李程 柯红军 陈凯

0 引言

悬索桥的主缆线形控制[1］主要是通过中跨与边跨控制主缆标高、锚跨控制张拉力来实现的。中跨与边跨的线形采用分段悬链线，用非线性迭代法来计算精确的成桥线形[2］，再以成桥时索股的无应力长度为条件计算架缆线形。工程实际应用表明，此方法能很好地与实际相符。但对于锚跨张拉力的大小、施工时如何控制[3］等问题，目前有很多看法，还未统一。

本文以张花高速澧水大桥(主缆跨径布置为200m+856m+190m，主缆矢跨比为1/10)为背景，对锚跨张力计算方法及索股在散索鞍处滑移问题进行研究。

1 锚跨张力计算理论与方法

1.1 锚跨张力计算理论

目前对于计算空缆状态下锚跨张力分布有两种理论[3］:第一种理论认为应使成桥恒载状态时锚跨各索股张力相等且考虑散索鞍平衡，根据各索股在空缆与成桥时分别相等计算空缆时锚跨索股张力。利用这种理论计算得到的空缆锚跨索股张力一般分布规律为底层大，上层小，且底层或顶与中心索股索力差异较大;第二种理论认为应根据架设主缆期间散索鞍的平衡条件来确定锚跨各索股张力，这种方法得到的锚跨索股张力分布总的趋势也是底层大，上层小，但是底层及顶层与中心索股索力差较小，一般可以取相同值进行锚跨索股张力控制。本文基于施工阶段与成桥阶段的不同情况，采用第二种理论对应施工阶段、第一种理论对应成桥阶段进行锚跨张力控制计算。

1.2 锚跨张力计算方法

施工阶段锚跨张拉力计算方法有两种[4］:第一种是要求索股在鞍槽两侧的张拉力相等，其目的是使索股在散索鞍鞍槽内不滑动;第二种是和主索鞍相同，要求鞍座两侧的索力在垂直于鞍座轴线的水平线上水平投影相等。

散索鞍按支撑形式分为摇轴式和滚轴式。摇轴式散索鞍是一种在鞍底设置转动轴;滚轴式是一种以一斜面为支撑，鞍底设置滚轴，散索鞍可沿斜面滑动。澧水大桥散索鞍为摇轴式。参考沈锐利教授提出的以散索鞍平衡为条件，采用第二种方法，但对于摆轴式散索鞍采用对摆轴中心力矩为0的锚跨张力计算模式[4］。

如图1所示，其中，Xci，Yci均为各根索股边跨侧在散索鞍的切点坐标;Xmi，Ymi均为锚跨侧切点坐标;X0，Y0均为散索鞍摆轴中心点坐标;α为边跨索股在散索鞍上的切线角;β为锚跨索股的竖直平面角;γ为水平面角;Mp为散索鞍自重对摆轴引起的中心力矩平均分配到每根索股上的值。

图1 散索鞍锚跨张力计算图

图2 散索鞍临时固定结构

按对摆轴中心力矩平衡条件可得，第i根索股锚跨张力计算公式为:

根据确定的计算理论以及计算方法，计算得各锚跨张力见表1。

表1 按力矩为0为条件计算得到的澧水特大桥空缆部分锚跨张力

1.3 澧水大桥锚跨张力控制计算

根据现场实际施工情况，澧水大桥散索鞍为摇轴式，在安装散索鞍时施工方安装了临时固定结构，见图2。索股架设阶段散索鞍因重力对摇轴产生的力矩已经被临时固定结构的约束所平衡，且临时固定结构在普通索股架设阶段不会拆除。本着解决主要问题，忽略次要问题的原则，此时需要考虑的是索股不在散索鞍中滑动，可以忽略散索鞍本身的平衡问题。故实际施工时可以使用边跨与锚跨张力相等为条件计算。计算得各锚跨张拉力见表2。

表2 按边跨与锚跨张力相等条件计算得到的澧水特大桥空缆锚跨张力

待主缆全部架设完毕且紧缆之后，此时应依照第一种理论即应使成桥恒载状态时锚跨各索股张力相等同时考虑散索鞍平衡为条件，根据各索股在空缆与成桥时分别相等计算空缆时锚跨索股张力再进行一次调控，以使得成桥时内力达到设计要求。计算结果见表3。

表3 按第一种理论(成桥时锚跨各索股张力相等同时考虑散索鞍平衡)计算得到的澧水特大桥空缆部分锚跨张力

此时由于已经紧完缆，再对索力进行调节不会对线形造成影响。这样分两阶段对锚跨张拉力进行调控有利于线形、索力的双重控制。

2 结语

1)对于两阶段锚跨张力控制，两个阶段使用两个不同的理论进行计算。对于施工阶段即主缆架设时，使用以散索鞍的平衡为条件确定锚跨各索股张力的理论来进行锚跨张拉力的计算较为合理;对于成桥阶段即待主缆架设完且紧缆完成后，应使用成桥时锚跨各索股张力相等同时考虑散索鞍平衡的理论来进行锚跨张拉力计算;

2)分两阶段对锚跨张力进行控制。第一阶段即主缆架设时，此时的控制原则为防止索股在散索鞍相对滑动，也符合主缆架设时“线形控制为主，索力控制为辅”的原则;第二阶段为紧缆后，此时的控制原则为使成桥内力达到设计要求，此时进行锚跨张力再调控已经不会影响线形，最终使得成桥后线形，内力都达到设计目标;

3)对于摇轴式散索鞍，由于存在临时固定结构，所以施工阶段可以采用边跨与锚跨张力相等为条件的计算方法。

[1]唐茂林，沈锐利，强士中.悬索桥成桥主缆线形计算的分段悬链线法[J］.铁道学报，2003，25(1):87-91.

[2]唐茂林，沈锐利，强士中.大跨度悬索桥索股架设线形计算的精确方法[J］.西南交通大学学报，2001，36(3):303-307.

[3]沈锐利，张运波，高 伟.重庆鹅公岩大桥锚跨部分索股张力的测试与分析[J］.石家庄铁道学院学报，2000，13(4):66-70.

[4]唐茂林.大跨度悬索桥空间几何非线性分析与软件开发[D］.成都:西南交通大学，2003:45-47.