平行鋼絲索股與主鞍座抗滑移試驗(yàn)研究與分析

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摘要：溫州甌江北口大橋是國內(nèi)首座三塔四跨雙層鋼桁梁懸索橋，中塔為A型框架混凝土塔。與傳統(tǒng)的兩塔懸索橋相比，三塔懸索橋中間主塔設(shè)計(jì)及其上主鞍座內(nèi)主纜絲股抗滑移安全是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。本文通過試驗(yàn)研究主纜與鞍座頂面和側(cè)面、索股與豎向及水平隔板間摩擦力的關(guān)系，為主纜與鞍座間的摩擦機(jī)理研究及檢驗(yàn)實(shí)際設(shè)計(jì)鞍座在全壽命期間的主纜與鞍座的摩擦力提供支撐。

Abstract： Wenzhou Oujiang North Port Bridge is the first three-tower and four-span double-span steel truss suspension bridge in China. The middle tower is an A-frame concrete tower. Compared with the traditional two-tower suspension bridge， the design of the middle main tower of the three-tower suspension bridge and the anti-sliding safety of the upper main cable strand main saddle are the key points and difficulties of the whole structure design. In this paper， the relationship between the top and side of the main cable and saddle and the friction between the cable strand and the vertical and horizontal partitions are studied experimentally， to provide support for the research on friction mechanism between main cable and saddle and the test of the friction between the main cable and the saddle during the life of the actual design saddle.

關(guān)鍵詞：三塔懸索橋;主索鞍;豎向摩擦板;抗滑移

Key words： three-tower suspension bridge;main cable saddle;vertical friction plate;anti-sliding

1? 工程概況

溫州甌江北口大橋是甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線和溫州市南金公路跨越甌江的控制性工程，跨江主橋?yàn)閲鴥?nèi)首座三塔四跨雙層鋼桁梁懸索橋，全橋橫向共設(shè)兩根主纜，主纜橫向間距為41.8m，主纜跨度（230+800+800+358）m，矢高80m，矢跨比1/10.0。其布置見圖1。

該項(xiàng)目中塔為大剛度A型框架混凝土塔，系國內(nèi)在多塔連跨懸索橋結(jié)構(gòu)體系中首次采用。主索鞍采用鑄焊結(jié)合結(jié)構(gòu)，豎隔板鋼板與鞍頭槽底焊接，鞍座為鋼板焊接成，鞍體下設(shè)不銹鋼板-聚四氟乙烯板滑動(dòng)副，以適應(yīng)施工中的相對(duì)移動(dòng)。中塔主索鞍為國內(nèi)首座梳齒型主索鞍，鞍槽內(nèi)設(shè)14道豎向摩擦板，使各根索股的側(cè)面都與隔板接觸，提供側(cè)面摩擦力，從而提高索鞍的抗滑性能。豎向摩擦板厚12～16mm，高726～929.5mm，橫向凈距61mm，采用Q345C。其結(jié)構(gòu)見圖2。大橋主纜有169根索股，每股由127根5.25mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成。

2? 試驗(yàn)研究方案

2.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)需要模擬理論上的極端工況：一個(gè)主跨滿載、另一個(gè)主跨不加載的不對(duì)稱加載工況。經(jīng)過比選，最終確定采用頂推鞍座的方式施加不平衡力：將鞍座與支架的連接設(shè)計(jì)為鉸接，試驗(yàn)時(shí)先將索股兩端張拉到恒載對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)索力后進(jìn)行錨固。試驗(yàn)時(shí)利用千斤頂對(duì)鞍座一側(cè)施加推力，這樣鞍座一側(cè)的索股力將增大、另一側(cè)的索股力將減小。逐級(jí)增大作用力，直到索股與鞍座間產(chǎn)生滑移?？紤]經(jīng)濟(jì)、制利用的原則，臺(tái)座采用鋼板梁形式，設(shè)計(jì)模型如圖3 所示。

2.2 索股及索股布置方式

試驗(yàn)用主纜鋼絲與實(shí)橋主纜所用鋼絲相同，采用直徑5.25mm的高強(qiáng)鍍鋅鋼絲。模型試驗(yàn)的鋼絲索股數(shù)，要模擬鋼絲束與鞍槽直接接觸以及索股之間的接觸，反映索股受到徑向擠壓應(yīng)力的不同。為控制試驗(yàn)規(guī)模，本階段的研究時(shí)，試驗(yàn)選用37絲的索股，鋼絲直徑與實(shí)橋主纜所用鋼絲相同，為Φ5.25mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲，如圖4、圖5。索股排3列，中間四排，兩側(cè)3排，如圖6。

