矮塔斜拉桥索塔单侧双向锚固装置抗滑试验研究

2015-05-30毛翠荣

中华建设科技 2015年6期

毛翠荣

【摘要】单侧双向抗滑锚固装置因其良好的锚固性能和单根换索能力广泛应用于矮塔斜拉桥。本文依托武汉三官汉江公路大桥，通过足尺模型试验，对单侧双向抗滑锚固装置进行足尺试验，测试索塔锚固装置在偏载作用下的位移情况，以及单侧双向抗滑锚固装置的结构性能及抗滑能力。试验结果显示，在1.4倍设计偏载作用下，拉索和单侧双向抗滑锚固装置之间未产生滑移，表明单侧双向抗滑锚固装置对钢绞线的握裹作用优异，具有可靠的抗滑移性。

【关键词】矮塔斜拉桥；单侧双向锚固装置；足尺模型试验；抗滑性能

The Anti-slipping Test of Unilateral Bidirectional anchoring device in the Extradosed Cable-stayed Bridge

Mao Cui-rong

（Pingdingshan Highway Administration Pingdingshan Pingdingshan Henan 467000）

【Abstract】The unilateral bidirectional anchoring device is widely used extrdosed cable-stayed bridges because of its excellent anchorage performance and the ability of single cable exchanging. This paper based on the Wuhan Sanguan Hanjiang highway bridge， studied the anti-slipping ability and the structural performance of the unilateral bidirectional anchoring device under the partial load through the full-scale test. The test results show that there is no slippage between the cables and the unilateral bidirectional anchoring device under 1.4 times partial loads， which means that the unilateral bidirectional anchoring device can strongly bond the cables and have the reliable anti-slipping ability.

【Key words】Extradosed Cable-stayed Bridge； Unilateral Bidirectional anchoring device； full-scale test； anti-slipping ability

1. 引言

（1）矮塔斜拉桥拉索通过索塔的索鞍连续贯通，锚固在主梁上，并在索鞍两端设置抗滑锚固装置，应克服拉索在营运过程中产生的不平衡力，防止拉索在索鞍段的微动磨损。矮塔斜拉桥拉索体系通常采用分丝管索鞍，在索鞍两端的抗滑锚固装置内灌注高强环氧砂浆对钢绞线产生握裹力，从而达到克服拉索不平衡力的作用[1]。环氧握裹式抗滑锚固装置已通过大量的试验验证，在国内外60多座桥上成功应用，其抗滑性能安全可靠[2～4]。由于环氧握裹式抗滑锚固装置需在成桥索力张拉到位后才灌注高强环氧砂浆，在施工阶段索鞍段的摩阻较小，如果主梁的施工采用悬臂浇注法施工，那么对施工中拉索不平衡力的控制要求就比较高，一旦不平衡力超过索鞍段的摩阻力，拉索可能会产生滑移。其次高强环氧砂浆与钢绞线及抗滑锚固装置粘结在一起，后期换索困难，且不具备单根换索功能[5，6]。

（2）基于分丝管索鞍的单侧双向抗滑锚固装置设有固结在单根钢绞线上的抗滑键和锁紧结构[7，8]。抗滑键的一端支承在索鞍端面，另一端与抗滑插片的一端紧密接触，抗滑插片的另一端与锁紧螺母紧密接触，螺母与锚固筒螺纹连接，形成两端约束抗滑键滑动。该装置不仅在施工阶段就可以提供足够的抗滑力，而且抗滑能力是持续不变的，从施工到桥梁营运整个过程都有足够的抗滑力，大大提高了拉索的使用安全性。另外，由于每根钢绞线形成独立抗滑，锁紧结构可拆分，解决了环氧握裹式抗滑形式无法单根换索的技术难题[9]。

（3）本文依托武汉三官汉江公路大桥工程，通过足尺模型试验，对单侧双向抗滑锚固装置进行测试，研究索塔两侧锚固装置在偏载作用下的位移情况，验证抗滑锚固装置的结构性能及抗滑性能，确保塔端抗滑装置在1.4倍设计荷载作用下能够满足设计抗滑要求。

