斜拉橋鋼絲斜拉索錨杯放張與張拉量調(diào)整研究

徐旺

摘要：參考錨杯基本構(gòu)造和鋼絲錨固長(zhǎng)度來(lái)確定斜拉索錨杯長(zhǎng)度，通常會(huì)導(dǎo)致調(diào)整主梁線形偏差時(shí)的預(yù)留量不足。為了準(zhǔn)確得出錨杯張拉和放張調(diào)整量，通過(guò)懸索理論，對(duì)斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度受斜拉索錨固部位偏差、斜拉索彈性模量偏差以及斜拉索索力偏差的影響程度進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：規(guī)范中要求的錨杯放張調(diào)整值略有不足，張拉修正值基本可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)錨固部位與索力不變時(shí)，在斜拉索彈性模量值較高的情況下，斜拉索長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量越大；在斜拉索彈性模量值較低的情況下，斜拉索長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其△L2無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量越小，對(duì)于索長(zhǎng)大于300m的長(zhǎng)索和中索，要增大錨杯張拉端長(zhǎng)度，以此提高放張調(diào)整量。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；斜拉索錨杯長(zhǎng)度；無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度；放張調(diào)整量；彈性模量

0? ?引言

斜拉橋作為一種常用的橋梁類型，具有跨越能力較強(qiáng)、抗震能力好、造型優(yōu)美、受力性能好的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，斜拉橋在鐵路工程中的應(yīng)用技術(shù)不斷提高，使國(guó)內(nèi)大跨鐵路橋梁鐵施工水平得到了較大的提升[1-3]。對(duì)于大跨鐵路斜拉橋來(lái)講，橋上永久荷載、施工以及制造等誤差，均會(huì)使主梁成橋時(shí)出現(xiàn)較大的線形偏差。如何準(zhǔn)確控制成橋線形，以保證列車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定和安全，是建造大跨鐵路斜拉橋時(shí)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題[4-5]。通常通過(guò)改變成橋索力的方式，來(lái)調(diào)整斜拉橋主梁成橋線形，具體操作是調(diào)整錨杯上錨圈所處的位置以實(shí)現(xiàn)斜拉索的張拉和放張。

為了評(píng)價(jià)水泥攪拌樁防滲墻對(duì)大壩的防滲效果，此次研究通過(guò)有限元模擬，對(duì)局部土層實(shí)測(cè)滲透系數(shù)進(jìn)行反演計(jì)算，并模擬分析了防滲墻在不同土層埋深和位置時(shí)防滲效果的變化規(guī)律，可為相關(guān)工程提供指導(dǎo)和借鑒。

1? ?工程概況

常山江特大橋57#墩～60#墩采用（117+240+117）m三線矮塔斜拉橋跨越常山江，線路與常山江夾角為59°。主梁為三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橋塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斜拉索采用扇形布置。主梁結(jié)構(gòu)形式采用單箱雙室、變高度、變截面箱型結(jié)構(gòu)，中間支點(diǎn)根部梁高14.5m，跨中及邊支點(diǎn)處梁高均為7.0m，梁高按圓曲線變化。

箱梁橋面寬21.3m，中支點(diǎn)橋塔梁固結(jié)處橋面加寬至24.8m。頂板厚0.45m，至中支點(diǎn)附近加厚至0.7m，中支點(diǎn)局部加厚至1.65m，邊支點(diǎn)局部加厚至0.95m。底寬16.7m，中支點(diǎn)處局部底寬18.3m。底板厚度0.45～1.406m，中支點(diǎn)處局部底板厚3.80m，邊支點(diǎn)處局部底板厚0.95m。邊支點(diǎn)及靠近邊跨的0號(hào)塊處底板設(shè)直徑0.8m檢查孔，底板上設(shè)截水槽、泄水孔。

斜拉索采用單絲涂覆環(huán)氧涂層鋼絞線拉索體系，外套HDPE，平行雙索面體系。斜拉索梁上縱距9.0m，橫距19.8m，主梁內(nèi)設(shè)置錨固梁，張拉端設(shè)置在梁上。斜拉索在塔端采用分絲管索鞍貫通，上下間距1.5m，索鞍設(shè)置雙向抗滑裝置。斜拉索規(guī)格分15.2-55和15.2-61兩種，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，斜拉索采用單根張拉。

2? ?鋼絲斜拉錨索杯調(diào)整量研究

通常以改變成橋索力的方式來(lái)調(diào)整斜拉橋主梁成橋線形，具體操作是調(diào)整錨杯上錨圈所處的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)斜拉索的張拉和放張，在根本上為調(diào)整斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度。對(duì)其造成影響的主要因素包括斜拉索錨固部位偏差、斜拉索彈性模量偏差以及斜拉索索力偏差，此次主要研究斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度受到以上3個(gè)因素的影響程度，并分析了鋼絲斜拉索錨杯調(diào)整量。

