平行鋼絞線斜拉索無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)求首股力的方法

朱斌，韓志星，邵文達(dá)

（江西省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院有限公司，江西 南昌 330200）

1 等值張拉法

等值張拉法一般按以下原則進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施：

第1、2 根：為減少HDPE 外套管對(duì)單根張拉力造成過(guò)大的非線性影響，第1、2 根鋼絞線用來(lái)承受HDPE外管的自重，拉索單位一般會(huì)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)先預(yù)估一個(gè)大概的單根張拉索力值（比如：14～15 噸）；待整束拉索最后一個(gè)孔位鋼絞線安裝完畢，將第1、2 根鋼絞線放張然后重新張拉；

第3 根：根據(jù)整束拉索索力平均之后由主梁及索塔的變形量進(jìn)行修正，使安裝完成之后單根索力累計(jì)值與設(shè)計(jì)接近，避免單根掛索之后索力大調(diào)整。索力大小按下式確定：

式中：T3—第3 根鋼絞線控制力；N12—第1、2 根鋼絞線控制力；n—斜拉索孔數(shù)；—斜拉索安裝時(shí)錨點(diǎn)相對(duì)變形理論值；l—斜拉索索長(zhǎng)；Ec—鋼絞線彈模；A—鋼絞線截面面積。

由此在確定首股力后的前提下,即可求得剩下鋼絞線的張拉力值。

目前采用的等值張拉法關(guān)鍵是確定首股鋼絞線的張拉力，本文采用無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)確定首股力旨在通過(guò)斜拉索張拉工況無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)的不變性來(lái)較為精確的給出首股力值，避免張拉完后索力再進(jìn)行不必要的調(diào)整，在首根或者前m 根的第m 根鋼絞線上安裝傳感器來(lái)確保各鋼絞線的索力均勻性。

2 無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)懸鏈線理論

目前普遍采用考慮垂度效應(yīng)的懸鏈線理論來(lái)計(jì)算無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)。拉索整體受力示意圖和拉索微單元圖如圖1～2 所示。

圖1 拉索整體受力示意圖

圖2 拉索微單元圖

懸鏈線理論基本假定：（1）斜拉索為只受拉的理想柔性索，不考慮其彎曲剛度；（2）斜拉索材料符合虎克定律；（3）斜拉索材料集重沿索長(zhǎng)均勻分布；（4）斜拉索符合平截面假定。

式中：ds 為拉索微單元長(zhǎng)；H=H0為索水平分力，受拉為正；V 為索豎向分力，以繞O 點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正；q 為索的自重集度。

3 無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)反算首股力

（1）已知梁上錨點(diǎn)坐標(biāo)為（X0，Y0，Z0）,塔上錨點(diǎn)坐標(biāo)為（X1、Y1、Z1）。拉索張拉后梁上錨點(diǎn)坐標(biāo)變形量；塔上錨點(diǎn)坐標(biāo)變形量為最終態(tài)求出拉索的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)S0。

（2）通過(guò)第一步求得的S0，反代入（12）式中因只有一個(gè)未知量H，可求出H，從而可求出首股索力T1。通過(guò)在首股鋼絞線，也可以多穿幾根鋼絞線（設(shè)為m 鋼絞線）作為起始，前m 根鋼絞線索力應(yīng)均勻，在第m 根鋼絞線上安裝索力傳感器，后續(xù)m+1～n 號(hào)鋼絞線張拉至和第m 根鋼絞線等值即可確保索力均勻性及無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)的一致性。

4 工程實(shí)例

廣西平南相思洲大橋?yàn)?0+170+450+170+40 m 分離式雙箱組合梁斜拉橋。斜拉索采用空間雙索面扇形布置，主塔兩側(cè)各分別布置20 對(duì)索，全橋共80 對(duì)索。斜拉索采用抗拉強(qiáng)度為1860MPa 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線斜拉索，疲勞應(yīng)力幅不小于200MPa。根據(jù)索力不同，采用15.2-37、15.2-43、15.2-55、15.2-61、15.2-73、15.2-85 共6 種規(guī)格。斜拉索在塔上均采用鋼錨梁錨固，在梁上采用錨拉板進(jìn)行錨固。

拉索編號(hào)為A20～B20，A20 為邊跨最長(zhǎng)索，A1 為邊跨最短索，B1 為中跨最短索，B20 為中跨最長(zhǎng)索。以A2 號(hào)索為例，先通過(guò)上述無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)懸鏈線理論公式（12）求解張拉后工況的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)S0，如表1 所示（注：表1 中梁端及塔端錨點(diǎn)坐標(biāo)為拉索張拉后的對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值）。

表1 相思洲大橋北塔A2 拉索無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果

在表1 求得的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)S0的基礎(chǔ)上，反代入公式（12）逆向求出鋼絞線首股力，如表2 所示（注：表2 中梁端及塔端錨點(diǎn)坐標(biāo)為拉索張拉前對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值）。

表2 相思洲大橋北塔A2 拉索鋼絞線首股力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述方法求得的首股力，再通過(guò)等值張拉法（詳見(jiàn)第1 節(jié)）張拉后的索力和監(jiān)控指令張拉索力進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3 所示。從表中可以看出各典型索（短索、中索、長(zhǎng)索取數(shù)根）最終張拉索力值和監(jiān)控指令值百分比誤差最大1.069%，此誤差值滿足工程應(yīng)用要求。

表3 相思洲大橋北塔典型拉索無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)反算首股力后等值張拉結(jié)果和監(jiān)控指令值對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

等值張拉法是目前鋼絞線索張拉采用的普遍方法，本文通過(guò)無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)在張拉工況的不變性，先求得張拉后拉索的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)S0，再通過(guò)第一步求得的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)S0，反代入公式（12）逆向求出首股鋼絞線索力，進(jìn)而結(jié)合等值張拉法，使得最終張拉索力達(dá)到預(yù)期值（監(jiān)控指令值），本文典型拉索張拉后誤差百分比誤差最大為1.069%，滿足規(guī)范和工程應(yīng)用要求。

本文未考慮溫度變化等對(duì)結(jié)構(gòu)影響，后續(xù)研究可在考慮溫度變化等影響因素的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)算方法。