矮塔斜拉橋索塔單側雙向錨固裝置抗滑試驗研究

毛翠榮

【摘 要】單側雙向抗滑錨固裝置因其良好的錨固性能和單根換索能力廣泛應用于矮塔斜拉橋。本文依托武漢三官漢江公路大橋，通過足尺模型試驗，對單側雙向抗滑錨固裝置進行足尺試驗，測試索塔錨固裝置在偏載作用下的位移情況，以及單側雙向抗滑錨固裝置的結構性能及抗滑能力。試驗結果顯示，在1.4倍設計偏載作用下，拉索和單側雙向抗滑錨固裝置之間未產生滑移，表明單側雙向抗滑錨固裝置對鋼絞線的握裹作用優異，具有可靠的抗滑移性。

【關鍵詞】矮塔斜拉橋；單側雙向錨固裝置；足尺模型試驗；抗滑性能

The Anti-slipping Test of Unilateral Bidirectional anchoring device in the Extradosed Cable-stayed Bridge

Mao Cui-rong

（Pingdingshan Highway Administration Pingdingshan Pingdingshan Henan 467000）

【Abstract】The unilateral bidirectional anchoring device is widely used extrdosed cable-stayed bridges because of its excellent anchorage performance and the ability of single cable exchanging. This paper based on the Wuhan Sanguan Hanjiang highway bridge， studied the anti-slipping ability and the structural performance of the unilateral bidirectional anchoring device under the partial load through the full-scale test. The test results show that there is no slippage between the cables and the unilateral bidirectional anchoring device under 1.4 times partial loads， which means that the unilateral bidirectional anchoring device can strongly bond the cables and have the reliable anti-slipping ability.

【Key words】Extradosed Cable-stayed Bridge； Unilateral Bidirectional anchoring device； full-scale test； anti-slipping ability

1. 引言

（1）矮塔斜拉橋拉索通過索塔的索鞍連續貫通，錨固在主梁上，并在索鞍兩端設置抗滑錨固裝置，應克服拉索在營運過程中產生的不平衡力，防止拉索在索鞍段的微動磨損。矮塔斜拉橋拉索體系通常采用分絲管索鞍，在索鞍兩端的抗滑錨固裝置內灌注高強環氧砂漿對鋼絞線產生握裹力，從而達到克服拉索不平衡力的作用[1]。環氧握裹式抗滑錨固裝置已通過大量的試驗驗證，在國內外60多座橋上成功應用，其抗滑性能安全可靠[2～4]。由于環氧握裹式抗滑錨固裝置需在成橋索力張拉到位后才灌注高強環氧砂漿，在施工階段索鞍段的摩阻較小，如果主梁的施工采用懸臂澆注法施工，那么對施工中拉索不平衡力的控制要求就比較高，一旦不平衡力超過索鞍段的摩阻力，拉索可能會產生滑移。其次高強環氧砂漿與鋼絞線及抗滑錨固裝置粘結在一起，后期換索困難，且不具備單根換索功能[5，6]。

（2）基于分絲管索鞍的單側雙向抗滑錨固裝置設有固結在單根鋼絞線上的抗滑鍵和鎖緊結構[7，8]。抗滑鍵的一端支承在索鞍端面，另一端與抗滑插片的一端緊密接觸，抗滑插片的另一端與鎖緊螺母緊密接觸，螺母與錨固筒螺紋連接，形成兩端約束抗滑鍵滑動。該裝置不僅在施工階段就可以提供足夠的抗滑力，而且抗滑能力是持續不變的，從施工到橋梁營運整個過程都有足夠的抗滑力，大大提高了拉索的使用安全性。另外，由于每根鋼絞線形成獨立抗滑，鎖緊結構可拆分，解決了環氧握裹式抗滑形式無法單根換索的技術難題[9]。

