肖 鵬，陳潮雨

(貴州省交通規劃勘察設計研究總院股份有限公司，貴州 貴陽 550000)

主索鞍是在懸索橋中對主纜進行支撐的重要結構件，一般安裝在索塔的頂部，可承受主纜施加的沿豎向分布的壓力，同時均勻的傳遞至索塔，確保主纜在塔頂的部位得以平緩過渡，避免主纜產生太大的彎折應力，并且能十分有效的解決預偏等問題。要想使主索鞍發揮出應有的作用效果，通常要以做好主索鞍座的設計為前提，這就對相關設計人員提出了很高的要求，需要在明確結構組成與特點的基礎上，制定合理可行的結構方案。

1 工程概況

某橋梁是一座主跨長度為1 650 m的連續鋼箱梁橋，主索鞍沿橋梁走向的長8 m，半鞍體總重在60 t以上，肋板的厚度不超過120 mm，主索鞍有很大承載力。現圍繞該工程實際情況，對其主索鞍座設計做如下深入分析。

2 主索鞍座設計

2.1 鞍頭設計

鞍頭構造為承攬槽，是典型的開口槽，底部為能適應索股形狀的槽路，其橫斷面以索股排列形式為依據呈臺階形狀。為了使主纜和鞍槽之間有足夠摩阻力，同時便于索股的定位，需在鞍槽中布置豎向隔板，待索股就位且調整好以后，用鋅塊將頂部填平，最后使用拉桿把鞍槽的側壁完全夾緊。

在鞍槽的外部，有負責支撐與加勁的橫縱肋，同時側壁的上方還有若干拉桿，把側壁之間的索股完全擠緊，保證鋼絲間、鋼絲和隔板及側壁間有足夠摩擦力，并減小側壁上產生的彎曲應力。

主纜索股從主索鞍中通過時，鞍座底部半徑對主纜彎曲應力和鞍座接觸應力都有很大影響，應力和半徑之間為正比關系。如果半徑較大，則主纜能平順的從索鞍上通過，不會產生太大次應力，但這樣會使主索鞍的尺寸和重量加大。半徑會受到塔頂實際尺寸與主索鞍重量等因素的影響。在確定了鞍槽立面半徑以后，需要以主纜的纜力為依據對鞍槽受力進行驗算，以此作為半徑校核依據。該橋梁沿走向的索塔設計尺寸為8 500 mm，主纜設計半徑為8 200 mm。

因主纜施工與成橋兩個狀態時的主索鞍切線角有所不同，所以為防止主纜鋼絲與主索鞍的邊緣直接碰撞，恒載與空載情況下的主纜切線角度差不能超過引出段長度和主纜圓弧半徑之比。另外，因施工圖設計過程中線形主要是以構件理論重量為依據通過計算確定的，而實際制作時，索夾、主纜和鋼箱梁自身重量與理論值之間會有一定出入，所以引出段的長度應進行放大，但要考慮塔頂尺寸大小。該橋梁在設計工作中將引出段長度確定為520 mm。

2.2 鞍身設計

鞍身時鞍頭主要支撐部分，由橫縱肋與底板通過焊接形成。對于鞍身橫縱肋，需要和鞍頭橫縱肋良好適應，橫縱肋的厚度分別為100 mm和120 mm，而底板的厚度為80 mm。在兩個縱肋之間應適當增加距離，以便于焊接，但這樣會使截面應力增大；而如果減小兩個縱肋之間的距離，雖然有利于鞍槽實際受力，但會因為操作空間很小，而增大施工難度。該橋梁在設計過程中將縱肋之間的距離確定為560 mm。

2.3 滑動摩擦副設計

滑動摩擦副主要由三部分組成，分別為承板、安裝板與臨時安裝板。其中，承板分上下兩部分，上承板使用銷釘和底板連接，其表面還設有不銹鋼板，而下承板上設有安裝與臨時安裝板，用螺釘和上承板連接與固定。在安裝板的表面，粘結了聚四氟乙烯板，和上承板所設不銹鋼板形成一個滑動副，表現出良好減摩性與耐壓性。

