超大吨位钢绞线斜拉索锚具研究

赵轶才

(重庆万桥交通科技发展有限公司， 重庆 401336)

超大吨位钢绞线斜拉索锚具研究

赵轶才

(重庆万桥交通科技发展有限公司， 重庆 401336)

超大吨位钢绞线斜拉索由于其安装优势，越来越多地在大跨径桥梁上得到应用。结合重庆两江大桥钢绞线斜拉索的工程实践,介绍超大吨位钢绞线斜拉索锚具的设计研究要点，为今后大规格钢绞线斜拉索锚具的设计及工程应用提供参考。

超大吨位钢绞线斜拉索；锚具；参数；安装；试验

斜拉索是斜拉桥最重要的受力构件，其性能直接关系到斜拉桥的结构安全。随着桥梁跨度的增长和承载需求的提高，大吨位、超大吨位钢绞线斜拉索逐渐得到应用[1]。以前国内使用的钢绞线斜拉索，绝大部分采用规格都较小，JT/T 771—2009《无粘结钢绞线斜拉索技术条件》规定的最大规格钢绞线斜拉索为127孔。重庆两江大桥设计的139孔超大规格钢绞线斜拉索在国内从未使用过，且超大吨位钢绞线斜拉索的相关技术还不成熟，可以借鉴的经验很少，故其锚具如何设计加工尤为关键。本文针对这一问题进行研究，尤其是对超大吨位钢绞线斜拉索体系中的锚具进行了研究和试验，其研究结果可为今后类似超出标准大规格钢绞线斜拉索的应用研究提供参考[2]。

1 超大吨位钢绞线斜拉索体系构成

超大吨位钢绞线斜拉索体系主要由3部分组成：锚固段、过渡段、自由段，如图1所示。

锚固段主要由锚板及夹片、螺母、支撑筒、密封筒、防松装置、锚具保护罩构成[3]。

过渡段主要由预埋管、索夹、减振装置及HDPE管连接装置构成。先用索夹收紧索体，使之形成符合设计要求的规则截面；然后将橡胶减振装置设置在预埋管口，以有效降低索体振幅，减轻索体振动对锚固结构的受力影响；最后用HDPE管连接装置与外护套HDPE管连接形成防护体系。

自由段即为斜拉索索体结构，即将钢绞线平行紧密排列，外面加上HDPE护套管。

2 锚具研究

首先根据设计要求确定超大规格锚具的尺寸参数及热处理工艺并进行受力分析，设计出139孔钢绞线斜拉索锚具以便加工制造；然后进行139孔钢绞线斜拉索安装、整体张拉工艺试验，锚具结构可实现单根换索；最后按标准要求进行力学试验验证。

图1 超大吨位钢绞线斜拉索体系

2.1 锚具结构和尺寸参数

工程施工中，由于需根据桥梁线形多次调整索力，因此锚具需具备整体张拉调索功能。锚具锚板的外形尺寸与锚板受力及塔上空间相关。锚板受力主要指斜拉索设计受力，设计受力通过索股和锚板传递。锚板直径大小还与锚板上锥孔间距、大径及工艺孔相关，其中锥孔间距对受力影响很大。支撑筒与锚板螺栓连接起支撑作用，螺母与支撑筒螺纹连接以调节斜拉索受力大小，其尺寸参数由锚板及受力来确定。锚板厚度在满足受力的情况下，从经济性考虑，并非越厚越好，故两江大桥最终锚具外形尺寸参数是基于这些因素综合分析确定的。超大吨位钢绞线斜拉索锚具如图2所示。

图2 超大吨位钢绞线斜拉索锚具

锚具尺寸参数确定后，用有限元分析软件ANSYS对锚具结构进行静力学分析及校核，结果显示其力学性能均能满足设计要求[4]。锚具受力分析如图3所示。

图3 锚具受力分析

2.2 锚具热处理工艺

锚具的主要受力构件如锚板、支撑筒、螺母都采用锻件。由于锚具结构尺寸较大，不可避免地存在成分偏析、非金属夹杂、显微空隙等冶金缺陷，再加上相变潜热的影响，故在加热和冷却过程中产生的应力较大，极易引起工件畸变和开裂。139孔锚具直径厚度整体偏大，因此，为保证锚具质量，热处理工艺显得尤为重要。

根据以往经验，钢绞线锚具受力构件均采用40Cr钢，而40Cr钢未进行热处理时的硬度只能达到HRC10～20。40Cr钢的原始组织为球状珠光体，由于球状接触面积小，同时Cr能阻碍碳的扩散，因此热处理加热温度应选择上限，且保温时间需加长。锚具最终热处理是淬火加高温回火，然后用油和PAG淬火以避免热处理缺陷。经过多次摸索，反复试验，得到可满足锚具硬度要求的工艺参数，如表1所示。另外，还进行了工件试制，结果显示完全符合标准要求。

