自錨式懸索橋的綜述（二）
2010-11-12
由于自錨式懸索橋的主纜拉力是傳遞給橋梁本身，而不是錨錠體，主纜拉力的水平分力在橋梁的上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生壓力，如果兩端不受約束的話，其垂直分力將使橋梁的兩端產(chǎn)生上拔力。例如金石灘懸索橋橋采用了兩種辦法來(lái)抵抗這種上拔力：一是在錨塊處設(shè)置拉壓支座；二是在主橋和引橋的交接處設(shè)置牛腿，從而將引橋的重量壓在主梁上。
由于主梁采用混凝土材料，設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)必須計(jì)入混凝土的收縮）徐變等因素的影響，這就使得混凝土自錨式懸索橋的設(shè)計(jì)較鋼橋更為復(fù)雜。
六、施工工藝
1、主塔施工
懸索橋一般主塔較高，塔身大多采用翻模法分段澆筑，在主塔連結(jié)板的部位要注意預(yù)留鋼筋及模板支撐預(yù)埋件。對(duì)于索鞍孔道頂部的混凝土要在主纜架設(shè)完成后澆筑，以方便索鞍及纜索的施工。主塔的施工控制主要是垂直度監(jiān)控，每段混凝土施工完畢后，在第二天早晨8：00至9：00間溫度相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，利用全站儀對(duì)塔身垂直度進(jìn)行監(jiān)控，以便調(diào)整塔身混凝土施工，應(yīng)避免在溫度變化劇烈時(shí)段進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)隨時(shí)觀測(cè)混凝土質(zhì)量，及時(shí)對(duì)混凝土配比進(jìn)行調(diào)整。
2、鞍部施工
檢查鋼板頂面標(biāo)高，符合設(shè)計(jì)要求后清理表面和四周的銷孔，吊裝就位，對(duì)齊銷孔使底座與鋼板銷接。在底座表面進(jìn)行涂油處理，安裝索鞍主體。索鞍由索座、底板、索蓋部分組成，索鞍整體吊裝和就位困難；可用吊車或卷?yè)P(yáng)設(shè)備分塊吊運(yùn)組裝。索鞍安裝誤差控制在橫向軸線誤差最大值3mm標(biāo)高誤差最大值3mm.吊裝入座后，穿入銷釘定位，要求鞍體底面與底座密貼，四周縫隙用黃油填實(shí)。
3、 主梁澆筑
主梁混凝土的澆筑同普通橋一樣，首先梁體標(biāo)高的控制必須準(zhǔn)確，要通過(guò)精確的計(jì)算預(yù)留支架的沉降變形；其次，梁體預(yù)埋件的預(yù)埋要求有較高的精度，特別是拉桿的預(yù)留孔道要有準(zhǔn)確的位置及良好的垂直度，以保證在正常的張拉過(guò)程中拉桿始終位于孔道的正中心。
主梁澆筑順序應(yīng)從兩端對(duì)稱向中間施工，防止偏載產(chǎn)生的支架偏移，施工時(shí)以水準(zhǔn)儀觀測(cè)支架沉降值，并詳細(xì)記錄。待成型后立即復(fù)測(cè)梁體線型，將實(shí)際線型與設(shè)計(jì)線型進(jìn)行比較，及時(shí)反饋信息，以調(diào)整下一步施工。
4、索部施工
（1）主纜架設(shè)
根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主纜架設(shè)可以采取在便橋或已澆筑橋面外側(cè)直接展開，用卷?yè)P(yáng)機(jī)配合長(zhǎng)臂汽車吊從主梁的側(cè)面起吊安裝就位。
纜索的支撐：為避免形成絞，將成圈索放在可以旋轉(zhuǎn)的支架上。在橋面每4-5m，設(shè)置索托輥（或敷設(shè)草包等柔性材料。），以保證索縱向移動(dòng)時(shí)不會(huì)與橋面直接摩擦造成索護(hù)套損壞。因錨端重量較大，在牽引過(guò)程中采用小車承載索錨端。
纜索的牽引：牽引采用卷?yè)P(yáng)機(jī)，為避免牽鋼絲繩過(guò)長(zhǎng)，索的縱向移動(dòng)可分段進(jìn)行，索的移動(dòng)分三段，分別在二橋塔和索終點(diǎn)共設(shè)三臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)。
