雙塔懸索橋索夾螺桿預緊力分析

孟 林 楊 輝

（1.華設設計集團股份有限公司，南京 210014；2.江蘇科技大學，鎮江 212100）

1 研究背景

索夾是懸索橋受力系統的重要組成部分，承擔著將橋梁荷載傳遞至主纜的重要作用。索夾螺桿預緊力下降會增加索夾滑移的風險[1]。國內某懸索橋吊索處主纜開裂，如圖1所示。

圖1 國內某懸索橋吊索處主纜開裂

通過給索夾螺桿施加一定的預緊力，可避免索夾出現滑移情況，對于保障受力體系具有至關重要的作用。國內外對于主跨1 000 m以上的大跨徑懸索橋較為重視。例如，主跨1 385 m的江陰大橋、主跨 1 080 m的泰州大橋、主跨1 418 m的南京長江第四大橋和主跨1 650 m的西堠門大橋，均對索夾螺桿預緊力進行了檢測和緊固工作，并理解和掌握了其受力分布的規律。

整體呈現的主要受力規律如下[2]：（1）索夾螺桿預緊力會隨著時間逐漸減小，下降幅度較大，下降30%～74%；（2）單次整體補張后，預緊力在前10 d下降較為迅速，之后逐步趨于緩慢至基本穩定；（3）多次整體補張后，相比于上一次補張，前10 d預緊力下降的幅度呈逐次降低趨勢；（4）相同的時間周期內，靠近主塔附近的索夾螺桿預緊力的下降幅度超過跨中附近的索夾螺桿。

大跨徑懸索橋需要多次檢測和補張。人們對于索夾螺桿預緊力的受力規律有著較為清晰的認識，但對中小跨徑懸索橋鮮有涉及。掌握中小跨徑懸索橋運營期索夾螺桿預緊力的規律，對橋梁預防性養護和建立正確的養護策略具有重要意義。

2 索夾螺桿預緊力

國內某跨江大橋主橋采用（83+260+83）m的自錨式懸索橋，分為1#懸索橋和2#懸索橋，于2008年12月建成通車[3]。其中，索夾為銷接式，采用上下對合的結構形式。上下兩個半索夾螺栓相連并夾緊于主纜。全橋索夾共分為主纜定型的緊箍索夾、主纜索鞍出口處防護密封的封閉索夾、連接主纜與吊索的吊索索夾3類。每座懸索橋上下游各安裝有26個吊索索夾，從一側主塔向另一側主塔按1#～26#編號，其中每個吊索索夾有6～22個螺桿，由跨中向主塔方向螺桿數量逐漸增多。懸索橋吊索編號如圖2所示。

圖2 懸索橋吊索編號（單位：mm）

兩座自錨式懸索橋通車10年后，于2019年全面檢測吊索索夾。每座懸索橋各檢測672根，檢測結果為：1#懸索橋有563根螺桿預緊力小于設計預緊力，數量占比為83.8%；2#懸索橋有558根螺桿預緊力小于設計預緊力，數量占比為83.0%；1#懸索橋索夾螺桿平均預緊力為425.2 kN，占設計預緊力的73.6%；2#懸索橋索夾螺桿平均預緊力為393.4 kN，占設計預緊力的68.1%。1#懸索橋預緊力分布相關詳細統計信息，如表1、圖3和圖4所示；2#懸索橋預緊力分布相關詳細統計信息，如表2、圖5和圖6所示。其中，T為平均預緊力，Pc為設計預緊力。

圖5 2#懸索橋索夾螺桿預緊力分布圖

圖6 2#懸索橋各索夾螺桿平均預緊力統計圖

表1 1#懸索橋現存預緊力分布統計表

表2 2#懸索橋現存預緊力分布統計表

圖3 1#懸索橋索夾螺桿預緊力分布圖

圖4 1#懸索橋各索夾螺桿平均預緊力統計圖

根據統計分析可以得出以下規律：各索夾螺桿的平均預緊力存在不同程度的損失，且小于設計預緊力的螺桿數量達到80%以上；平均預緊力損失率達到26.4%～32.1%，損失率小于大跨徑懸索橋；索夾螺桿平均預緊力整體呈現跨中且損失小，靠近主塔位置處呈現損失較大的趨勢，與大跨徑懸索橋索夾螺桿預緊力分布規律一致；索夾螺桿預緊力大致呈對稱性分布，與對稱位置的索夾螺桿預緊力較為接近。

3 預防性養護策略

根據《公路懸索橋設計規范》（JTG/T D65—05—2015）可知，吊索索夾抗滑系數應不小于3。由各個懸索橋的檢測結果可知，索夾螺桿預緊力存在普遍下降的現象。大跨徑懸索橋索夾螺桿平均預緊力損失程度可高達70%[1]；小跨徑懸索橋損失程度相對偏小，運營10年后損失達到30%，單個索夾損失率更高。預緊力的降低導致索夾抗滑移安全系數和性能降低，存在滑移的風險，影響橋梁安全[4]。常規的檢查很難發現索夾是否存在滑移現象，無法判斷索夾是否存在安全隱患。根據相關橋梁的檢測經驗，運營養護需采取以下主要措施。一方面，對于運營期的懸索橋盡快開展索夾螺桿預緊力的檢測和補張工作。索夾螺桿預緊力的檢測工作可有效檢測預緊力的損失情況，做到全面了解橋梁的安全風險。補張工作可以及時補足預緊力不足的螺桿，降低甚至消除安全隱患[5]。另一方面，定期跟蹤檢測和補張已經檢測且補張的螺桿。檢測和補張工作并非一勞永逸，索夾螺桿預緊力會隨著時間逐漸減小。因此，需定期跟蹤螺桿預緊力的變化情況，以便采取正確及時的養護措施。

4 結語

隨著已建成的懸索橋數量的逐漸增加，運營期的養護需盡快提上日程。索夾螺桿預緊力會隨著時間逐步降低，時間越久，下降幅度越大。預緊力的降低會降低索夾抗滑系數，從而威脅橋梁結構的安全，因此螺桿預緊力的檢測和補張工作尤為重要。此外，不同部位的索夾螺桿預緊力的損失程度不同，可以根據具體情況，在一定年限內實現索夾的全部檢測并補張。