懸索橋索夾位置的確定

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

懸索橋索夾位置的確定

汪怡杉

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

懸索橋結(jié)構(gòu)中主纜是主要承重構(gòu)件，與主纜相接的索夾位置的準(zhǔn)確布置會(huì)直接影響主纜的成橋線形。本文總結(jié)了索夾位置的設(shè)計(jì)計(jì)算到施工放樣的關(guān)鍵問題，以確保我們?cè)趹?yīng)用過程中保證索夾的可靠性，從而保證了橋梁的安全性。

懸索橋；索夾；索夾位置；設(shè)計(jì)；放樣

0 引言

懸索橋以其較強(qiáng)的跨越能力、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和獨(dú)特的外觀造型成為現(xiàn)代橋梁中被廣泛應(yīng)用的一種代表性橋梁形式。懸索橋通常是由主體結(jié)構(gòu)和附屬系統(tǒng)組成，其中主體部分有主纜、索塔、錨碇和主梁，附屬部分包括主索鞍、散索鞍以及吊索和索夾組成的懸吊系統(tǒng)。懸索橋通過吊桿將橋面荷載傳遞給主纜，再由主纜將力分散給兩邊的塔和錨碇，從而有效的進(jìn)行了受力傳遞并合理的建造起一種結(jié)構(gòu)受力體系。由此可見，主纜是主要的承重構(gòu)件，而索夾是連接吊索和主纜的構(gòu)件，也是荷載傳遞過程中的必經(jīng)之路，它直接影響了成橋之后吊桿的位置是否正確，從而決定著主纜的受力是否按照既定要求而開展，因此索夾的設(shè)計(jì)和精確定位對(duì)整個(gè)橋梁體系起著重大作用。為了滿足要求，施工必須保證主纜線形與設(shè)計(jì)統(tǒng)一，因此計(jì)算和確定索夾的安裝位置成為懸索橋設(shè)計(jì)和施工中不容忽視的環(huán)節(jié)。

1 索夾位置的計(jì)算0～0

索夾位置的設(shè)計(jì)，其核心不是解決主纜和索夾幾何尺寸的問題，而是計(jì)算在確定無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)和邊界條件下主纜的線形以及空纜狀態(tài)下吊點(diǎn)（吊索中心線和主纜中心線的交點(diǎn)）的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)和吊桿的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度。空纜下索夾間的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)理論上等于恒載作用下的索長(zhǎng)，

但受材料、溫度和施工等因素的影響，主纜線形表現(xiàn)出明顯的幾何非線性，因此計(jì)算過程中簡(jiǎn)單的拋物線理論無(wú)法解決，需要采用懸鏈線方程來(lái)計(jì)算。根據(jù)空纜時(shí)吊點(diǎn)的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)等于成橋時(shí)吊點(diǎn)間的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度這一計(jì)算原則進(jìn)行迭代，分析迭代結(jié)果，最終確定索夾安裝位置。此時(shí)，索夾安裝位置的計(jì)算分為兩個(gè)步驟：其一吊點(diǎn)在空纜線形時(shí)的位置坐標(biāo)的計(jì)算；其二吊點(diǎn)到索夾兩端距離的計(jì)算。

1.1 吊點(diǎn)位置

根據(jù)成橋狀態(tài)之下吊桿的位置則可得到各桿間節(jié)段無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度，由于成橋和空纜狀態(tài)下的主纜無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度均不變，即可通過計(jì)算得到豎向力。再由空纜下塔頂主纜水平力與豎向支承力，利用笛卡爾坐標(biāo)來(lái)確定吊點(diǎn)位置。

其中：x(s):索夾橫坐標(biāo)

y(s):索夾縱坐標(biāo)

