部分斜拉橋分絲型鞍座抗滑錨固研究

中圖分類號(hào)：U448.27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）18-0075-05

Abstract：Theanti-slidinganchoragesysteminthesaddlesystemofsomecable-stayedbridgesisa wiretypestructure， withaspanof （85.23+5x125+85.23）mprestressedconcretetwin-towerandsingle-cable-planepartialcablestayedbridgeisused astheengineringbackground.Teanti-slidingprincipleoftheanti-slidinganchoragesysteminthesaddleareaofthebridgeis analyzed，andtheanti-slidinganchoragegriptheoryofthesplit-wirecablesadleissummarized.Calculationmethod，anti slidinganchorageloadtestiscarredout，andtheultimateunbalancedforceverificationissimulatedthroughactualworking conditions，whichprovidestechnicalsupportforthereliabilityoftheanti-slidinganchoragesystemandlaysafoundatinforthe structural design of similar types of bridges.

Keywords：partial cable-stayed bridge; split-wire saddle;anti-sliding anchorage;ultimate load; model test

部分斜拉橋轉(zhuǎn)向鞍座抗滑體系是一種定向由主梁傳遞到主塔兩側(cè)拉索拉力的結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置在鞍座兩側(cè)的抗滑錨固裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絞線拉索的握裹和附著力，達(dá)到主塔兩側(cè)平衡拉索拉力。部分斜拉橋鞍座式抗滑錨固體系可分為套管型和分絲管型2種，如圖1、圖2所示。

鑒于鞍座抗滑錨固區(qū)存在抗滑構(gòu)造特性，僅僅通過簡(jiǎn)單的理論分析無法全面地反映抗滑錨固區(qū)的真實(shí)受力特點(diǎn)。從國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)目前為限元模型分析和模擬模型試驗(yàn)相結(jié)合對(duì)鞍座式結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，嚴(yán)國(guó)敏對(duì)日本的小田原港橋（世界上第一座部分斜拉橋）、屋代南橋、屋代北橋在施工中構(gòu)造進(jìn)行研究，探索套管式鞍座鍵槽布局的抗滑結(jié)構(gòu)和換索構(gòu)思，未開展實(shí)際抗滑驗(yàn)證；Vinayagamoorthy等4、劉海燕等對(duì)日本三谷川二橋部分斜拉橋模型試驗(yàn)研究可知套管式鞍座兩側(cè)的高強(qiáng)環(huán)氧砂漿需大于 1m 的錨固長(zhǎng)度范圍才可滿足鋼絞線拉索黏接性能要求;Peng等Tarada等、馬雅林等通過對(duì)部分斜拉橋索塔多索區(qū)錨固構(gòu)件的ANSYS分析，理論計(jì)算出2.5倍活載作用下索力差豎向壓應(yīng)力和橫向劈裂應(yīng)力數(shù)值，發(fā)現(xiàn)套管式索鞍套管式鞍座結(jié)構(gòu)在1.2倍設(shè)計(jì)索力作用下，內(nèi)管正下方豎向應(yīng)力最大值為 -28.6MPa （C50標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為 28.5MPa ）；Takami等[]、莫利君等[在部分斜拉橋分叉型索塔研究中發(fā)現(xiàn)分絲型鞍座橫向正應(yīng)力（橫向劈裂應(yīng)力）為 2.89MPa ，豎向應(yīng)力最大值為 2.18MPa;Stroh^[11] 劉佳輝[2]、席利飛等[1]研究分絲型鞍座中鋼絞線拉索拉索與圓形分絲管壁的最大靜摩擦系數(shù)系數(shù)為0.23，提出對(duì) 1000kN 索力差的施工要求采取抗滑措施限制鋼絞線滑移。Yang等[14]、Markelj等[通過分絲型鞍座的模型進(jìn)行抗滑移試驗(yàn)靜力加載，對(duì)每根鋼絞線內(nèi)力均勻性提出理論計(jì)算方法，未進(jìn)行實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證；相關(guān)研究表明在貫穿式部分斜拉橋結(jié)構(gòu)中套管式索鞍內(nèi)外套管之間形成線接觸應(yīng)力集中，下方橫向劈裂應(yīng)力大。分絲型鞍座結(jié)構(gòu)解決斜拉索鋼絞線受力不均勻問題，但要對(duì)鞍座抗滑錨固性能和現(xiàn)單根調(diào)索及更換進(jìn)行詳細(xì)研究[1。

