双塔悬索桥索夹螺杆预紧力分析

孟 林 杨 辉

（1.华设设计集团股份有限公司，南京 210014；2.江苏科技大学，镇江 212100）

1 研究背景

索夹是悬索桥受力系统的重要组成部分，承担着将桥梁荷载传递至主缆的重要作用。索夹螺杆预紧力下降会增加索夹滑移的风险[1]。国内某悬索桥吊索处主缆开裂，如图1所示。

图1 国内某悬索桥吊索处主缆开裂

通过给索夹螺杆施加一定的预紧力，可避免索夹出现滑移情况，对于保障受力体系具有至关重要的作用。国内外对于主跨1 000 m以上的大跨径悬索桥较为重视。例如，主跨1 385 m的江阴大桥、主跨 1 080 m的泰州大桥、主跨1 418 m的南京长江第四大桥和主跨1 650 m的西堠门大桥，均对索夹螺杆预紧力进行了检测和紧固工作，并理解和掌握了其受力分布的规律。

整体呈现的主要受力规律如下[2]：（1）索夹螺杆预紧力会随着时间逐渐减小，下降幅度较大，下降30%～74%；（2）单次整体补张后，预紧力在前10 d下降较为迅速，之后逐步趋于缓慢至基本稳定；（3）多次整体补张后，相比于上一次补张，前10 d预紧力下降的幅度呈逐次降低趋势；（4）相同的时间周期内，靠近主塔附近的索夹螺杆预紧力的下降幅度超过跨中附近的索夹螺杆。

大跨径悬索桥需要多次检测和补张。人们对于索夹螺杆预紧力的受力规律有着较为清晰的认识，但对中小跨径悬索桥鲜有涉及。掌握中小跨径悬索桥运营期索夹螺杆预紧力的规律，对桥梁预防性养护和建立正确的养护策略具有重要意义。

2 索夹螺杆预紧力

国内某跨江大桥主桥采用（83+260+83）m的自锚式悬索桥，分为1#悬索桥和2#悬索桥，于2008年12月建成通车[3]。其中，索夹为销接式，采用上下对合的结构形式。上下两个半索夹螺栓相连并夹紧于主缆。全桥索夹共分为主缆定型的紧箍索夹、主缆索鞍出口处防护密封的封闭索夹、连接主缆与吊索的吊索索夹3类。每座悬索桥上下游各安装有26个吊索索夹，从一侧主塔向另一侧主塔按1#～26#编号，其中每个吊索索夹有6～22个螺杆，由跨中向主塔方向螺杆数量逐渐增多。悬索桥吊索编号如图2所示。

图2 悬索桥吊索编号（单位：mm）

两座自锚式悬索桥通车10年后，于2019年全面检测吊索索夹。每座悬索桥各检测672根，检测结果为：1#悬索桥有563根螺杆预紧力小于设计预紧力，数量占比为83.8%；2#悬索桥有558根螺杆预紧力小于设计预紧力，数量占比为83.0%；1#悬索桥索夹螺杆平均预紧力为425.2 kN，占设计预紧力的73.6%；2#悬索桥索夹螺杆平均预紧力为393.4 kN，占设计预紧力的68.1%。1#悬索桥预紧力分布相关详细统计信息，如表1、图3和图4所示；2#悬索桥预紧力分布相关详细统计信息，如表2、图5和图6所示。其中，T为平均预紧力，Pc为设计预紧力。

图5 2#悬索桥索夹螺杆预紧力分布图

图6 2#悬索桥各索夹螺杆平均预紧力统计图

表1 1#悬索桥现存预紧力分布统计表

表2 2#悬索桥现存预紧力分布统计表

图3 1#悬索桥索夹螺杆预紧力分布图

图4 1#悬索桥各索夹螺杆平均预紧力统计图

根据统计分析可以得出以下规律：各索夹螺杆的平均预紧力存在不同程度的损失，且小于设计预紧力的螺杆数量达到80%以上；平均预紧力损失率达到26.4%～32.1%，损失率小于大跨径悬索桥；索夹螺杆平均预紧力整体呈现跨中且损失小，靠近主塔位置处呈现损失较大的趋势，与大跨径悬索桥索夹螺杆预紧力分布规律一致；索夹螺杆预紧力大致呈对称性分布，与对称位置的索夹螺杆预紧力较为接近。

3 预防性养护策略

根据《公路悬索桥设计规范》（JTG/T D65—05—2015）可知，吊索索夹抗滑系数应不小于3。由各个悬索桥的检测结果可知，索夹螺杆预紧力存在普遍下降的现象。大跨径悬索桥索夹螺杆平均预紧力损失程度可高达70%[1]；小跨径悬索桥损失程度相对偏小，运营10年后损失达到30%，单个索夹损失率更高。预紧力的降低导致索夹抗滑移安全系数和性能降低，存在滑移的风险，影响桥梁安全[4]。常规的检查很难发现索夹是否存在滑移现象，无法判断索夹是否存在安全隐患。根据相关桥梁的检测经验，运营养护需采取以下主要措施。一方面，对于运营期的悬索桥尽快开展索夹螺杆预紧力的检测和补张工作。索夹螺杆预紧力的检测工作可有效检测预紧力的损失情况，做到全面了解桥梁的安全风险。补张工作可以及时补足预紧力不足的螺杆，降低甚至消除安全隐患[5]。另一方面，定期跟踪检测和补张已经检测且补张的螺杆。检测和补张工作并非一劳永逸，索夹螺杆预紧力会随着时间逐渐减小。因此，需定期跟踪螺杆预紧力的变化情况，以便采取正确及时的养护措施。

4 结语

随着已建成的悬索桥数量的逐渐增加，运营期的养护需尽快提上日程。索夹螺杆预紧力会随着时间逐步降低，时间越久，下降幅度越大。预紧力的降低会降低索夹抗滑系数，从而威胁桥梁结构的安全，因此螺杆预紧力的检测和补张工作尤为重要。此外，不同部位的索夹螺杆预紧力的损失程度不同，可以根据具体情况，在一定年限内实现索夹的全部检测并补张。