杜濤

0 引言

自錨式懸索橋因其自錨體系的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而越來(lái)越受到社會(huì)的認(rèn)同和青睞。但也由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使得錨碇在各個(gè)部件中受力最為復(fù)雜也最為重要。它不但要承受通常意義上的主纜的錨固作用力，還要承受引橋的部分恒載力以及擔(dān)負(fù)著將主纜水平力傳遞給加勁梁這么一個(gè)“導(dǎo)體”的角色。所以自錨式懸索橋的設(shè)計(jì)通常要對(duì)錨碇的受力情況仔細(xì)考慮，并采用合理的結(jié)構(gòu)保證其無(wú)論在施工還是在成橋狀態(tài)均滿足應(yīng)力和穩(wěn)定的要求。

1 工程背景

義烏江自錨式懸索橋坐落在金華市金東新區(qū)，地處金華城市上風(fēng)向的義烏江兩岸，緊挨著城市中心街道。

義烏江橋主橋采用跨徑為(36+100+36)m，計(jì)算跨徑為(33+100+33)m，全長(zhǎng)172 m三跨自錨式懸索橋，橋梁全寬31.5 m，設(shè)計(jì)雙向四車(chē)道。纜索呈拋物線型，主跨矢跨比為1/7.519，矢高13.3 m，邊跨矢高1.448m，主纜橫向間距24 m，主纜采用19根平行鋼絲成品索(不帶PE護(hù)套)編制排列而成，用冷鑄錨錨固體系錨固在加勁梁兩端。吊桿采用平行鋼絲成品索，冷鑄錨錨固體系。吊桿間距5.0 m，與鋼橫梁一一對(duì)應(yīng)。主梁采用鋼—混凝土疊合梁，標(biāo)準(zhǔn)梁高2.35 m，其中鋼結(jié)構(gòu)在橋梁中心處高度為2.1 m，鋼筋混凝土橋面板厚0.25 m。主塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔高為31.278 m，采用線形流暢的半弓形主塔，造型新穎、別致。主塔在橋面以上高度約為16 m，橋面以下(包括橋面和主梁)高度為15.0 m。主梁縱向?yàn)槿◇w系，塔梁分離。

錨碇部分采用混凝土錨箱結(jié)構(gòu)，與鋼箱梁采用剪力丁連接，錨箱端部設(shè)置牛腿，將引橋梁體放置其上(見(jiàn)圖1，圖2)。

設(shè)計(jì)人員將錨碇完全設(shè)置于橋面以下，這樣做可以保證橋面的人行道處平坦無(wú)障礙，但是卻使得錨碇形心與加勁梁形心偏心過(guò)大，主纜傳遞給錨碇的水平力在靠近錨碇處加勁梁產(chǎn)生負(fù)彎矩。

另外，引橋的梁體部分重量直接作用到了梁端錨碇上，而設(shè)計(jì)人員并沒(méi)有采取相應(yīng)的措施，諸如設(shè)置錨固跨，讓邊墩來(lái)承受引橋恒載;或是在錨碇另一側(cè)加設(shè)平衡重，以此來(lái)抵消引橋恒載引起的負(fù)彎矩。

2 與同類橋型的比較

位于大連金石灘景區(qū)的一座混凝土自錨式懸索橋——金灣橋采用了如下方法來(lái)處理錨碇的問(wèn)題:

將錨碇壓重靠近主橋一側(cè)，而橋墩靠近引橋一側(cè)。用錨碇的壓重來(lái)平衡引橋直接作用在錨碇牛腿上所產(chǎn)生的加勁梁負(fù)彎矩。將主纜的錨固點(diǎn)上移，盡量使該點(diǎn)與加勁梁形心點(diǎn)偏差減小，同時(shí)為了保證錨固處應(yīng)力合理，將部分錨碇澆筑于橋面以上(見(jiàn)圖3)。

撫順天湖大橋采用如下方法解決錨碇問(wèn)題:

