．北京：人民交通出版社 ，2007．