表1 锚具热处理工艺参数

2.3 安装试验

为了验证超大吨位钢绞线斜拉索体系安装工艺的可行性，特研制了一套试验用139孔锚具及其组件用于安装试验。安装流程如图4所示。

在试验塔上，按照安装流程进行了安装试验，如图5所示。试验结果表明锚具组件安装顺利，安装效率较高[5]。

2.4 单根换索试验

钢绞线斜拉桥运营或施工过程中，由于种种原因可能需要换索，如钢绞线外包PE层遭到严重损伤、超张拉、保护不当从而造成钢绞线锈蚀、疲劳等[6]。为验证钢绞线斜拉索单根换索工艺的可行性，在试验现场使用千斤顶和专门研制的工装进行了验证试验。单根换索工艺流程如图6所示。

图4 安装试验流程

图5 安装试验

图6 单根换索工艺流程

单根换索试验结果证明，开发的锚具体系具备单根换索的功能。试验全过程为单根操作，技术可逆、可控，更换钢绞线时，选取了斜拉索锚具最中间和边缘孔位钢绞线进行抽换。换索过程中，不影响其他钢绞线的正常使用，从而验证了研制的锚具体系满足对任意单根钢绞线更换的要求，为降低后期桥梁维护费用，提高桥梁的安全可靠性提供了充分保障。

2.5 整体张拉试验

对于钢绞线斜拉索整体张拉，以往主要采取2种方式：一是单根钢绞线单独张拉调索；二是采用穿心式千斤顶整体张拉调索。但这2种调索方式对超大吨位钢绞线斜拉索均不适用。超大吨位钢绞线斜拉索是采取单根钢绞线单独张拉，只能对索力增大进行调整，而索力增大调整存在单次调索量较小，钢绞线重复咬合，中间部位钢绞线夹片无法更换等问题[7]，如果对索力减小进行调整，则会因夹片夹齿部位进入锚固区域而影响桥梁结构安全；如果采用穿心式千斤顶进行整体张拉调索，则会因斜拉索吨位超大，斜拉索角度较小等原因无法满足超大吨位穿心式千斤顶工装和施工要求。为此，根据超大吨位钢绞线斜拉索的特殊性，锚具体系需达到整体张拉要求，对整体张拉方法进行了研究，开发了符合设计要求的整体张拉设备。将该设备用于两江大桥钢绞线斜拉索的整体张拉，效果很好。

2.6 力学试验验证[8]

本文提出的锚具组件经过优化设计、安装试验、单根换索试验和整体张拉试验，139孔锚具工艺结构均满足规范要求。此外，还进行了力学试验验证[8]。试验时，先用实际使用的锚具制作了2根试验索，然后按照JT/T 771—2009《无粘结钢绞线斜拉索技术条件》的要求进行了疲劳试验。

试验完成后，对2根试验索进行了检查。检查结果表明，锚具螺母旋合正常，试件外观无明显损伤，满足规范要求。

3 结论

重庆两江大桥钢绞线斜拉索锚具研究过程中，对139孔锚具进行了精心设计，并进行了多次制造安装工艺及设备和力学性能试验。试验结果表明，研制的锚具完全满足需要。该锚具是目前国内最大规格的139孔钢绞线斜拉索锚具，其在重庆两江大桥得到成功应用，获得了优异效果，其为我国超大吨位钢绞线斜拉索的研究和工程应用提供了经验，对大跨径斜拉桥的发展有极大的促进作用。

[1]林元培.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]张 恒.钢绞线斜拉索过渡段防护措施比较分析[J].公路交通技术，2014(6)：140-142.

[4]石 磊.重庆两江大桥钢绞线斜拉索锚具结构静强度分析[J].公路交通技术，2013(4)：101-105.

[5]李明鹏.重庆两江大桥平行钢绞线斜拉索施工技术[J].公路交通技术，2014(2)：72-74.

[6]冷雪浩.平行钢绞线斜拉索单根钢绞线张拉过程中的索力控制[J].北方交通，2008(1)：83-84.

[7]刘士林，王似舜.斜拉桥设计[M].北京：人民交通出版社，2006.

[8]严国敏.现代斜拉桥[M].成都：西南交通大学出版社，1996.

Study on Anchorage Cable of Extra Large Tonnage Steel Strand

ZHAO Yicai

Because of its installation advantages,the super-large-capacity strand cable is applied more and more in long-span bridges. Integrated with engineering practice of Chongqing Liangjiang Bridge steel strand cable,the paper introduces the key points of design and research of anchorage cable of extra-large tonnage steel strand,which provide reference for design and engineering application of anchorage for large-size steel strand cable.

extra-large tonnage steel strand stay cable; anchorage; parameters; installation; test

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.012

重庆市应用开发(重大)项目(csct2013yykfC30001)

2016-05-06

赵轶才(1962-)，男，陕西省咸阳市人，本科，副研究员。

1009-6477(2016)06-0052-03

U448.27

A