針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，以一座六塔的部分斜拉橋的分叉型索塔索塔為例，通過理論計(jì)算、有限元法分析、進(jìn)行靜力載荷和動(dòng)態(tài)載荷驗(yàn)證部分斜拉橋分絲型索鞍的滑移性能，以期為今后部分斜拉橋鞍座抗滑錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

某部分斜拉橋是一座六塔的預(yù)應(yīng)力砼雙塔單索面部分斜拉橋，結(jié)構(gòu)采用梁塔固結(jié)體系。橋梁總長(zhǎng)795.46m ，跨徑布置為（ 85.23+5×125+85.23）m ，如圖3所示，橋面寬 21m ，索塔高度為 8.85m. 。斜拉索為豎直琴式雙索面布置，每個(gè)主塔共布置6對(duì)斜拉斜拉索，斜拉索采用鋼絞線1860級(jí)，斜拉索的規(guī)格為0VMAT-55，拉索對(duì)稱錨固在主梁上。鞍座體系采用圓形分絲管結(jié)構(gòu)，利用分絲結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每一束拉索中的各根鋼絞線獨(dú)立貫穿過主塔的分絲形鞍座體系，通過環(huán)氧砂漿抗滑錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行主塔錨固，抗滑移力要求達(dá)到 250t （設(shè)計(jì)抗滑移力的2.5倍）。其索塔造型為“U\"結(jié)構(gòu)，結(jié)合橋梁造型需求，索塔橫向尺寸為僅僅 2m ，索塔錨固區(qū)拉索布置比較集中等特點(diǎn)，如圖3所示，因此需要對(duì)此結(jié)構(gòu)的抗滑力的安全性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2分絲型鞍座抗滑錨固理論計(jì)算

由于采用分絲型抗滑錨固體系鞍座體系，每一根鋼絞線對(duì)分絲型鞍座產(chǎn)生擠壓力，并通過抗滑系統(tǒng)中的環(huán)氧砂漿對(duì)每一根鋼絞線產(chǎn)生握裹力，從而達(dá)到橋梁斜拉索抵抗不平衡力作用?？够^固系統(tǒng)內(nèi)鋼絞線呈均勻分散布置，使抗滑索鞍體系起到良好的分散、均勻傳遞拉索荷載的作用[。所以每根鋼絞線的周圍都受到環(huán)氧砂漿的充分握裹，因而每根鋼絞線所受環(huán)氧砂漿的握裹力是均勻的，如圖4所示，因而每一根鋼絞線的錨固的握裹力可以通過理論計(jì)算得出。

通過對(duì)拉索與相應(yīng)漿體間的黏結(jié)和傳遞的理論和基礎(chǔ)性試驗(yàn)驗(yàn)證，歸納總結(jié)出環(huán)氧砂漿握裹力的計(jì)算方法，如式（1）所示：鋼絞線拉索的黏結(jié)傳遞長(zhǎng)度設(shè)計(jì)值，可以簡(jiǎn)化地取為“拉索與漿體 \"_L1 和\"漿體與抗滑錨筒壁 ?_L2 之間的黏結(jié)長(zhǎng)度之和

式中： ΔP 為索力差， s₁ 為鋼絞線拉索與漿體間的握裹周長(zhǎng)， s₂ 為鋼管內(nèi)壁周長(zhǎng)。 f_bond 為鋼材與漿體間的黏結(jié)強(qiáng)度（這里可忽略鋼絞線與鋼管的差異），根據(jù)以往試驗(yàn)得出粘結(jié)強(qiáng)度 f_bond 為 3.46MPa 。