（3）本文依托武漢三官漢江公路大橋工程，通過足尺模型試驗，對單側雙向抗滑錨固裝置進行測試，研究索塔兩側錨固裝置在偏載作用下的位移情況，驗證抗滑錨固裝置的結構性能及抗滑性能，確保塔端抗滑裝置在1.4倍設計荷載作用下能夠滿足設計抗滑要求。

2. 依托工程背景

（1）武漢市三官漢江公路大橋為預應力混凝土矮塔斜拉橋，采用獨柱形索塔，共三跨，橋梁主跨（120+190+120）m，主橋結構布置圖如圖1所示。武漢三官漢江公路大橋索塔采用獨柱形索塔，布置在中央分隔帶上，并與主梁固結。索塔有索區設有索鞍，以便斜拉索貫穿。索鞍采用分絲管索鞍技術，該索鞍形式斜拉索與分絲管內壁接觸，將拉索力傳遞給分絲管，分絲管再將力傳遞給橋塔。拉索力又分為徑向壓力和縱向不平衡力兩種分力，徑向力通過分絲管傳遞給索鞍下方橋塔的混凝土，縱向不平衡力則由拉索與分絲管之間的摩擦力平衡，如摩擦力不足則由索鞍配套的單側雙向抗滑錨固裝置來承受。

圖1 武漢三官漢江大橋立面布置圖

圖2 試驗模型布置

（2）主橋共設56根斜拉索，斜拉索采用扇形布置方式，橫橋向兩排布置，兩排索鞍橫橋向間距為1.0m， 豎向間距為1.9m。索鞍由31根規格28×3的圓形鋼管焊接而成，分絲管與單側雙向錨固裝置配套使用。單根鋼絞線直徑規格為15.2mm，抗拉強度≥1860MPa，屈服強度≥1580MPa，疲勞應力幅250MPa（應力上限0.45 fptk，200萬次脈部加載）。

3. 單側雙向抗滑錨固裝置試驗方案

3.1 試驗模型。

主塔鞍座節段模型采用與實橋比例1：1 設計（如圖2所示）。模型截面的主塔高取2m，縱向長2.326m，橫向寬取2.5m，采用的混凝土強度等級為C50 級，鋼筋采用HRB335。試驗主要是測試錨固裝置的抗滑移性能，在足尺模型的塔上按照實橋進行拉索的安裝錨固。試驗模型包括張拉撐腳、千斤頂、錨板、錨固裝置等。本試驗用的撐腳的承載力超過6500KN。單側雙向抗滑錨固裝置按依托工程設計制作，并安裝在試驗模型B端，并布置測點。試驗模型的具體安裝如圖3所示。

圖3 試驗模型安裝

3.2 試驗方案。

本次試驗為靜力荷載試驗，測試單側雙向抗滑錨固裝置在1.4倍設計荷載（即試驗偏載1260KN）作用下，是否能夠滿足設計抗滑要求，同時檢測試驗加載過程中抗滑錨固裝置區域內鋼絞線的滑移情況。測試方案如下：

（1）安裝單側雙向抗滑錨固裝置；

（2）將制作好抗滑鍵的鋼絞線對應穿過索鞍，安裝抗滑插片，抗滑鍵布置在索鞍一側；

（3）旋緊鎖緊螺母；

（4）單根鋼絞線逐根預緊；

（5）選取兩根鋼絞線，在抗滑錨固裝置的位置安裝百分表座，監測鋼絞線的滑移情況；

（6）兩端抗滑錨固裝置安裝百分表；

（7）用千斤頂整體逐級張拉到設計載荷（3150KN）；

（8）無抗滑鍵一側千斤頂開始逐級加載，每級200KN，共分7級加載，并記錄每一級百分表的數據；

（9）無抗滑鍵一側放張到設計載荷并且持荷，有抗滑鍵一側千斤頂開始逐級張拉，每級200KN，共分7級加載，并記錄每一級百分表的數據；

（10）有抗滑鍵側放張到設計載荷，兩側同時持荷。

4. 單側雙向抗滑錨固裝置試驗結果分析

4.1 設計荷載下單側雙向抗滑錨固裝置的抗滑測試。

4.1.1 為了保證拉索兩側有一個預緊力，兩側拉索先張拉到31孔位的標準索力0.05倍，即403.62KN（F=260.4×31×0.05=403.62KN）。兩側從0.05倍標準索力逐級加載，先張拉無抗滑鍵側到第一級0.1倍標準索力持荷，再張拉有抗滑鍵側到第一級，這樣兩側循環交替分別依次加載到0.1、0.2、0.3倍標準索力，直至3150KN設計載荷，結果如圖4所示。