2. 依托工程背景

（1）武汉市三官汉江公路大桥为预应力混凝土矮塔斜拉桥，采用独柱形索塔，共三跨，桥梁主跨（120+190+120）m，主桥结构布置图如图1所示。武汉三官汉江公路大桥索塔采用独柱形索塔，布置在中央分隔带上，并与主梁固结。索塔有索区设有索鞍，以便斜拉索贯穿。索鞍采用分丝管索鞍技术，该索鞍形式斜拉索与分丝管内壁接触，将拉索力传递给分丝管，分丝管再将力传递给桥塔。拉索力又分为径向压力和纵向不平衡力两种分力，径向力通过分丝管传递给索鞍下方桥塔的混凝土，纵向不平衡力则由拉索与分丝管之间的摩擦力平衡，如摩擦力不足则由索鞍配套的单侧双向抗滑锚固装置来承受。

图1 武汉三官汉江大桥立面布置图

图2 试验模型布置

（2）主桥共设56根斜拉索，斜拉索采用扇形布置方式，横桥向两排布置，两排索鞍横桥向间距为1.0m，竖向间距为1.9m。索鞍由31根规格28×3的圆形钢管焊接而成，分丝管与单侧双向锚固装置配套使用。单根钢绞线直径规格为15.2mm，抗拉强度≥1860MPa，屈服强度≥1580MPa，疲劳应力幅250MPa（应力上限0.45 fptk，200万次脉部加载）。

3. 单侧双向抗滑锚固装置试验方案

3.1 试验模型。

主塔鞍座节段模型采用与实桥比例1：1 设计（如图2所示）。模型截面的主塔高取2m，纵向长2.326m，横向宽取2.5m，采用的混凝土强度等级为C50 级，钢筋采用HRB335。试验主要是测试锚固装置的抗滑移性能，在足尺模型的塔上按照实桥进行拉索的安装锚固。试验模型包括张拉撑脚、千斤顶、锚板、锚固装置等。本试验用的撑脚的承载力超过6500KN。单侧双向抗滑锚固装置按依托工程设计制作，并安装在试验模型B端，并布置测点。试验模型的具体安装如图3所示。

图3 试验模型安装

3.2 试验方案。

本次试验为静力荷载试验，测试单侧双向抗滑锚固装置在1.4倍设计荷载（即试验偏载1260KN）作用下，是否能够满足设计抗滑要求，同时检测试验加载过程中抗滑锚固装置区域内钢绞线的滑移情况。测试方案如下：

（1）安装单侧双向抗滑锚固装置；

（2）将制作好抗滑键的钢绞线对应穿过索鞍，安装抗滑插片，抗滑键布置在索鞍一侧；

（3）旋紧锁紧螺母；

（4）单根钢绞线逐根预紧；

（5）选取两根钢绞线，在抗滑锚固装置的位置安装百分表座，监测钢绞线的滑移情况；

（6）两端抗滑锚固装置安装百分表；

（7）用千斤顶整体逐级张拉到设计载荷（3150KN）；

（8）无抗滑键一侧千斤顶开始逐级加载，每级200KN，共分7级加载，并记录每一级百分表的数据；

（9）无抗滑键一侧放张到设计载荷并且持荷，有抗滑键一侧千斤顶开始逐级张拉，每级200KN，共分7级加载，并记录每一级百分表的数据；

（10）有抗滑键侧放张到设计载荷，两侧同时持荷。

4. 单侧双向抗滑锚固装置试验结果分析

4.1 设计荷载下单侧双向抗滑锚固装置的抗滑测试。

4.1.1 为了保证拉索两侧有一个预紧力，两侧拉索先张拉到31孔位的标准索力0.05倍，即403.62KN（F=260.4×31×0.05=403.62KN）。两侧从0.05倍标准索力逐级加载，先张拉无抗滑键侧到第一级0.1倍标准索力持荷，再张拉有抗滑键侧到第一级，这样两侧循环交替分别依次加载到0.1、0.2、0.3倍标准索力，直至3150KN设计载荷，结果如图4所示。