該橋錨碇比較龐大，所以設(shè)置跨徑為15 m的錨固跨，這樣做既可以保證錨碇的穩(wěn)定，又可以讓引橋的重量由錨固跨的邊墩來(lái)承擔(dān)，使加勁梁不承受引橋產(chǎn)生的負(fù)彎矩。錨固構(gòu)造中使用通長(zhǎng)主纜，通過(guò)轉(zhuǎn)索鞍傳遞主纜拉力，這在加勁梁采用鋼筋混凝土材料的自錨式懸索橋中是首次使用。這種構(gòu)造可以減小錨塊的尺寸，使錨碇處鋼結(jié)構(gòu)在洪水位以上;同時(shí)提高了錨碇形心高度，減小了加勁梁的偏心負(fù)彎矩(見(jiàn)圖4)。

3 本橋錨碇處的改進(jìn)措施

鑒于義烏江大橋錨碇設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題，相關(guān)人員提出了多種改進(jìn)的設(shè)想，諸如，鋼箱加勁梁內(nèi)加壓重、鋼箱加勁梁內(nèi)澆筑微膨脹混凝土等等。但是由于工期和施工條件的限制，最后決定的方案為:將鋼箱梁變截面段加長(zhǎng)加厚(見(jiàn)圖5)。

這樣做的目的有兩個(gè):1)使負(fù)彎矩較大處得到加強(qiáng)，保證其下緣應(yīng)力不至于因?yàn)檫^(guò)大而使加勁梁底板屈曲;2)使加勁梁的形心位置從接近錨碇處沿著變截面平緩過(guò)渡到標(biāo)準(zhǔn)截面，這樣就可以減小加固段鋼箱梁由于偏心壓力而產(chǎn)生的負(fù)彎矩。

改進(jìn)后的變截面形心高度最大下降了0.776 m，慣性矩最大增加到了標(biāo)準(zhǔn)截面慣性矩的3.2倍。經(jīng)過(guò)計(jì)算加勁梁端彎矩由原先的最大負(fù)彎矩－30 888 kN·m變?yōu)檎龔澗? 534 kN·m，梁底壓應(yīng)力由原先的179.7 MPa變?yōu)?2.8 MPa，可見(jiàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)后梁端應(yīng)力得到了較大改善。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)義烏江大橋錨碇設(shè)計(jì)與改進(jìn)措施的分析，我們得到如下結(jié)論:1)引橋直接作用在錨碇時(shí)，可以考慮加設(shè)邊墩承擔(dān)其荷載(類似于“天湖大橋”，見(jiàn)圖4)或讓橋墩向引橋方向偏移靠錨碇壓重平衡其荷載(類似于“金灣橋”，見(jiàn)圖3);2)可以考慮建立錨固跨，并使用通長(zhǎng)主纜減小錨碇體積，借此提高錨碇形心高度，減小錨碇形心與加勁梁形心的偏心距(類似于“天湖大橋”，見(jiàn)圖4);3)可以考慮讓錨固點(diǎn)上移，將部分錨碇體設(shè)置于橋面以上(類似于“金灣橋”，見(jiàn)圖3)。顯而易見(jiàn)的是，當(dāng)錨碇形心與加勁梁形心沒(méi)有偏心的情況發(fā)生時(shí)是不會(huì)在梁端產(chǎn)生負(fù)彎矩的，我們通常建立的模型也僅僅是將加勁梁和錨碇在一條直線或是多位線上表示，而沒(méi)有考慮實(shí)際模型的偏心影響。但是，從原設(shè)計(jì)模型計(jì)算結(jié)果中我們看出，錨碇與加勁梁偏心所帶來(lái)的應(yīng)力問(wèn)題不但存在而且影響非常大，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致整個(gè)工程的失敗，所以自錨式懸索橋錨碇處的受力問(wèn)題必須引起設(shè)計(jì)人員高度的重視。

［1］ 鐘新谷.鋼箱—混凝土組合梁正截面承載力的初步研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2002，35(6)：73-78.

［2］ 竇 鵬.混凝土自錨式懸索橋設(shè)計(jì)計(jì)算及箱形加勁梁的受力研究［D］.碩士學(xué)位論文，2003：3.

［3］ 吳恒立.懸索與吊橋及薄壁桿件理論［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，1992.

［4］ 徐君蘭，項(xiàng)海帆.大跨度橋梁施工控制［M］.北京：人民交通出版社，2002：8.

［5］ 杜 濤.自錨式吊橋的施工控制［D］.大連：大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004：4.

［6］ 金華跨義烏江大橋施工圖設(shè)計(jì)［Z］.