纜索的起吊：在塔的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向滑車，卷?yè)P(yáng)機(jī)固定在引橋橋面上主橋索塔附近，卷?yè)P(yáng)機(jī)配合放索器將索在橋面上展開。主要用吊車起吊，提升時(shí)避免索與橋塔側(cè)面相摩擦。當(dāng)索提升到塔尖時(shí)將索吊入索鞍。在主索安裝時(shí)，在橋側(cè)配置了3臺(tái)吊機(jī)，即錨固區(qū)提升吊機(jī)、主索塔頂就位吊機(jī)和提升倒鏈。
當(dāng)拉索錨固端牽引到位時(shí)，用錨固區(qū)提升吊機(jī)安裝主索錨具，并一次錨固到設(shè)計(jì)位置，吊機(jī)起重力在5t 以上；主索塔頂就位吊機(jī)是在兩座塔的二側(cè)安置提升高度大于25m時(shí)起重力大于45t的汽車吊，用于將主索直接吊上塔頂索鞍就位，在吊裝過(guò)程中為避免索的損傷，索上吊點(diǎn)采用專用索夾保護(hù)；主索在提升到塔頂時(shí)，由于主跨的索段比較長(zhǎng)，為確保吊機(jī)穩(wěn)定，可在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用塔上提升倒鏈協(xié)助吊裝。
?。?）主纜調(diào)整
在制作過(guò)程中要在纜上進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記。標(biāo)記點(diǎn)包括錨固點(diǎn)、索夾、索鞍及跨中位置等。安裝前按設(shè)計(jì)要求核對(duì)各項(xiàng)控制值，經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意后進(jìn)行調(diào)整，按照調(diào)整后的控制值進(jìn)行安裝，調(diào)整一般在夜間溫度比較穩(wěn)定的時(shí)間進(jìn)行。調(diào)整工作包括測(cè)定跨長(zhǎng)、索鞍標(biāo)高、索鞍預(yù)偏量、主索垂直度標(biāo)高、索鞍位移量以及外界溫度，然后計(jì)算出各控制點(diǎn)標(biāo)高。
主纜的調(diào)整采用75t千斤頂在錨固區(qū)張拉。先調(diào)整主跨跨中纜的垂直標(biāo)高，完成索鞍處固定。調(diào)整時(shí)應(yīng)參照主纜上的標(biāo)記以保證索的調(diào)整范圍。主跨調(diào)整完畢后，邊跨根據(jù)設(shè)計(jì)提供的索力將主纜張拉到位。
（3）索夾安裝
為避免索夾的扭轉(zhuǎn)，索夾在主索安裝完成后進(jìn)行。首先復(fù)核工廠所標(biāo)示的索夾安裝位置，確認(rèn)后將該處的PE護(hù)套剝除。索夾安裝采用工作籃作為工作平臺(tái)，將工作籃安裝在主纜上（或同普通懸索橋一樣搭設(shè)貓道），承載安裝人員在其上進(jìn)行操作。索夾起吊采用汽吊，索夾安裝的關(guān)鍵是螺栓的堅(jiān)固，要分二次進(jìn)行）索夾安裝就位時(shí)用扳手預(yù)緊，然后用扭力扳手第一次堅(jiān)固，吊桿索力加載完畢后用扭力扳手第二次緊固。索夾安裝順序是中跨從跨中向塔頂進(jìn)行，邊跨從錨固點(diǎn)附近向塔頂進(jìn)行。
?。?）吊桿安裝及加載
吊桿在索夾安裝完成后立即安裝。小型吊桿采用人工安裝，大型吊桿采用吊車配合安裝。
由于自錨式懸索橋在荷載的作用下呈現(xiàn)出明顯的幾何非線性，因此吊桿的加載是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。主纜相對(duì)于主梁而言剛度很小。如果吊桿一次直接錨固到位，無(wú)論是張拉設(shè)備的行程或者張拉力都很難控制而全橋吊桿同時(shí)張拉調(diào)整在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就必須根據(jù)主梁和主纜的剛度、自重采用計(jì)算機(jī)模擬的辦法，得出最佳加載程序。并在施工過(guò)程中，通過(guò)觀測(cè)，對(duì)張拉力加以修正。
吊索張拉自塔柱和錨頭處開始使用8臺(tái)千斤頂對(duì)稱張拉。吊索底端冷鑄錨具，其錨杯鑄有內(nèi)外螺紋，內(nèi)螺紋用于連接張拉時(shí)的連接桿以便千斤頂作用，外螺紋用螺母連接后將吊桿固定于錨墊板上。由于主纜在自重狀態(tài)標(biāo)高較高，導(dǎo)致吊桿在加載之前下錨頭處于主梁梁體之內(nèi)，因此在張拉時(shí)需配備臨時(shí)工作撐腳和連接桿。
