空间索面自锚式悬索桥的散索套定位安装问题探讨

2012-03-09秦建刚李景合梅秀道

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2012年3期

秦建刚李景合万送梅秀道

（中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司1）武汉 430034）

（中国市政工程西北设计研究院有限公司武汉分院2）武汉 430056）

随着我国经济实力的增强和桥梁设计建造技术的发展，自锚式悬索桥以其结构造型美观，经济性能好，对地形和地质状况适应性强等优点受到人们越来越多的青睐［1］．国内外自锚式悬索桥建成和在建的至今为止已有20余座，但这种空间索面的自锚式悬索桥设计和修建过的不多，吊索的张拉施工复杂，有必要对张拉过程进行计算分析．

广州猎德大桥位于广州大桥与华南大桥之间，北岸与猎德路相接，南岸与新港东路立交相接，其主桥为独塔空间索面自锚式混合梁悬索桥，采用全漂浮体系，其跨径组合为47m＋167m＋219m＋47m，全长480m．47m边跨为混凝土箱梁，167m＋219m中跨为钢箱梁．桥塔高128m，外形新颖独特，塔身似2个贝壳弧形壳体相扣［2］．

全桥共设两根主缆，每根主缆由33股127丝Φ5．3mm的镀锌高强钢丝组成．采用钢丝绳吊索，每侧吊点设2根吊索，吊索和索夹采用骑跨式连接，吊索与加劲梁采用球形铰连接，以减小吊索弯折．吊索钢丝绳公称直径为Φ64mm和Φ48mm 2种．

主缆在北岸设置为散索套，南岸设置为散索鞍．施工过程中散索套采用临时支撑，成桥后拆除临时支撑．

1 成桥及空缆状态分析

自锚式悬索桥一般采用先施工主梁再架设主缆的施工方法［3］，因此主缆锚固体系是在锚固跨施工时完成，索导管已按照成桥角度定位安装，而在主缆架设和吊索张拉阶段，主缆的线形相对于成桥状态变化往往较大［4］，这样就容易造成在施工过程中主缆索股在索导管管口发生刮擦，对主缆的耐久性造成影响，因此散索套如何定位安装对后续施工相当重要．为此建立有限元计算模型见图1，计算得到主缆在成桥和空缆状态下北岸散索点的坐标见表1．

图1 计算模型

表1 散索点坐标m

由表1可见，理论散索点在成桥和空缆状态下的差别较大，横桥向在空缆状态与成桥状态相差28．1cm，竖向相差9．2cm，若散索套按照空缆坐标来安装，由于索导管管口基本位于散索点与锚点的中间位置，换算得到索股在索导管管口处的横向与成桥差约为14cm、竖向约为4．6cm，而单根索股的直径为7cm，索导管直径为22cm，这样主缆在索导管最大允许偏差为7．5cm，主缆横向必然与索导管管口发生刮擦，见图2．

图2 主缆散索图

2 吊索张拉施工过程模拟分析

按照原设计的吊索张拉次序，见表2．在张拉吊索21阶段散索点竖向位移约为80cm（与成桥位置相比），显然主缆索股会与在索导管口出现弯折现象．若在体系转换过程中采用临时固定散索套竖向的措施，则须提供约为1 700kN的竖向向下约束力，而原设计图未标明混凝土梁浇注前须在散索套下布置足够的锚固钢筋以提供反力，故临时固定散索套的方案较难实现．

3 吊索张拉次序的优化

由于各种条件限制，如吊索的承载力、张拉设备的数量和能力、主梁和主塔的承载力等，全桥的吊索不可能通过一次张拉完成，必须多次逐步张拉，才能达到设计值，期间还要对塔顶索鞍进行多次顶推．吊索张拉的次数、索鞍顶推的次数、接长杆的数量和长度将对施工工作量、工期及施工费用有较大影响．因此，如何在多种约束条件下，采用合理的张拉方案，用尽量少的反复张拉吊索次数使全桥的吊索拉力达到设计状态是施工控制需要研究的一个问题［5］，鉴于以上情况，为了避免主缆的刮擦，经过大量的优化计算，形成如表3的方案．

该方案根据无应力状态控制法的原理［6］，以成桥状态主缆和吊索的无应力长度为最终索长进行吊索张拉，要求将北岸散索套的横向位置约束在其成桥位置处，竖向不约束，而同时要保证能在纵桥向自由移动．计算得到整个吊索张拉过程中散索套的最大横向约束反力为105．2kN，仅比空缆94．5 kN大10．7kN，横向约束散索套比较容易；散索点的最大竖向位移为0．097m，而索导管管口基本位于散索点与锚点的中间位置，换算得到索导管管口处主缆索股的最大竖向位移约为0．049m，小于主缆索股在索导管管口最大允许偏差7．5cm，也就是说主缆索股与索导管管口基本不会刮擦．

表2 原设计张拉方案

4 结束语

散索套的安装必须考虑后续施工中主缆索股是否会与索导管管口发生刮擦的问题．由于索导管的角度是按成桥状态确定的，因此解决这个问题的途径就是尽量把散索套约束到成桥位置，通过反复验算控制散索套在主缆架设和吊索张拉阶段的位移和约束反力，来达到目的．本文以广州猎德大桥为例，散索套横桥向按成桥坐标，纵向和竖向按空缆坐标安装，然后通过约束横向，并先张拉靠近散索套的吊索可以使散索套基本在成桥位置，从而解决了主缆索股会与索导管管口发生刮擦的问题，希望能为同类桥梁建设提供参考．