2.3 鞍座形式

試驗(yàn)設(shè)計(jì)三種鞍座形式：①傳統(tǒng)主鞍座，在各列索股之間加較薄較柔的隔片;②增設(shè)豎摩擦板鞍座，在各列索股之間加較厚較剛的隔板;③增設(shè)水平摩擦板鞍座，兩排索股之間加水平隔板，見圖7。試驗(yàn)鞍座的設(shè)計(jì)盡量與實(shí)際鞍座的槽口等接近、包角接近實(shí)際設(shè)計(jì)值。鞍槽為圓曲線，模型鞍座鞍槽光潔度、圓度與實(shí)橋相同。

2.4 測(cè)點(diǎn)布置

基于試驗(yàn)?zāi)康?，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)試方案設(shè)計(jì)，測(cè)試內(nèi)容主要包括索股張拉力測(cè)試、位移測(cè)試以及索股應(yīng)力測(cè)試三項(xiàng)：①每根索股錨頭螺帽前端安裝壓力傳感器，以測(cè)試股索的張拉力;②在鞍座兩側(cè)的上下層索股及鞍座上布置位移測(cè)點(diǎn)，通過千分表測(cè)試索股與鞍座間的相對(duì)位移，以判別股索是否滑移;③在鞍座兩側(cè)進(jìn)、出鞍槽道口位置的索股上安裝滑移標(biāo)記，以目測(cè)判別股索是否滑移。

2.5 試驗(yàn)荷載

根據(jù)模型束股對(duì)模型鞍槽的擠壓接觸應(yīng)力與實(shí)際主纜索股對(duì)鞍槽底面的最小擠壓接觸應(yīng)力相等的原則，得出基準(zhǔn)狀態(tài)條件下試驗(yàn)?zāi)Ｐ兔渴鞴傻募虞d值為548.5kN，10束索股總的加載量為5485kN。為進(jìn)行模型設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，參照既有試驗(yàn)研究結(jié)果，偏于安全地取索股與鞍座間的名義摩擦系數(shù)為0.65，則由下式可以得出滑移時(shí)刻頂推側(cè)的索股張拉力為6811kN。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)驗(yàn)算。

2.6 加載步驟

對(duì)于上述的每一種工況，進(jìn)行以下加載步驟：

①在加載模型的兩端進(jìn)行張拉，直到索股總拉力達(dá)到恒載相應(yīng)值。第一級(jí)荷載：張拉至恒載的60%;第二級(jí)荷載：張拉至恒載的100%;張拉完成后，將索股錨固在錨墊板上。

②利用加載設(shè)備，在鞍座上施加推力，使兩側(cè)索力的比值按1.025、1.05、1.075、1.1、1.125、……的比例增加，每作用一級(jí)，靜置10分鐘，測(cè)量索股與鞍座間的變形量，觀測(cè)是否產(chǎn)生滑移，若未產(chǎn)生滑移，繼續(xù)下一級(jí)加載，直到索股與鞍座產(chǎn)生滑移;按照試驗(yàn)工況，分步進(jìn)行上述過程的加載與測(cè)試。

③按照各試驗(yàn)工況的要求，分別在三種主鞍座上開展不同索股根數(shù)（四根、七根、十根）的模型試驗(yàn)，為理論分析提供參數(shù)變化工況。

3? 三種鞍座類型試驗(yàn)值對(duì)比

對(duì)比三種不同鞍座構(gòu)造下的試驗(yàn)值見圖8、圖9、圖10，其中，GP表示加豎向隔片;SX表示加豎向板;HX表示加水平板;z—整體名義摩擦系數(shù)。

從上述對(duì)比可以看出：

①設(shè)置豎向或水平摩擦板可明顯提高極限的名義摩擦系數(shù);

②設(shè)置水平摩擦板，板上索股滑移時(shí)的名義摩擦系數(shù)較低，這與這種情下板上索股間隔片與普通鞍座時(shí)差異明顯有關(guān);

③設(shè)置水平摩擦板時(shí)，要提高鞍座整體的名義摩擦系數(shù)，需要提高水平摩擦板上索股的名義摩擦系數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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