斜拉橋同向回轉錨索系統設計方法

竇 巍

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

斜拉橋同向回轉錨索系統設計方法

竇 巍

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

介紹了一種原創新型的斜拉橋錨索系統——同向回轉錨索系統，這一系統從受力機理上規避混凝土橋塔受拉開裂的缺陷，通過一系列細致的理論及試驗研究，總結了一套成熟的設計方法，并成功應用于多座大跨徑斜拉橋，為今后同類橋梁設計提供了一種新的思路。

斜拉橋，錨索系統，同向回轉

1 研究背景

針對斜拉橋錨索系統，橋梁研究與設計人員一直在發展各種錨索結構，以克服拉索對混凝土索塔塔壁的巨大拉力，包括完全以預應力保護的混凝土齒塊、拉力抵消并輔助以預應力保護的鋼錨箱和鋼錨梁、拉索連續的鋼鞍座等。

這些錨索系統目前總體已趨成熟，但關鍵技術仍有缺陷，主要體現在：鞍座錨索對索塔的作用以壓力為主，但受不平衡索力限制，主要用于矮塔斜拉橋；混凝土齒塊、鋼錨梁、鋼錨箱錨索在根本上存在不同程度的拉應力，一旦控制效果不佳，塔壁開裂現象即有發生。

設計人員以正在建設中的蕪湖長江公路二橋跨江主橋(主跨806 m)為依托，成功研發出一種新型的斜拉橋錨索系統——同向回轉錨索系統，為今后大跨徑斜拉橋設計提供了一種新的思路。

2 同向回轉錨索系統構造及特點

同向回轉錨索系統是將每根拉索穿過橋面一側錨具，繞過索塔后錨回到橋面同樁號另一側錨具，形成一對同編號拉索。錨固示意圖如圖1所示。

斜拉索橫橋向連續繞過塔柱，索力的環形徑向壓力轉換成塔柱的環向預應力，技術優勢是傳統錨索方式無法比擬的，具體體現在：

1)在機理上實現了索塔的無拉應力錨索，從根本上解決了結構的受拉開裂問題；

2)避開了索力順橋向的不平衡，利用了拉索橫橋向的對稱性，索力差大幅降低，使得鞍座用于常規斜拉橋成為可能；

3)取消了塔上傳統錨具及抵抗錨具間巨大拉力的鋼材和預應力；

4)相應工程造價亦大幅度降低。

同向回轉錨索系統的設計內容主要包括了匹配塔型設計、拉索定位設計、同向回轉鞍座設計、同向回轉拉索設計。系統構造圖如圖2所示。

3 匹配塔型設計

由于鞍座在塔中回轉，為抵抗索力強大的壓力作用，需要預留足夠的塔壁厚度，此外為減輕自重，塔柱中央做挖空處理，索塔錨固區形成外八邊形內空箱型結構。蕪湖長江公路二橋索塔為柱式C50混凝土塔，矩形斷面，空心結構。總高262.48 m。塔柱斷面橫向寬8 m～18.5 m，縱向寬8 m～15 m，中、下塔柱透空，上塔柱底設18 m高隔室，下橫梁為12 m×8 m矩形斷面。匹配塔型如圖3所示。

4 拉索定位設計

橋塔塔壁空間限值，拉索在橋塔內的擺放位置容易產生干擾，同時回轉拉索的垂度效應的計算也不同于傳統的拉索錨固方式。同向回轉拉索空間定位的設計是以一個與索塔同軸的虛擬圓筒(虛擬定位基準圓筒)作為線型的基準，拉索垂度面與基準圓筒相切，形成一條位置固定的豎直切線，以此構成定位計算的基準。基準圓筒定位法示意圖如圖4所示。

拉索的定位考慮垂度效應對拉索坐標的修正，重點考慮索鞍之間位置上的干擾，以此進行的定位計算是一個多點、多重循環修正，逐步逼近目標的過程，并為此設計一個專項的計算程序，計算程序以拉索定位主控參數為控制目標，根據結構設計特點，選擇與主控參數關聯性強的待定參數為控制手段，并注意到調控的先后次序。基準圓筒定位法計算流程如圖5所示。

5 同向回轉鞍座設計

鞍座由錨體、導管、過渡管和延伸管組成。錨體位于圓弧段，由外殼、分絲管、限位板、填充料組成；在限位板上開孔，分絲管穿過限位板對應孔位被固定，限位板與錨體外殼相連，在錨體內分絲管間隙灌注填充料。鞍座構造如圖6所示。

錨體構成新型鞍座的核心，可為索股提供更有效的夾持和防護。錨體內平行設置的異型截面不銹鋼分絲管在摩擦系數相同時，對索股產生雙倍的摩擦力。分絲管之間以灌漿料灌填，為拉索通過鞍座時產生的徑向壓力提供傳遞路徑。錨體構造如圖7所示。

錨體兩端通過法蘭盤與導管相連，錨體內的分絲管兩端與導管內的不銹鋼線管對應相連。導管兩端同過渡管相接，過渡管是將斜拉索鋼絞線從整捆狀擴散成分散狀的重要區段。鋼絞線經過渡管擴散后穿過導管內對應的不銹鋼線管，最后穿入每根不銹鋼線管對應的分絲管，在分絲管內通過鋼絞線與分絲管的夾持力進行錨固。

為了提高分絲管的夾持能力，防止在不平衡索力下鋼絞線出現滑移，采用了異型不銹鋼分絲管。該具有兩個偏離拉索徑向壓力方向30°的偏轉接觸面，由此，為索股提供雙倍摩擦力。

6 同向回轉拉索設計

同向回轉錨索系統采用的鍍鋅鋼絞線一般為成品索，外層采用熱擠PE材料防護。為增加鞍座錨體內鋼絞線的抗滑及防腐性能，需對該段區域內的鋼絞線進行二次加工后方可使用。

鋼絞線的二次加工即對錨體部分的鋼絞線在剝除PE護套后，噴涂聚脲的方式進行處理，聚脲的噴涂范圍為從錨體進入過渡管50 cm，在鍍鋅鋼絞線外線噴涂雙組分鐵紅聚氨酯改性防腐底漆后，涂刷手工聚脲，最后噴涂第三層SWD鋼絞索專用防腐耐磨聚脲。

7 結語

同向回轉錨索系統是一種全新的斜拉橋拉索錨固方法，其設計不同于傳統的斜拉橋錨索系統，設計人員通過長期的理論與試驗研究，總結了該系統的成套設計方法，與施工、監控、管養方法組成了一套完整的斜拉橋錨索系統解決方案，成功應用于蕪湖長江公路二橋的建設中，為今后同類橋梁設計提供了一種新的思路。

[1] 劉士林，梁智濤.斜拉橋[M].北京:人民交通出版社，2002.

[2] 胡 可，梅應華.大跨徑斜拉橋結構計算若干問題探討[J].工程與建設,2010,24(5):581-583.

Designmethodofrotaryanchorcablesystemofcablestayedbridge

DouWei

(AnhuiTransportConsulting&DesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230088,China)

This paper introduces a new type of anchor cable system of cable-stayed bridge, which is the rotary anchor cable system. The system avoids the tensile crack of concrete bridge from the force mechanism. After a series of detailed theoretical and experimental studies, a mature design method is summarized by us, and it has been successfully applied in many large span cable-stayed bridges. This design method provides a new idea for the design of similar bridges in the future.

cable-stayed bridge, anchor cable system, counter rotating

1009-6825(2017)28-0173-02

2017-07-28

竇 巍(1984- ),男，碩士，工程師

U448.27

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