斜拉桥钢丝斜拉索锚杯放张与张拉量调整研究

徐旺

摘要：参考锚杯基本构造和钢丝锚固长度来确定斜拉索锚杯长度，通常会导致调整主梁线形偏差时的预留量不足。为了准确得出锚杯张拉和放张调整量，通过悬索理论，对斜拉索无应力长度受斜拉索锚固部位偏差、斜拉索弹性模量偏差以及斜拉索索力偏差的影响程度进行了分析。研究结果表明：規范中要求的锚杯放张调整值略有不足，张拉修正值基本可以达到标准；当锚固部位与索力不变时，在斜拉索弹性模量值较高的情况下，斜拉索长度越长，其无应力长度增量越大；在斜拉索弹性模量值较低的情况下，斜拉索长度越长，其△L2无应力长度增量越小，对于索长大于300m的长索和中索，要增大锚杯张拉端长度，以此提高放张调整量。

关键词：斜拉桥；斜拉索锚杯长度；无应力长度；放张调整量；弹性模量

0   引言

斜拉桥作为一种常用的桥梁类型，具有跨越能力较强、抗震能力好、造型优美、受力性能好的优点。近年来，斜拉桥在铁路工程中的应用技术不断提高，使国内大跨铁路桥梁铁施工水平得到了较大的提升[1-3]。对于大跨铁路斜拉桥来讲，桥上永久荷载、施工以及制造等误差，均会使主梁成桥时出现较大的线形偏差。如何准确控制成桥线形，以保证列车运行稳定和安全，是建造大跨铁路斜拉桥时要解决的关键问题[4-5]。通常通过改变成桥索力的方式，来调整斜拉桥主梁成桥线形，具体操作是调整锚杯上锚圈所处的位置以实现斜拉索的张拉和放张。

为了评价水泥搅拌桩防渗墙对大坝的防渗效果，此次研究通过有限元模拟，对局部土层实测渗透系数进行反演计算，并模拟分析了防渗墙在不同土层埋深和位置时防渗效果的变化规律，可为相关工程提供指导和借鉴。

1   工程概况

常山江特大桥57#墩～60#墩采用（117+240+117）m三线矮塔斜拉桥跨越常山江，线路与常山江夹角为59°。主梁为三向预应力混凝土结构，桥塔采用钢筋混凝土结构，斜拉索采用扇形布置。主梁结构形式采用单箱双室、变高度、变截面箱型结构，中间支点根部梁高14.5m，跨中及边支点处梁高均为7.0m，梁高按圆曲线变化。

箱梁桥面宽21.3m，中支点桥塔梁固结处桥面加宽至24.8m。顶板厚0.45m，至中支点附近加厚至0.7m，中支点局部加厚至1.65m，边支点局部加厚至0.95m。底宽16.7m，中支点处局部底宽18.3m。底板厚度0.45～1.406m，中支点处局部底板厚3.80m，边支点处局部底板厚0.95m。边支点及靠近边跨的0号块处底板设直径0.8m检查孔，底板上设截水槽、泄水孔。

斜拉索采用单丝涂覆环氧涂层钢绞线拉索体系，外套HDPE，平行双索面体系。斜拉索梁上纵距9.0m，横距19.8m，主梁内设置锚固梁，张拉端设置在梁上。斜拉索在塔端采用分丝管索鞍贯通，上下间距1.5m，索鞍设置双向抗滑装置。斜拉索规格分15.2-55和15.2-61两种，抗拉强度标准值为1860MPa，斜拉索采用单根张拉。

2   钢丝斜拉锚索杯调整量研究

通常以改变成桥索力的方式来调整斜拉桥主梁成桥线形，具体操作是调整锚杯上锚圈所处的位置来实现斜拉索的张拉和放张，在根本上为调整斜拉索无应力长度。对其造成影响的主要因素包括斜拉索锚固部位偏差、斜拉索弹性模量偏差以及斜拉索索力偏差，此次主要研究斜拉索无应力长度受到以上3个因素的影响程度，并分析了钢丝斜拉索锚杯调整量。