2.1? ?斜拉索索力偏差

造成斜拉橋索力偏差的主要因素為實(shí)際荷載和設(shè)計(jì)荷載相差較大。橋體構(gòu)件質(zhì)量誤差同樣會(huì)導(dǎo)致斜拉索索力出現(xiàn)偏差，對(duì)于這種偏差可通過(guò)施工監(jiān)測(cè)調(diào)整斜拉索下料長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行校正。除此之外，道碎容重離散性荷載偏差對(duì)鐵路斜拉橋的影響也較大。在鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范種將21kN/m3定為碎石道容重，即道砟容重規(guī)范值為21kN/m3。

此規(guī)范值是鐵路線路通車(chē)使用多年后統(tǒng)計(jì)得出的數(shù)值，包括路基養(yǎng)護(hù)的補(bǔ)砟效應(yīng)和鐵路運(yùn)營(yíng)荷載對(duì)路基的作用效果，明顯大于剛開(kāi)始成橋時(shí)的道碎容，所以在設(shè)計(jì)橋梁穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)選擇此容重是較為合理的。不過(guò)在成橋初始階段，偏低的道砟容重會(huì)導(dǎo)致主梁出現(xiàn)上撓，斜拉索錨杯調(diào)整量Sz與S?在當(dāng)設(shè)計(jì)線形已定時(shí)，要能夠滿足道砟質(zhì)量偏差所導(dǎo)致的主梁線形修正要求。

參考此橋道床來(lái)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，道砟容重γ1為21kN/m3，換算出的q1為100.7kN/m（2線鐵路道設(shè)計(jì)荷載）；剛成橋階段的容重γ2為21kN/m3，得出的q2為81.5kN/m（2線鐵路道設(shè)計(jì)荷載）。4線鐵路道荷載相差值為38.4kN/m。通過(guò)q1與q2來(lái)對(duì)成橋索力F1和F2進(jìn)行計(jì)算，如圖1所示為具體計(jì)算結(jié)果。同時(shí)可根據(jù)（F1-F2）/F1的方式來(lái)計(jì)算索力偏差。

從圖1中能夠看出，道砟容重離散性所造成的索力偏差為2%～4.8%，為了將索力偏差更加形象和具體的體現(xiàn)出來(lái)，將縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)分別定為無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量△L1與斜拉索長(zhǎng)度L，同時(shí)考慮道砟容重離散性造成的索力偏差為5%，繪制兩者的關(guān)系曲線如圖2所示。

從圖2中能夠看出，△L1無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度未超過(guò)300m時(shí)小于43mm；△L1無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度在300～400m時(shí)的范圍為45～65mm；△L1無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度在400～500m時(shí)的范圍為65～81mm；△L1無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度超過(guò)500m時(shí)大于81mm。這說(shuō)明長(zhǎng)、中無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度受到斜拉索索力偏差的影響較大，要重點(diǎn)關(guān)注，在設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)留好調(diào)整空間。

2.2? ?斜拉索彈性模量偏差

相關(guān)規(guī)范中要求，斜拉索彈性模量要大于1.9×105MPa。此次所研究斜拉橋?qū)崪y(cè)斜拉索彈性模量范圍為19.5×105～

1.98×105MPa，達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。彈性模量E0會(huì)對(duì)斜拉索伸長(zhǎng)性能造成較大的影響，同時(shí)也是影響無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度的一個(gè)主要因素。將斜拉索E0為2.00×105MPa情況下無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度視作對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)E1和E2分別為1.9×105MPa、2.1×105MPa情況下的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，能夠得出無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度由斜拉索彈性模量偏差導(dǎo)致的變化值△L2。具體計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

從圖3中能夠看出，當(dāng)錨固部位與索力不變時(shí)，在斜拉索彈性模量值較高的情況下，斜拉索長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量越大。而在斜拉索彈性模量值較低的情況下，斜拉索長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其△L2無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量越小。△L2無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度未超過(guò)300m時(shí)小于47mm?！鱈2無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度在300m～400m時(shí)的范圍為47～63mm?！鱈2無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度在400～500m時(shí)的范圍為63mm～71mm?！鱈2無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度超過(guò)500m時(shí)大于71mm。

類似于斜拉索索力偏差產(chǎn)生的影響規(guī)律，長(zhǎng)、中無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度受到斜拉索彈性模量偏差的影響較大。所以建議在設(shè)計(jì)過(guò)程中以斜拉索E0為2.0×105MPa時(shí)對(duì)斜拉索下料長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)根據(jù)其在1.9×105～2.1×105MPa范圍來(lái)對(duì)張拉端錨杯修正量進(jìn)行預(yù)留。

