斜拉桥同向回转锚索系统设计方法

窦 巍

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

斜拉桥同向回转锚索系统设计方法

窦 巍

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

介绍了一种原创新型的斜拉桥锚索系统——同向回转锚索系统，这一系统从受力机理上规避混凝土桥塔受拉开裂的缺陷，通过一系列细致的理论及试验研究，总结了一套成熟的设计方法，并成功应用于多座大跨径斜拉桥，为今后同类桥梁设计提供了一种新的思路。

斜拉桥，锚索系统，同向回转

1 研究背景

针对斜拉桥锚索系统，桥梁研究与设计人员一直在发展各种锚索结构，以克服拉索对混凝土索塔塔壁的巨大拉力，包括完全以预应力保护的混凝土齿块、拉力抵消并辅助以预应力保护的钢锚箱和钢锚梁、拉索连续的钢鞍座等。

这些锚索系统目前总体已趋成熟，但关键技术仍有缺陷，主要体现在：鞍座锚索对索塔的作用以压力为主，但受不平衡索力限制，主要用于矮塔斜拉桥；混凝土齿块、钢锚梁、钢锚箱锚索在根本上存在不同程度的拉应力，一旦控制效果不佳，塔壁开裂现象即有发生。

设计人员以正在建设中的芜湖长江公路二桥跨江主桥(主跨806 m)为依托，成功研发出一种新型的斜拉桥锚索系统——同向回转锚索系统，为今后大跨径斜拉桥设计提供了一种新的思路。

2 同向回转锚索系统构造及特点

同向回转锚索系统是将每根拉索穿过桥面一侧锚具，绕过索塔后锚回到桥面同桩号另一侧锚具，形成一对同编号拉索。锚固示意图如图1所示。

斜拉索横桥向连续绕过塔柱，索力的环形径向压力转换成塔柱的环向预应力，技术优势是传统锚索方式无法比拟的，具体体现在：

1)在机理上实现了索塔的无拉应力锚索，从根本上解决了结构的受拉开裂问题；

2)避开了索力顺桥向的不平衡，利用了拉索横桥向的对称性，索力差大幅降低，使得鞍座用于常规斜拉桥成为可能；

3)取消了塔上传统锚具及抵抗锚具间巨大拉力的钢材和预应力；

4)相应工程造价亦大幅度降低。

同向回转锚索系统的设计内容主要包括了匹配塔型设计、拉索定位设计、同向回转鞍座设计、同向回转拉索设计。系统构造图如图2所示。

3 匹配塔型设计

由于鞍座在塔中回转，为抵抗索力强大的压力作用，需要预留足够的塔壁厚度，此外为减轻自重，塔柱中央做挖空处理，索塔锚固区形成外八边形内空箱型结构。芜湖长江公路二桥索塔为柱式C50混凝土塔，矩形断面，空心结构。总高262.48 m。塔柱断面横向宽8 m～18.5 m，纵向宽8 m～15 m，中、下塔柱透空，上塔柱底设18 m高隔室，下横梁为12 m×8 m矩形断面。匹配塔型如图3所示。

4 拉索定位设计

桥塔塔壁空间限值，拉索在桥塔内的摆放位置容易产生干扰，同时回转拉索的垂度效应的计算也不同于传统的拉索锚固方式。同向回转拉索空间定位的设计是以一个与索塔同轴的虚拟圆筒(虚拟定位基准圆筒)作为线型的基准，拉索垂度面与基准圆筒相切，形成一条位置固定的竖直切线，以此构成定位计算的基准。基准圆筒定位法示意图如图4所示。

拉索的定位考虑垂度效应对拉索坐标的修正，重点考虑索鞍之间位置上的干扰，以此进行的定位计算是一个多点、多重循环修正，逐步逼近目标的过程，并为此设计一个专项的计算程序，计算程序以拉索定位主控参数为控制目标，根据结构设计特点，选择与主控参数关联性强的待定参数为控制手段，并注意到调控的先后次序。基准圆筒定位法计算流程如图5所示。

5 同向回转鞍座设计

鞍座由锚体、导管、过渡管和延伸管组成。锚体位于圆弧段，由外壳、分丝管、限位板、填充料组成；在限位板上开孔，分丝管穿过限位板对应孔位被固定，限位板与锚体外壳相连，在锚体内分丝管间隙灌注填充料。鞍座构造如图6所示。

锚体构成新型鞍座的核心，可为索股提供更有效的夹持和防护。锚体内平行设置的异型截面不锈钢分丝管在摩擦系数相同时，对索股产生双倍的摩擦力。分丝管之间以灌浆料灌填，为拉索通过鞍座时产生的径向压力提供传递路径。锚体构造如图7所示。

锚体两端通过法兰盘与导管相连，锚体内的分丝管两端与导管内的不锈钢线管对应相连。导管两端同过渡管相接，过渡管是将斜拉索钢绞线从整捆状扩散成分散状的重要区段。钢绞线经过渡管扩散后穿过导管内对应的不锈钢线管，最后穿入每根不锈钢线管对应的分丝管，在分丝管内通过钢绞线与分丝管的夹持力进行锚固。

为了提高分丝管的夹持能力，防止在不平衡索力下钢绞线出现滑移，采用了异型不锈钢分丝管。该具有两个偏离拉索径向压力方向30°的偏转接触面，由此，为索股提供双倍摩擦力。

6 同向回转拉索设计

同向回转锚索系统采用的镀锌钢绞线一般为成品索，外层采用热挤PE材料防护。为增加鞍座锚体内钢绞线的抗滑及防腐性能，需对该段区域内的钢绞线进行二次加工后方可使用。

钢绞线的二次加工即对锚体部分的钢绞线在剥除PE护套后，喷涂聚脲的方式进行处理，聚脲的喷涂范围为从锚体进入过渡管50 cm，在镀锌钢绞线外线喷涂双组分铁红聚氨酯改性防腐底漆后，涂刷手工聚脲，最后喷涂第三层SWD钢绞索专用防腐耐磨聚脲。

7 结语

同向回转锚索系统是一种全新的斜拉桥拉索锚固方法，其设计不同于传统的斜拉桥锚索系统，设计人员通过长期的理论与试验研究，总结了该系统的成套设计方法，与施工、监控、管养方法组成了一套完整的斜拉桥锚索系统解决方案，成功应用于芜湖长江公路二桥的建设中，为今后同类桥梁设计提供了一种新的思路。

[1] 刘士林，梁智涛.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社，2002.

[2] 胡 可，梅应华.大跨径斜拉桥结构计算若干问题探讨[J].工程与建设,2010,24(5):581-583.

Designmethodofrotaryanchorcablesystemofcablestayedbridge

DouWei

(AnhuiTransportConsulting&DesignInstituteCo.,Ltd,Hefei230088,China)

This paper introduces a new type of anchor cable system of cable-stayed bridge, which is the rotary anchor cable system. The system avoids the tensile crack of concrete bridge from the force mechanism. After a series of detailed theoretical and experimental studies, a mature design method is summarized by us, and it has been successfully applied in many large span cable-stayed bridges. This design method provides a new idea for the design of similar bridges in the future.

cable-stayed bridge, anchor cable system, counter rotating

1009-6825(2017)28-0173-02

2017-07-28

窦 巍(1984- ),男，硕士，工程师

U448.27

A