成橋狀態下，主索鞍和橋塔的中心完全重合。在施工中，若主纜與主索鞍都有一個相同的不脫離點，也就是主纜在所有狀態下不同跨的無應力狀態長度都保持不變，并為了減小不平衡力，確保索塔受攬力作用后能夠保持平衡，需要向邊跨的方向對主索鞍進行預偏，這一預偏量可伴隨恒載不斷增加而消除。

不銹鋼板和聚四氟乙烯板之間的干摩擦系數等于0.10，由于施工中使用了硅脂進行潤滑，所以實際的摩擦系數等于0.05。

2.4 導向限位裝置設計

當主索鞍處于空攬狀態中時，需要向邊跨的方向預偏一定的距離，其目的為保證兩側索股有相同的水平力，伴隨鋼箱梁不斷吊裝，分成多個階段對主索鞍進行頂推，確保兩側索股實際水平力大致相同。頂推時，為了使鞍體能夠沿著預先確定的軌跡移動，需要在上承板的表面安裝導向板。為了使分階段頂推時主索鞍鞍體具體位置準確無誤，還要在下承板與鞍體間安裝限位螺桿。將主索鞍頂推好以后，需在主索鞍的兩端設置擋塊，并利用高強螺栓和下承板相固定，以此在摩擦力失效時對主索鞍的移動進行限制。

3 結果比較

對有限元分析結果與采用常規公式進行計算后得出的結果進行對比，發現有限元結果比計算結果小，其原因為在有限元分析過程中考慮了橫肋具有的加勁作用，但采用常規公式進行計算時沒有考慮縱肋之間所設加強肋板具有的支撐作用，使中間的鞍槽應力值比相應的有限元結果略大。

在鞍槽壁上進行拉桿的安裝，能十分有效的減小鞍槽根部應力，效果十分明顯。在有限元分析過程中，應力最大處的位置是邊跨端部橫肋和底板之間的交接部位。導致此處產生最大應力的主要原因為應力集中，次要原因為建模過程中的約束。在恒載的狀態下，主纜于主索鞍的邊跨和中跨有相同的水平方向纜力，而在最不利荷載條件下，這一水平方向的纜力存在差別，進而在鞍體的其中一側和底板之間的交接部位產生彎矩，最終產生彎曲應力。施工中，鞍體在承板與格柵的作用下能使所受應力傳遞至索塔，在這種情況下，即便有限元分析過程中局部應力很大，但實際工況要比分析結果小很多。

在我國，鋼板厚度較大，這會給包含焊接、運輸與吊裝等在內的各項作業都帶來很大不便。而組合形式的主索鞍目前只在跨徑相對較小的懸索橋中使用，還沒有在跨徑相對較大的懸索橋中嘗試過。然而，如果可以在跨徑相對較大的懸索橋上使用主索鞍，則能發揮出以下優勢特點。

(1)采用鋼板進行組裝，無需配備鑄鋼件，能充分發揮材料的性能，但需要根據要求增加一定數量的拉桿。

(2)無需鑄造，能減少焊接和相應的無損探傷，并且對加工機床提出的要求也很低。

(3)因采用分片制造和運輸的方法，在吊裝至塔頂處以后實施組裝，不同部分之間利用定位銷進行定位以后使用拉桿進行連接，能有效保證連接和組裝的精準度。

(4)受力縱向上無需分塊，對主索鞍實際受力有利。

由于組合形式的主索鞍具有以上優勢特點，所以在今后的結構設計工作中可進行適當的嘗試，以解決傳統結構形式的問題和不足。

4 結束語

綜上所述，主索鞍座設計對橋梁設計與施工有重要意義，目前該橋梁工程的主索鞍座設計與施工都已經順利完成，施工質量合格，各項指標都滿足設計和規范的要求，說明以上對主索鞍座的設計合理可行，值得類似工程參考借鑒。