抗拔锚杆对人行索道桥轻型桥台的平衡稳定作用

2022-11-17李光军

建筑与装饰 2022年21期

李光军

广东睿博建筑设计研究有限公司广东清远 511538

引言

人行索道桥由稳定索、桥面索及桥面板等组成悬索受拉体系[1]，因造型美观、施工方便、跨越能力较强，且能与周围环境和地形地貌相协调，成为景区人行桥梁的常选桥型结构。台背高填土可能会导致地基土层移位、沉降，成为影响桥梁结构整体稳定的重要因素[2-3]，但在人行索道桥中，桥台的平衡稳定往往由主缆水平拉力控制。抗拔锚杆主要用于建筑工程抗浮设计，此外，在中心湖[4]、取水泵房[5]等工程中也有应用的实例。

1 工程背景

某景区人行索道桥，采用单跨主缆承重结构体系，计算跨径，理论垂度，垂跨比（）约为1/16.5。主缆选用6根1960MPa钢丝绳（26 6×19S-FC 1960 B zS），横桥向间隔0.5m布置，两端固定在轻型桥台内；桥面净宽2.5m，两侧各由4股钢丝绳（18 6×19S-FC 1770 B zS）和1股麻绳（Φ30）组成栏杆扶手[6-7]，同样固定在轻型桥台内；桥面板为270cm×19cm×6cm厚木板，通过16a槽钢组成的纵、横梁密铺于主缆上；两端轻型桥台底板上各设置9根（3×3）抗拔锚杆，正方形布置，间距1.25m，竖向倾角为10°，单根锚杆轴向抗拔力标准值为180kN。桥型总体布置及锚杆连接构造如图1～2所示。

2 有限元分析计算

2.1 有限元模型

为简化分析，假定桥面板刚度无穷大，选取中间某根主缆，应用MIDAS/Civil建立单根主缆模型，如图3所示。

有限元模型共有257个节点、256个单元，其中，主缆采用索单元模拟，两端固结；桥面系二期恒载通过调整主缆重度的方式计入，人群荷载以节点荷载的形式输入。主要参数取值为：主缆抗拉刚度EA= 109315.96kN·m，永久作用标准值g1K=0.145kN/m，可变作用（人群荷载）标准值qK= 2.5kN/m。

2.2 不同垂跨比下主缆内力

悬索桥主缆的设计垂跨比通常在1/9～1/11之间[8-9]，人行索道桥对振动比较敏感，垂跨比较大时振动尤为明显。本桥取用较小的垂跨比（1/16.5），主要基于桥下净空与桥型美观性、行人安全性和舒适性等方面的考虑。表1列出了不同垂跨比下主缆端部截面内力，其中，工况一为仅承受永久作用标准值组合，工况二为永久作用标准值与人群作用标准值或频遇值组合（下同）。

表1 不同垂跨比下主缆端部截面轴力汇总表（单位：kN）

从表1可以看到：工况一的主缆内力约为工况二的6%，主缆内力主要由可变作用（人群荷载）控制，且随着垂跨比的增大而减小。此外，垂跨比的增大意味着桥下净空的压缩，如桥下净空受限，则需“抬升”主缆，会对桥台高度、基础尺寸、路桥衔接的平顺性等造成一定影响。

如考虑行人手推自行车及童车的情况，参考城市人行天桥坡度不宜陡于1∶4的规定[10-11]，本桥在空载和满载的情况下主缆端部坡度（全桥最大坡度）计算值分别为1∶4.109、1∶3.847，与1∶4比较接近，说明选用1/16.5的垂跨比是比较合理的。

3 抗拔锚杆对轻型桥台的平衡稳定作用

3.1 桥台平衡稳定验算

取1延米轻型桥台（扶臂式挡土墙），通过理正岩土软件验算工况一和工况二的地基承载力、基底偏心距和基础稳定性[11]，验算结果如表2所示：

表2 设置抗拔锚杆时桥台验算表

表2中，各岩土参数取值为：地基土黏聚力c=15kPa，内摩擦角φ=26°，修正后的地基承载力特征值fa= 2 60kPa，地基土对基底摩擦系数µ=0.4；各验算项的限值要求为：基底平均压应力p≤fa，基底最大压应力pmax≤ 1.25fa，合力偏心距e0≤ 0.75ρ（工况一，ρ为截面核心半径）或e0≤ρ（工况二），抗倾覆稳定安全系数k0≥1.5，抗滑动稳定安全系数kc≥ 1.3。验算结果表明，工况一和工况二下轻型桥台各验算项均满足要求。