超大跨自锚式悬索桥主梁配重的研究.docVIP

文章编号： 超大跨自锚式悬索桥主梁配重研究 吴海军1，王邵锐1，周志祥1，姬同庚 (1. 重庆交通大学 土木建筑学院，重庆 400074；2. 河南省桃花峪黄河大桥投资有限公司450001) 摘 要：以超大跨自锚式悬索桥——武西高速公路桃花峪黄河大桥全桥模型试验为依托，对试验模型进行精细化设计，分析了自锚式悬索桥交界墩及塔梁结合处支座上拔力产生的机理及实现配重的主要方式，对主动式配重方案的影响因素进行了试验及分析研究，得出不同施工过程及吊杆张拉顺序对配重大小及时机选择的影响，可供同类工程参考。 关键词: 超大跨；自锚式悬索桥；主梁配重；全桥模型试验；方法研究 1 概 述 自锚式悬索桥不同于一般的悬索桥，它的主缆直接锚固在加劲梁的梁端，由主梁直接承受主缆中的水平拉力，不需要庞大的锚碇，节省了大量投资[1]。 1915年德国就修建了第一座自锚式悬索桥，在国外具有代表性的有韩国永宗桥(主跨300 m)；中国则有兰旗松花江大桥(主跨240m)、抚顺万新大桥(主跨160 m)。这些桥梁除了主缆直接锚固在加劲梁的梁端外，其余构造采用了和现代悬索桥相似的形式。将于2013年建成的世界最大的三跨自锚式悬索桥。 图1 桃花峪黄河大桥 计按双向六车道高速公路建设,设计速度100km/h，设计荷载等级为公路－Ⅰ级×1.3。 自锚式悬索桥交界墩及塔梁结合处的支座施工及成桥阶段，承受着的主梁主缆吊杆分力处置不当，支座会出现上拔力从而影响悬索桥的受力结构安全这一问题，工程时通常采用主梁上的方式。大小及施加时机影响结构经济性及合理受力。2 配重的作用及实现方式 2.1 配重的作用 自锚式悬索桥和地锚式悬索桥最大的不同在于没有地锚式庞大的锚碇，而是将主缆直接锚固在主梁上。受此影响，两者的施工方法也明显不同，自锚式悬索桥采用先顶推施工主梁，再架设主缆、张拉吊杆实现体系转换。为了避免在施工过程及成桥运营阶段塔梁支座及主梁锚固端支座出现脱空现象，需在交界墩及塔梁结合处进行配重，以保证支座始终处于受压状态[2]-[4]。 2.2配重方式1——设拉力支座 图2 拉力支座示意图 拉力支座（见图2）又称负反力支座，分为拉力铰支座和拉力连杆支座两类，可以同时承受正负反力的支座前又分为固定式和活动式。锚于梁，下锚于或桥台，配重的典型方式见 图3 一半主梁截面配重示意图 图4 配重示意详图 此外，在桥跨允许时，可在锚固跨外设置辅助跨来平衡上拔力；对于有引桥的桥梁，可通过将引桥重量压在锚固端来平衡上拔力；当桥跨受限时，就只能通过其他方法进行。 3 配重的构成分析 对自锚式悬索桥，在主梁承受的荷载中，除小部分以压力的方式直接由主梁传递给支座外，其余大部分荷载将通过吊杆传递给主缆，使主缆产生张力，对交界墩处主梁产生上拔力。因此，主梁锚固端的配重主要用于平衡主缆张力产生的上拔力。 对于塔梁结合处，在吊杆未张拉前，该处支座承受主梁部分重量、处于受压状态；随着吊杆的张拉，主梁自重等一期恒逐渐向吊杆和主缆转移。根据分析，在全桥吊杆张拉完成之后、加二期恒载之前，塔梁结合处支座将出现最大上拔力。因此，塔梁结合处主梁的配重主要用于平衡吊杆张拉力产生的上拔力。 下面通过实桥试验及理论分析来研究配重的及其影响因素。[5]-[7]。 图5 全桥试验模型 4.2试验模型的设计与实施 （1）主梁 设计时保证模型主梁与实桥主梁在有效截面的轴向、竖弯及扭转刚度满足相似条件。 由于模型主梁钢板仅有2mm厚，且主梁承受强大的轴向力作用，为保证主梁的稳定性，在主梁顶面和底面各设有4条实心钢加劲（Ф6钢筋），加劲肋每隔一定距离断开。 图6 模型主梁标准断面及平面图 为了能完全模拟吊杆和主梁相对位置的几何相似关系，在吊点处主梁的两侧面伸出刚臂，在刚臂上设置锚板，以便吊杆与加劲梁连接（见图6）。 为保证主缆的锚固传力可靠，主梁锚固端采用局部加强的方式。这种方法尽管对锚固段局部受力的模拟失真，但对全桥模型整体受力的影响甚微，是切实可行的。 模型试验中，通过传感器实测的数据来反映和计算实际上拔力及配重的大小。 (2) 主塔 实桥桥塔为钢筋混凝土结构，为方便制作，试验模型采用钢桥塔。模型的索塔采用门式塔，按照桥塔抗推刚度一致为主要控制原则进行模拟。 (3) 主缆、吊杆及索鞍 主缆及吊杆的材料弹性模量与实桥相同，且截面面积与实桥相似。主缆选用16根直径为3mm的钢丝；吊杆选用1根直径为4mm细钢丝。 模型索鞍按照实际尺寸的1/30进行模拟；索鞍顶部设置压条，作为主缆的锚固装置；塔柱顶部在索鞍四周设置限位钢板，保证主索鞍只能沿纵向滑动；索鞍底钢板纵向通常焊接螺杆，螺杆两端可以通过螺母锚固在纵向两侧限位钢板上，通过螺帽的拧紧和放松可以实现索鞍的顶推。 5 配重影响因素分析 对于自锚式悬索桥，配重的时机和大