第一次張拉施加1/4的設(shè)計(jì)力將每一根吊桿臨時(shí)鎖定！第二次順序與第一次相同，按設(shè)計(jì)力張拉完，然后檢測(cè)每一根吊桿的實(shí)際荷載，最后根據(jù)設(shè)計(jì)力具體對(duì)每一根吊桿進(jìn)行微調(diào)。在吊索的張拉過(guò)程中，塔頂與鞍座一起發(fā)生位移！塔根承受彎矩！這樣有可能產(chǎn)生塔根應(yīng)力超限的危險(xiǎn)，為了不讓塔根應(yīng)力超限！張拉一定程度后，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)及計(jì)算分析！進(jìn)行索鞍頂推，使塔頂回到原來(lái)無(wú)水平位移時(shí)的狀態(tài)，如此反復(fù)后！將每根吊索的張拉力調(diào)整至設(shè)計(jì)值。
施工過(guò)程的控制對(duì)于自錨式混凝土懸索橋每一道工序的施工均非常重要，尤其在索部施工過(guò)程中每一階段每一根吊索的索力都要及時(shí)準(zhǔn)確的反饋。吊索張拉時(shí)千斤頂?shù)挠捅碜x數(shù)是一個(gè)直觀反映，另外利用智能信號(hào)采集處理分析儀通過(guò)對(duì)吊索的振動(dòng)測(cè)出其所受的拉力，兩種方法互相檢驗(yàn)，確保張拉時(shí)每一根吊索的索力與設(shè)計(jì)相吻合。
七、需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題
?。?）更優(yōu)越的施工方法的研究。例如將中跨主纜錨固在主梁的底部，用轉(zhuǎn)體施工，從而可以在一定程度上克服施工上的困難，但在跨徑較大的情況下，如何保證轉(zhuǎn)體施工時(shí)的穩(wěn)定性，還需要做進(jìn)一步的研究。
?。?）主纜錨固點(diǎn)錨下應(yīng)力的分布研究。
?。?）當(dāng)主纜外包鋼管混凝土?xí)r，吊桿在主纜上的錨固方式研究。
?。?）吊桿及主纜的合理張拉順序研究。
（5）新型材料的研究和開發(fā)。
?。?）受力體系及理論的進(jìn)一步完善。
八、結(jié)論及其發(fā)展
?。?）通過(guò)國(guó)內(nèi)工程時(shí)間證明，鋼筋混凝土自錨式懸索橋在中小跨徑上是一種既經(jīng)濟(jì)又美觀的橋型，結(jié)構(gòu)的剛度也相對(duì)較大，對(duì)于中小跨徑的公路橋梁和人行橋都適合建造。
?。?）對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自錨式懸索橋，錨塊的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不但影響結(jié)構(gòu)的整體工作性能，也是影響橋梁的經(jīng)濟(jì)效益和美觀要求，應(yīng)給予足夠的重視。
?。?）自錨式懸索橋主纜的錨固形式是與地錨式的最大不同之處，根據(jù)受力大小和錨塊構(gòu)造要求的不同，可采取直接錨固、散開錨固和環(huán)繞式錨固等方式。
（4）由于主纜非線性的影響而使吊索張拉時(shí)的施工控制變的尤為關(guān)鍵。
?。?）加勁梁采用鋼材造價(jià)較貴，并且鋼結(jié)構(gòu)容易在軸力作用下壓屈。而采用鋼筋混凝土材料恰好可以克服這兩個(gè)缺點(diǎn)。
在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，分析手段也越來(lái)越先進(jìn)和完善，一些新型美觀的結(jié)構(gòu)也因此受到設(shè)計(jì)師們的研究和重視。盡管自錨式懸索橋有著自身的缺點(diǎn)和局限，但在中小跨徑上是一種很有競(jìng)爭(zhēng)力的方案，它會(huì)越來(lái)越受到人們的重視和歡迎。這種在20世紀(jì)曾被忽視很長(zhǎng)一段時(shí)間的橋型隨著社會(huì)的進(jìn)步又得到了人們的重新認(rèn)識(shí)，隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的逐漸積累，自錨式懸索橋的設(shè)計(jì)理論和施工方法也將趨于完善，跨越能力也會(huì)不斷提高，相信在以后會(huì)有越來(lái)越多的方案傾向于這種橋型。
