悬索桥AS空中纺线法索股调整大吨位握索器设计及抗滑移试验研究

舒宏生，刘新华，刘 勋，侯润锋

(中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065)

1 引 言

阳宝山特大桥全长1 112 m，主跨为650 m的单跨钢桁架梁悬索桥，两根主缆中心距为36.0 m，索塔为钢筋混凝土门式框架结构，锚碇为重力式锚碇。主缆跨径组成为170 m+650 m+210 m，主跨矢跨比为：1/10。主缆设计采用AS空中纺线法架设施工，在国内尚属首次。主缆所有钢丝均为直径5.35 mm、公称抗拉强度为1860 MPa的高强度镀锌钢丝，其中1#～10#通长索股由336根钢丝组成，11#～36#通长索股由320根钢丝组成，贵阳岸两根背索均由192根钢丝组成。

为保证主缆线形，AS法编制完成的索股同样需要进行垂度调整，调整条件与稳定观察时间要求与PPWS法相同，1#基准索股采用绝对垂度调整，其余索股采用相对垂度调整，索股调整时利用握索器将索股提离下层索鞍并与主缆成型器完全脱开，跨中预抬高10～30 cm。PPWS法编制的索股截面为正六边形，单根索股常用规格有两种：91和127根钢丝；而阳宝山特大桥主缆设计采用的是AS法，其编制的索股截面为圆形，单根索股钢丝根数最多达到336根，钢丝根数是前者的2～3倍，索股调整张力将大大增加，因此在主缆架设前有必要对大吨位握索器进行专项设计并验证其可靠性。

2 握索器结构设计

大吨位握索器采用分离式结构设计，其结构如图1所示，包括夹持总成、拽拉总成、张拉锚固座、2-φ15.24 mm钢绞线等，单个构件自重轻，便于在猫道上进行握索器频繁拆装作业。大吨位握索器施加螺栓预紧力、设置楔形面提供足够抗滑移阻力，满足索股调整的张力需求；内置楔形齿块设计可更换，适应不同钢丝数编制而成的索股。索股调整时，在索鞍处设置大吨位穿心式千斤顶通过张拉钢绞线提离索股进行垂度调整，相比卷扬机调整更加方便。

图1 大吨位握索器三维设计图

3 抗滑移试验

3.1 试件及仪器

试验所需材料、试件、设备主要包括试验握索器2套(分别标记1#和2#)、200 t穿心式千斤顶1套、百分表2件(分别标记1#和2#)、试验索股(336丝/长度3 m)、30 mm钢垫板2件、电动扭矩扳手等。大吨位握索器抗滑移试验装置总体布置如图2所示。

图2 握索器抗滑移试验布置图

3.2 试验步骤

(1)试验准备及试件安装

按照握索器抗滑移试验布置图要求，进行试验前准备工作。

①选择φ5.35 mm钢丝336丝制成试验索股，索股呈圆形，单根钢丝长度3 m；

②安装1#试验握索器，单套握索器长840 mm，共有24个10.9级M30高强螺栓，各螺栓按照先中间后两边且对角的顺序进行施拧，首次拧紧力按照50%设计预紧力进行；

③安装钢垫板及200 t穿心式千斤顶；

④安装2#试验握索器，高强螺栓进行逐级施拧，直至达到设计预紧力，再逐级施拧1#试验握索器；

⑤分别在1#和2#试验握索器外侧安装百分表，测量握索器滑移量。

(2)试验加载

①分步顶推千斤顶，分别按照0.5P、0.8P和P进行逐级加载，千斤顶油压保持稳定，持荷时间20 min，期间观察百分表读数是否为零，判断握索器是否滑移；

②按照PS-P差值，分10级加载，每级荷载0.1P，持荷时间5 min，记录百分表和油压表数值，直至试验握索器发生持续滑移。

试验加载过程中，如果试验握索器发生滑移达到1 mm且顶推力与滑移量出现显著下降或者试验装置出现破坏时，加载必须立即停止。

4 试验结果及分析

4.1 抗滑移性能

本次试验进行了两次，第1次试验高强螺栓50%设计预紧力(125 kN)加载，第2次试验高强螺栓100%设计预紧力(250 kN)加载。第1次和第2次试验时，试验握索器滑移量随油缸推力变化曲线分别如图3、图4所示，在达到试验抗滑设计值后，在油缸额定荷载下继续加载至试验握索器持续滑移失效为止。

图3 顶推力-滑移量曲线(125 kN)

图4 顶推力-滑移量曲线(250 kN)

按照上述两次试验结果可以看出，所设计的大吨位握索器抗滑移性能满足设计要求。我们知道，握索器抗滑移性能是由摩阻力提供，而此处摩阻力属于静摩擦力，从图4和图5变化曲线显示，当油缸推力大于握索器自身所受的最大静摩擦力时滑移量迅速增加、持续滑移，同时油缸油压不再处于稳压状态而迅速下降，试验终止。

4.2 摩擦因素验证

握索器在持续滑移临界状态时，预紧力125 kN时油缸推力916.5 kN，预紧力250 kN时油缸推力1 567.3 kN，各螺栓轴力实测值如表1所示。根据油缸推力与各螺栓轴力实测值可计算，握索器预紧力125 kN时摩擦因素约为0.21，握索器预紧力250 kN时摩擦因素约为0.195，均大于理论计算时相关规定的摩擦因数0.15的最小取值要求，因此结构是偏安全的。

表1 握索器持续滑移时螺栓轴力实测值

4.3 试验现象

本次抗滑移试验现场，试验结束后将穿心千斤顶泄压，拆下后的握索器内部滑移划痕。

5 工程应用

经过厂内抗滑移性能试验验证结构可靠后，大吨位握索器已成功应用于阳宝山特大桥索股调整作业。索股调整尽量选择在夜间气温稳定时进行，塔顶索鞍处设置穿心千斤顶配合施工，按照先中跨再边跨最后锚跨顺序进行逐步调整。本次抗滑移试验研究对大吨位握索器结构设计可靠性、合理性等进行了很好验证，同时为2 000 m级悬索桥AS法主缆架设所需大吨位握索器设计提供了有力支撑。

6 结 语

为验证所设计的大吨位握索器是否能够满足阳宝山特大桥AS法主缆架设索股调整要求，进行了握索器抗滑移性能试验，试验得到如下结论：

(1)握索器实际抗滑移力达到1 567.3 kN，结构安全系数约2.3，满足设计要求，可以保证现场索股调整施工安全。

(2)螺栓预紧力大小直接影响握索器的抗滑移性能，且实测螺栓轴力存在一定程度衰减；握索器高强螺栓实际施拧时应按相关规范要求先两端后中间且对角的顺序进行，保证各高强螺栓预紧力尽可能准确、均匀一致。

(3)通过试验验证，握索器摩擦因素实测计算值约0.2，比相关规范取值0.15偏大，结构偏安全。