根據(jù)美國(guó)后張法協(xié)會(huì)斜拉橋委員會(huì)PTI（斜拉索設(shè)計(jì)、測(cè)試和安裝條例）規(guī)范中5.7.2.2描述，索鞍及過渡細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)應(yīng)能保證在 125% 倍的設(shè)計(jì)荷載下防止拉索的滑移及磨損。該工程拉索孔數(shù)55孔，采用的是

1860MPa 的環(huán)氧涂覆鋼絞線，橋梁拉索常規(guī)的應(yīng)力上限在0.45＼～0.55區(qū)間內(nèi)，以斜拉索張拉到 0.45，0.55 的公稱極限拉力作為基準(zhǔn)參照[1I-2]，參照PTI規(guī)范則設(shè)計(jì)極限荷載分別為

F₁=55×260.4×0.45×1.25=8 056.125kN;

F₂=55×260.4×0.55×1.25=9 846.375kN

工程實(shí)際選取0VM250AT-55拉索錨具的錨固裝置長(zhǎng)度 L 為 900mm ，內(nèi)徑為 300mm ，鋼絞線采用15.24鋼絞線為參考，選取設(shè)計(jì)荷載極限（兩側(cè)索力差）

最大數(shù)值進(jìn)行計(jì)算（即 9846KN ）進(jìn)行校核，根據(jù)式（1）計(jì)算出鋼絞線拉索的粘結(jié)傳遞長(zhǎng)度 L=9846/3.46（1/ 1 15.24×55×3.14）+1/（300×3.14））×100=410mm ，從理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比，該結(jié)構(gòu)采用的環(huán)氧砂漿錨固握裹的長(zhǎng)度 900mmgt;410mm ，完全符合分絲型鞍座抗滑錨固的安全性要求。

3分絲型鞍座抗滑錨固荷載試驗(yàn)

3.1靜力荷載試驗(yàn)方案

由于該橋要求裝置錨固抗滑移力要求達(dá)到 250t （設(shè)計(jì)抗滑移力的2.5倍），因此進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)裝置所提供的反力至少是張拉力的2倍以上，須保證靜力試驗(yàn)裝置具有足夠的強(qiáng)度和剛度。試驗(yàn)用的撐腳1的承載力是 1700t ，撐腳2的承載力是 650t ，試驗(yàn)臺(tái)架的承載力 1000t ，通過有限元對(duì)試驗(yàn)架受力鋼板進(jìn)行分析[18-19]，完全符合試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)受力要求，分析結(jié)果如圖5所示。

該靜力荷載試驗(yàn)主要目的是檢驗(yàn)斜拉索錨固構(gòu)造（工藝）的靜載抗滑移力學(xué)性能，試驗(yàn)方案如圖6所示，具體包括以下內(nèi)容： ① 抗滑錨固裝置的的抗滑力的測(cè)試，在鋼絞線的表面粘貼電阻應(yīng)變計(jì)，當(dāng)對(duì)拉索施加張拉力時(shí)，錨固區(qū)域內(nèi)的每根鋼絞線受力都會(huì)發(fā)生變化，通過電阻應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變值反應(yīng)錨固裝置內(nèi)的環(huán)氧砂漿對(duì)拉索的握裹力的大小是否滿足設(shè)計(jì) 100t 抗滑力的2.5倍的安全系數(shù)； ② 試驗(yàn)兩端異步加載進(jìn)行測(cè)試，A端從 515.4kN ，分級(jí)遞增加載到 3716.6kN B端從 703.3kN ，分級(jí)加載到 3 636.2kN 進(jìn)行測(cè)試；③ 試驗(yàn)兩端同步加載進(jìn)行測(cè)試， _A，B 兩端從 ，分級(jí)加載 2500kN ，持荷 60min ，再逐級(jí)加載到 4100kN 進(jìn)行極限測(cè)試。