4.1.2 由图4可知：

（1）无抗滑键侧和有抗滑键侧1、2号钢绞线的测试位移总量均小于理论计算位移；

（2）随着荷载的增加，位移基本保持线性增加；

（3）有抗滑键侧的钢绞线位移小于无抗滑键侧，说明抗滑键和抗滑插片起到了一定的抗滑作用，导致可自由伸缩的钢绞线长度相对于无抗滑键侧变短；

（4）无抗滑键侧和有抗滑键侧锚固装置位移均为0，说明钢绞线在设计荷载作用下未与锚固装置之间发生滑移。

4.2 设计荷载下单侧双向抗滑锚固装置的偏载试验。

4.2.1 无抗滑键侧逐级偏载。

（1）有抗滑键侧持荷在3150KN设计设计载荷下，无抗滑键侧从3150KN按每级200KN逐级加载，分7级加载到4550KN，再降到3150KN，即单侧最大抗滑力为1400KN，结果如图5所示。

（2）由图5可知：在设计载荷时，随着无抗滑键侧偏载的增加，模型两侧钢绞线测试位移基本呈线性增加，偏载卸去后，模型两侧钢绞线测试位移值可恢复到设计荷载时，且钢绞线相对于锚固装置未有滑移（有抗滑键侧最大滑移为0.01mm，可视为锚固装置自身的结构微变形）。

4.2.2 有抗滑键侧逐级偏载。

（1）无抗滑键侧持荷在3150KN设计设计载荷下，有抗滑键侧按从3150 KN按每级200KN逐级加载，分7级加载到4550KN，再降到3150KN，即单侧抗滑力为1400KN，结果如图6所示。

图4 设计荷载下锚固装置的抗滑测试结果

图5 无抗滑键侧逐级偏载的锚固装置抗滑测试结果

图6 有抗滑键侧逐级偏载的锚固装置抗滑测试结果

（2）由图6可知，在设计载荷时，随着有抗滑键侧偏载的增加，无抗滑键侧钢绞线测试位移基本呈线性增加；有抗滑键侧位移加速发展，分析其原因，可能由于抗滑键、抗滑插片、锁死螺母之间的进一步压密造成；偏载卸去后，模型两侧钢绞线测试位移值可恢复到设计荷载时，且钢绞线相对于锚固装置未有滑移（有抗滑键侧最大滑移为0.06mm，可视为锚固装置自身的结构微变形）。

5. 结语

本文依托武汉三官汉江公路大桥工程，通过足尺模型试验对单侧双向抗滑锚固装置进行测试，得到如下结论：

（1）在无抗滑键端和有抗滑键端分别加载到140t 抗滑力时，抗滑键未产生滑移现象，抗滑锚固装置的最大位移量变化为0.06mm，位移变化量非常小。将载荷卸载至设计载荷，百分表能恢复到原数值，未出现抗滑力失效的现象。

（2）根据武汉三官汉江公路大桥测试要求，单侧双向抗滑锚固装置在1.4倍设计荷载作用下能够满足设计抗滑要求，具有可靠的抗滑移性，充分说明该单侧双向抗滑锚固装置内的抗滑键对钢绞线的握裹作用优异。

参考文献

[1] 刘海燕，陈开利. 低塔斜拉桥斜拉索锚固装置的足尺模型试验[J]. 国外桥梁， 2001 （3）： 27～32.

[2] 刘钊，孟少平，刘智等. 润扬大桥北汊斜拉桥索塔节段足尺模型试验研究[J]. 土木工程学报， 2004， 37（6）： 35～40.

[3] 张望喜，易伟建，陈建阳等. 武汉军山长江公路大桥索塔锚固区带锚块足尺模型试验研究[J]. 中南公路工程， 2001， 26（4）： 33～35.

[4] 项贻强，陈国强. 鄱阳湖口大桥索塔节段足尺模型试验与分析研究[J]. 中国公路学报， 2000， 13（4）： 74～78.

[5] 陈宝春，彭桂瀚. 部分斜拉桥发展综述[J]. 华东公路， 2004，（3）： 89～96.

[6] 李文献，徐栋，肖军，等. 拉萨市纳金大桥桥塔节段足尺模型试验研究[J]. 预应力技术， 2013 （4）： 27～32.

[7] 白光亮. 大跨度斜拉桥索塔锚固区结构行为与模型试验研究[D]. 成都：西南交通大学博士学位论文， 2009： 23～28.