2.3? ?斜拉索錨固部位偏差影響

基礎(chǔ)不均勻沉降、測(cè)量誤差、操作失誤、混凝土收縮變形等，均會(huì)導(dǎo)致斜拉索錨固點(diǎn)部位出現(xiàn)偏差。外界環(huán)境對(duì)測(cè)量誤差影響比較大，為此盡量在夜間溫度比較穩(wěn)定時(shí)開(kāi)展測(cè)量工作。通過(guò)主墩與橋塔錨固區(qū)支點(diǎn)橫梁預(yù)抬高的方式，可修正混凝土收縮變形與基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生的偏差，但無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算出以上兩種偏差的具體值，所以需要在設(shè)計(jì)張拉端錨杯調(diào)整量時(shí)將上述偏差考慮在內(nèi)。

此次研究中將△H（塔端錨固點(diǎn)高程偏差）定為10cm，△L錨固點(diǎn)部位水平偏差根據(jù)相關(guān)規(guī)范取3cm與塔高H/3000間的較低值，以此分析無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度L受到各偏差的影響，并計(jì)算得出無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量△L3，如圖4所示為具體計(jì)算結(jié)果。

從圖4中能夠看出，接近塔根處短索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度受到△H的影響較大，且△H對(duì)其產(chǎn)生的影響程度隨著斜拉索索長(zhǎng)的增大而降低。斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度受到△L的影響規(guī)律與△H造成的影響趨勢(shì)相反，長(zhǎng)、中索受△L的影響較大。將△L和△H對(duì)無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度產(chǎn)生的影響進(jìn)行疊加，得出△L3取值范圍為50～60mm。

3? ?調(diào)整錨杯張拉和放張的建議

整體考慮斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度受上述3種偏差類型的影響，通過(guò)計(jì)算獲取斜拉索張拉端錨杯張拉和放張的調(diào)整量，并且結(jié)合相關(guān)規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)錨杯修正標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果如表1所示。表1中，Sf1至Sf3為將斜拉索彈性模量偏差（5%）、索力偏差（5%）、H/3000水平部位偏差以及10cm錨固點(diǎn)高程偏差，考慮在內(nèi)計(jì)算出的錨杯放張修正量，總放張修正值為ΣSf。計(jì)算出的對(duì)應(yīng)錨杯張拉修正量為Sz1、Sz2、Sz3，總張拉修正量為ΣSz。根據(jù)規(guī)范要求，計(jì)算得出的放張和張拉修正值分別為Sf0和Sz0。

從表1中能夠看出，規(guī)范中要求的錨杯大小，只將基本構(gòu)造要求與鋼絲錨固長(zhǎng)度考慮在內(nèi)，得出的放張和張拉調(diào)整至略低，主標(biāo)表現(xiàn)出可能Sf0放張修正值不足，張拉修正值Sz0基本可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

在上述3種偏差類型里，對(duì)無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度的影響程度最高的是斜拉索索力偏差，影響程度略低的斜拉索E0偏差，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要加強(qiáng)以上2種偏差類型的重視程度。特別是在索長(zhǎng)大于300m的長(zhǎng)索和中索，要增大錨杯張拉端長(zhǎng)度，以此提高放張調(diào)整量。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

為了更加精確的計(jì)算斜拉索錨杯調(diào)修正量，通過(guò)懸索理論分析了不同偏差量對(duì)斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度的影響程度，并提出相應(yīng)的建議，主要得出以下結(jié)論：

索力偏差導(dǎo)致的△L1無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量在斜拉索長(zhǎng)度未超過(guò)300m時(shí)小于43mm，在斜拉索長(zhǎng)度在300～400m時(shí)的范圍為45～65mm，斜拉索長(zhǎng)度在400～500m時(shí)的范圍為65～81mm，在斜拉索長(zhǎng)度超過(guò)500m時(shí)大于81mm。錨索彈性模量E0偏差導(dǎo)致的△L2無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度增量，在斜拉索長(zhǎng)度未超過(guò)300m時(shí)小于47mm，在斜拉索長(zhǎng)度處于300～400m時(shí)的范圍為47～63mm，在斜拉索長(zhǎng)度處于400～500m時(shí)的范圍為63～71mm，在斜拉索長(zhǎng)度超過(guò)500m時(shí)大于71mm。

建議設(shè)計(jì)中，以斜拉索E0為2.0×105MPa時(shí)來(lái)對(duì)斜拉索下料長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)根據(jù)其E0在1.9×105～2.1×105MPa范圍來(lái)對(duì)張拉端錨杯修正量進(jìn)行預(yù)留。在3種偏差類型里，對(duì)無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度的影響程度最高的是斜拉索索力偏差，影響程度略低的斜拉索E0偏差。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要加強(qiáng)以上2種偏差類型的重視程度。特別是在索長(zhǎng)大于300m的長(zhǎng)索和中索，要增大錨杯張拉端長(zhǎng)度，以此提高放張調(diào)整量。

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