3.2靜力荷載試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 兩端異步加載結(jié)果

當(dāng)一側(cè)作用荷載不大于 2512kN 時(shí)，應(yīng)力的發(fā)展是較為均勻的，鋼絞線的滑移量非常小。但在荷載超過 2512kN 后，應(yīng)力發(fā)展規(guī)律性不明顯，如圖7所示，但對(duì)于鋼絞線的滑移的影仍是線形發(fā)展。這一結(jié)果同時(shí)表明，在實(shí)橋狀態(tài)下，當(dāng)塔的一側(cè)拉索作用相當(dāng)于設(shè)計(jì)荷載的2.5倍的力值時(shí)，仍可保持其對(duì)鋼絞線的握裹作用，由此可見該分絲型鞍座抗滑錨固系統(tǒng)性能時(shí)安全可靠的。

在 2512kN 荷載作用下，抗滑錨固系統(tǒng)內(nèi)環(huán)氧樹脂砂槳對(duì)鋼絞線的握裹作用是有效的，此時(shí)，拉索位移量是微乎其微，如圖8所示?？蛇M(jìn)一步在環(huán)氧樹脂砂漿灌注工藝上有所提高和改進(jìn)，保證灌漿密實(shí)度，砂漿與鋼絞線完全握裹，則實(shí)際效果將會(huì)更好[20-21]。

3.2.2 兩端同步加載結(jié)果

在最大荷載為 4100kN 的情況下，最大應(yīng)力為252.2MPa ，平均應(yīng)力 217MPa ，對(duì)應(yīng)拉力 1671kN ，即錨固筒內(nèi)的環(huán)氧漿體的握裹力達(dá) 2529kN ，相對(duì)于1000kN 的設(shè)計(jì)張拉力，其安全系數(shù)超過2.5，這充分證明錨固套筒內(nèi)的環(huán)氧樹脂起到了很好的握裹效果。試驗(yàn)臺(tái)架處鋼絞線以及錨固套筒內(nèi)鋼絞線應(yīng)力值的發(fā)展較為均勻的、較好的表現(xiàn)為線性關(guān)系發(fā)展。鋼絞線的滑移量非常小，未出現(xiàn)抗滑力失效的現(xiàn)象，如圖9所示。充分說明錨固系統(tǒng)內(nèi)環(huán)氧樹脂砂漿對(duì)鋼絞線的握裹作用是有效的，說明錨固系統(tǒng)完全能達(dá)到設(shè)計(jì)抗滑移能力 100t 的2.5倍的安全系數(shù)的要求。

22 系列1

總之，相比較于兩端異步加載，兩端同步加載的加載程序和實(shí)際施工的加載程序較吻合，測(cè)試的結(jié)果更能模擬結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力[22]。2種方案的試驗(yàn)過程反映錨固系統(tǒng)的抗滑移要求均能夠滿足設(shè)計(jì)抗滑移能力 100t 的2.5倍的要求，張拉到設(shè)計(jì)載荷后，繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試的情況下，抗滑錨固裝置的內(nèi)應(yīng)力持續(xù)增加，環(huán)氧砂槳的握裹力仍然有效，未出現(xiàn)抗滑移失效的現(xiàn)象[23]。

4結(jié)論

部分斜拉橋的分絲型鞍座抗滑結(jié)構(gòu)目前為行業(yè)采用較多的索塔組合結(jié)構(gòu)，通過對(duì)分絲型結(jié)構(gòu)鞍座兩側(cè)的系統(tǒng)進(jìn)行研究，從錨固系統(tǒng)基理的理論校核到靜力荷載試驗(yàn)的結(jié)果證明，其各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足該工程抗滑錨固系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)（抗滑能力 250t 以上），符合設(shè)計(jì)和施工的要求。通過試驗(yàn)證明該抗滑錨固系統(tǒng)技術(shù)具有較高的錨固可靠性及穩(wěn)定性，具備很高的市場(chǎng)推廣應(yīng)用價(jià)值。

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