2.1   斜拉索索力偏差

造成斜拉桥索力偏差的主要因素为实际荷载和设计荷载相差较大。桥体构件质量误差同样会导致斜拉索索力出现偏差，对于这种偏差可通过施工监测调整斜拉索下料长度来进行校正。除此之外，道碎容重离散性荷载偏差对铁路斜拉桥的影响也较大。在铁路设计规范种将21kN/m3定为碎石道容重，即道砟容重规范值为21kN/m3。

此规范值是铁路线路通车使用多年后统计得出的数值，包括路基养护的补砟效应和铁路运营荷载对路基的作用效果，明显大于刚开始成桥时的道碎容，所以在设计桥梁稳定性和结构强度时选择此容重是较为合理的。不过在成桥初始阶段，偏低的道砟容重会导致主梁出现上挠，斜拉索锚杯调整量Sz与S?在当设计线形已定时，要能够满足道砟质量偏差所导致的主梁线形修正要求。

参考此桥道床来对标准横断面进行设计，道砟容重γ1为21kN/m3，换算出的q1为100.7kN/m（2线铁路道设计荷载）；刚成桥阶段的容重γ2为21kN/m3，得出的q2为81.5kN/m（2线铁路道设计荷载）。4线铁路道荷载相差值为38.4kN/m。通过q1与q2来对成桥索力F1和F2进行计算，如图1所示为具体计算结果。同时可根据（F1-F2）/F1的方式来计算索力偏差。

从图1中能够看出，道砟容重离散性所造成的索力偏差为2%～4.8%，为了将索力偏差更加形象和具体的体现出来，将纵坐标与横坐标分别定为无应力长度增量△L1与斜拉索长度L，同时考虑道砟容重离散性造成的索力偏差为5%，绘制两者的关系曲线如图2所示。

从图2中能够看出，△L1无应力长度增量在斜拉索长度未超过300m时小于43mm；△L1无应力长度增量在斜拉索长度在300～400m时的范围为45～65mm；△L1无应力长度增量在斜拉索长度在400～500m时的范围为65～81mm；△L1无应力长度增量在斜拉索长度超过500m时大于81mm。这说明长、中无应力长度受到斜拉索索力偏差的影响较大，要重点关注，在设计时要预留好调整空间。

2.2   斜拉索弹性模量偏差

相关规范中要求，斜拉索弹性模量要大于1.9×105MPa。此次所研究斜拉桥实测斜拉索弹性模量范围为19.5×105～

1.98×105MPa，达到规范标准。弹性模量E0会对斜拉索伸长性能造成较大的影响，同时也是影响无应力长度的一个主要因素。将斜拉索E0为2.00×105MPa情况下无应力长度视作对比标准，对E1和E2分别为1.9×105MPa、2.1×105MPa情况下的无应力长度进行计算，能够得出无应力长度由斜拉索弹性模量偏差导致的变化值△L2。具体计算结果如图3所示。

从图3中能够看出，当锚固部位与索力不变时，在斜拉索弹性模量值较高的情况下，斜拉索长度越长，其无应力长度增量越大。而在斜拉索弹性模量值较低的情况下，斜拉索长度越长，其△L2无应力长度增量越小。△L2无应力长度增量在斜拉索长度未超过300m时小于47mm。△L2无应力长度增量在斜拉索长度在300m～400m时的范围为47～63mm。△L2无应力长度增量在斜拉索长度在400～500m时的范围为63mm～71mm。△L2无应力长度增量在斜拉索长度超过500m时大于71mm。

类似于斜拉索索力偏差产生的影响规律，长、中无应力长度受到斜拉索弹性模量偏差的影响较大。所以建议在设计过程中以斜拉索E0为2.0×105MPa时对斜拉索下料长度进行计算，同时根据其在1.9×105～2.1×105MPa范围来对张拉端锚杯修正量进行预留。

2.3   斜拉索锚固部位偏差影响

基础不均匀沉降、测量误差、操作失误、混凝土收缩变形等，均会导致斜拉索锚固点部位出现偏差。外界环境对测量误差影响比较大，为此尽量在夜间温度比较稳定时开展测量工作。通过主墩与桥塔锚固区支点横梁预抬高的方式，可修正混凝土收缩变形与基础沉降产生的偏差，但无法准确计算出以上两种偏差的具体值，所以需要在设计张拉端锚杯调整量时将上述偏差考虑在内。