4.1.2 由圖4可知：

（1）無抗滑鍵側和有抗滑鍵側1、2號鋼絞線的測試位移總量均小于理論計算位移；

（2） 隨著荷載的增加，位移基本保持線性增加；

（3） 有抗滑鍵側的鋼絞線位移小于無抗滑鍵側，說明抗滑鍵和抗滑插片起到了一定的抗滑作用，導致可自由伸縮的鋼絞線長度相對于無抗滑鍵側變短；

（4） 無抗滑鍵側和有抗滑鍵側錨固裝置位移均為0，說明鋼絞線在設計荷載作用下未與錨固裝置之間發生滑移。

4.2 設計荷載下單側雙向抗滑錨固裝置的偏載試驗。

4.2.1 無抗滑鍵側逐級偏載。

（1）有抗滑鍵側持荷在3150KN設計設計載荷下，無抗滑鍵側從3150KN按每級200KN逐級加載，分7級加載到4550KN，再降到3150KN，即單側最大抗滑力為1400KN，結果如圖5所示。

（2）由圖5可知：在設計載荷時，隨著無抗滑鍵側偏載的增加，模型兩側鋼絞線測試位移基本呈線性增加，偏載卸去后，模型兩側鋼絞線測試位移值可恢復到設計荷載時，且鋼絞線相對于錨固裝置未有滑移（有抗滑鍵側最大滑移為0.01mm，可視為錨固裝置自身的結構微變形）。

4.2.2 有抗滑鍵側逐級偏載。

（1）無抗滑鍵側持荷在3150KN設計設計載荷下，有抗滑鍵側按從3150 KN按每級200KN逐級加載，分7級加載到4550KN，再降到3150KN，即單側抗滑力為1400KN，結果如圖6所示。

圖4 設計荷載下錨固裝置的抗滑測試結果

圖5 無抗滑鍵側逐級偏載的錨固裝置抗滑測試結果

圖6 有抗滑鍵側逐級偏載的錨固裝置抗滑測試結果

（2）由圖6可知，在設計載荷時，隨著有抗滑鍵側偏載的增加，無抗滑鍵側鋼絞線測試位移基本呈線性增加；有抗滑鍵側位移加速發展，分析其原因，可能由于抗滑鍵、抗滑插片、鎖死螺母之間的進一步壓密造成；偏載卸去后，模型兩側鋼絞線測試位移值可恢復到設計荷載時，且鋼絞線相對于錨固裝置未有滑移（有抗滑鍵側最大滑移為0.06mm，可視為錨固裝置自身的結構微變形）。

5. 結語

本文依托武漢三官漢江公路大橋工程，通過足尺模型試驗對單側雙向抗滑錨固裝置進行測試，得到如下結論：

（1） 在無抗滑鍵端和有抗滑鍵端分別加載到140t 抗滑力時，抗滑鍵未產生滑移現象，抗滑錨固裝置的最大位移量變化為0.06mm，位移變化量非常小。將載荷卸載至設計載荷，百分表能恢復到原數值，未出現抗滑力失效的現象。

（2） 根據武漢三官漢江公路大橋測試要求，單側雙向抗滑錨固裝置在1.4倍設計荷載作用下能夠滿足設計抗滑要求，具有可靠的抗滑移性，充分說明該單側雙向抗滑錨固裝置內的抗滑鍵對鋼絞線的握裹作用優異。

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