Hq:索的水平拉力

S:主纜無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度

V:塔頂豎向支承力

1.2 吊點(diǎn)到索夾兩端距離

該距離的計(jì)算是放樣所需，不同索夾對(duì)應(yīng)不同計(jì)算方式，懸索橋的索夾一般分為兩種：騎跨式吊索索夾和銷鉸式吊索索夾

2 索夾位置的放樣

為了排除主纜標(biāo)高誤差與塔頂標(biāo)高誤差對(duì)主纜施工的影響，在通過理論計(jì)算得到索夾位置的基礎(chǔ)之上，施工中索夾的放樣應(yīng)該是在主纜架設(shè)完成之后開展，而主纜架設(shè)是懸索橋施工過程中最為關(guān)鍵的地方。為了控制主纜線形與設(shè)計(jì)一致，必須排除溫度等外界環(huán)境造成的非線性變化影響，為此這項(xiàng)工作一般會(huì)在凌晨夜間溫度相對(duì)穩(wěn)定，風(fēng)力較小時(shí)進(jìn)行。索夾位置的標(biāo)定也盡量選在同樣的環(huán)境之下。索夾相互間的距離長(zhǎng)度應(yīng)該根據(jù)實(shí)際量測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)之間的誤差值來(lái)做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，在測(cè)量過程中要保證主纜處于不受約束的無(wú)應(yīng)力纜索狀態(tài)之下。一般定位標(biāo)定要反復(fù)進(jìn)行，以便對(duì)照核實(shí)得到精確值。標(biāo)定及核實(shí)結(jié)束后即可完成索夾的安裝。索夾放樣完成后再次對(duì)放樣點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，要保證誤差范圍控制在3mm內(nèi)。

索夾安裝上后，要及時(shí)擰緊索夾上的連接螺栓，以便索夾位置的偏移，一般情況在索夾安置過程中，螺栓要經(jīng)過3次緊固，以確保它具有足夠的預(yù)拉力：索夾安裝時(shí)、主梁吊裝后、橋面鋪裝后即成橋。索夾的螺栓軸力是由螺栓沿著軸力的方向上的伸長(zhǎng)量來(lái)計(jì)算的，由于施工過程的推進(jìn)，荷載的不斷增加，會(huì)導(dǎo)致主纜與螺栓都發(fā)生變化，因此才需要分階段禁固。布梁中對(duì)螺栓拉力進(jìn)行檢查以保證在任何情況下螺桿拉力不小于設(shè)計(jì)值。

螺栓軸力計(jì)算方法:

其中：P:螺栓軸力

E:螺栓彈性模量

A:螺栓截面積

△L:伸長(zhǎng)量

L:螺栓有效長(zhǎng)度

具體安裝放樣方法可按照以下方法靈活運(yùn)用，在溫度穩(wěn)定的夜間先對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，獲取計(jì)算索夾放樣時(shí)各個(gè)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)，以此得到空纜線形再計(jì)算出每一個(gè)索夾在各溫度下的位置參數(shù)，然后進(jìn)行測(cè)量和放樣。先放初樣，并找到中心點(diǎn)位置進(jìn)行標(biāo)注，再按照理論計(jì)算數(shù)據(jù)放樣，最后二者之間檢查誤差。安裝索夾時(shí)，中跨要從兩岸的塔頂向跨中施工，而邊跨則從散索鞍位置向塔頂施工。

3 索夾位置的防滑[10]

索夾和主纜間的抗滑摩擦力是確保懸索橋傳力系統(tǒng)有效運(yùn)行的重要因素，若索夾無(wú)法穩(wěn)固而左右滑移，不僅會(huì)損傷主纜，還會(huì)改變吊桿位置從而影響結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。環(huán)向應(yīng)力及抗滑性能是索夾設(shè)計(jì)中最為重要的指標(biāo)。0連接螺栓的設(shè)定個(gè)數(shù)和預(yù)拉力都是預(yù)先根據(jù)成橋狀態(tài)反算得到的，但是在實(shí)際操作中，由于主纜的特殊構(gòu)造，使得索夾位置會(huì)隨著時(shí)間變化、后續(xù)施工影響發(fā)生預(yù)拉力損失的現(xiàn)象，一般情況下?lián)p失較為明顯。導(dǎo)致這種損失的原因有很多，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析得到其中主要原因有：①螺栓材料本身的收縮徐變；②索夾產(chǎn)生的徑向力作用下主纜材料表面保護(hù)層的變化；③施工中受外力影響使得主纜粗細(xì)變化、分子位置相互錯(cuò)動(dòng)；④外界溫度氣壓影響。

為了減少索夾的滑移變動(dòng)，首先要確保索夾安裝時(shí)它與主纜之間的空隙合理，若空隙較大可采用與主纜相同的材料進(jìn)行填充，另外為了防止預(yù)拉力損失過大造成的索夾緊固力嚴(yán)重缺乏，可預(yù)先計(jì)算適當(dāng)增加預(yù)拉力。若后期發(fā)生了滑移，要及時(shí)分析事故原因，針對(duì)性處理問題。

4 結(jié)論

索夾位置的設(shè)計(jì)和施工放樣以及后期的防滑，在懸索橋施工中具有重大意義，環(huán)環(huán)相扣，在設(shè)計(jì)和施工過程中都要確保其位置的準(zhǔn)確性。

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