此次研究中将△H（塔端锚固点高程偏差）定为10cm，△L锚固点部位水平偏差根据相关规范取3cm与塔高H/3000间的较低值，以此分析无应力长度L受到各偏差的影响，并计算得出无应力长度增量△L3，如图4所示为具体计算结果。

从图4中能够看出，接近塔根处短索无应力长度受到△H的影响较大，且△H对其产生的影响程度随着斜拉索索长的增大而降低。斜拉索无应力长度受到△L的影响规律与△H造成的影响趋势相反，长、中索受△L的影响较大。将△L和△H对无应力长度产生的影响进行叠加，得出△L3取值范围为50～60mm。

3   调整锚杯张拉和放张的建议

整体考虑斜拉索无应力长度受上述3种偏差类型的影响，通过计算获取斜拉索张拉端锚杯张拉和放张的调整量，并且结合相關规范中的标准，对锚杯修正标准值进行计算，具体计算结果如表1所示。表1中，Sf1至Sf3为将斜拉索弹性模量偏差（5%）、索力偏差（5%）、H/3000水平部位偏差以及10cm锚固点高程偏差，考虑在内计算出的锚杯放张修正量，总放张修正值为ΣSf。计算出的对应锚杯张拉修正量为Sz1、Sz2、Sz3，总张拉修正量为ΣSz。根据规范要求，计算得出的放张和张拉修正值分别为Sf0和Sz0。

从表1中能够看出，规范中要求的锚杯大小，只将基本构造要求与钢丝锚固长度考虑在内，得出的放张和张拉调整至略低，主标表现出可能Sf0放张修正值不足，张拉修正值Sz0基本可以达到标准。

在上述3种偏差类型里，对无应力长度的影响程度最高的是斜拉索索力偏差，影响程度略低的斜拉索E0偏差，在进行设计时要加强以上2种偏差类型的重视程度。特别是在索长大于300m的长索和中索，要增大锚杯张拉端长度，以此提高放张调整量。

4   结束语

为了更加精确的计算斜拉索锚杯调修正量，通过悬索理论分析了不同偏差量对斜拉索无应力长度的影响程度，并提出相应的建议，主要得出以下结论：

索力偏差导致的△L1无应力长度增量在斜拉索长度未超过300m时小于43mm，在斜拉索长度在300～400m时的范围为45～65mm，斜拉索长度在400～500m时的范围为65～81mm，在斜拉索长度超过500m时大于81mm。锚索弹性模量E0偏差导致的△L2无应力长度增量，在斜拉索长度未超过300m时小于47mm，在斜拉索长度处于300～400m时的范围为47～63mm，在斜拉索长度处于400～500m时的范围为63～71mm，在斜拉索长度超过500m时大于71mm。

建议设计中，以斜拉索E0为2.0×105MPa时来对斜拉索下料长度进行计算，同时根据其E0在1.9×105～2.1×105MPa范围来对张拉端锚杯修正量进行预留。在3种偏差类型里，对无应力长度的影响程度最高的是斜拉索索力偏差，影响程度略低的斜拉索E0偏差。在进行设计时，要加强以上2种偏差类型的重视程度。特别是在索长大于300m的长索和中索，要增大锚杯张拉端长度，以此提高放张调整量。

参考文献

[1] 刘杰，杨朋远.斜拉桥损伤诊断有限元建模与数据提取方法研究[J]石家庄铁道大学学报（自然科学版），2023，36（1）：27-32.

[2] 胡骏，郑清刚.2000MPa平行钢丝斜拉索在千米级公铁两用斜拉桥中的应用[J].桥梁建设，2019，49（6）：48-53.

[3] 杨雅勋，王成之，柴文浩等.断索对曲线斜拉桥力学性能的影响[J].郑州大学学报（工学版），2023，44（5）：101-107.DOI：10.13705/j.issn.1671-6833.2023.02.005.

[4] 陈良江.我国铁路斜拉桥的实践与设计参数研究[J].铁道建筑，2017，57（11）：1-6.

[5] 梅秀道，卢亦焱.基于索长的大跨径斜拉桥施工控制计算方法及应用[J].桥梁建设，2019，49（6）：42-47.