懸索橋懸吊系統(tǒng)的施工控制及養(yǎng)護(hù)維修
2010-07-14
現(xiàn)代懸索橋以1883年美國(guó)建造的布魯克林橋?yàn)槠瘘c(diǎn)，至今已經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)。1995年建成的廣東汕頭海灣大橋，是我國(guó)的第一座現(xiàn)代懸索橋。與國(guó)外相比，我國(guó)懸索橋起步較晚，特別是在懸索橋的使用和養(yǎng)護(hù)維修方面還沒建立起相應(yīng)的規(guī)范。筆者根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)幾座懸索橋的資料進(jìn)行研究分析并查閱了國(guó)外的一些相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)懸索橋的懸吊系統(tǒng)施工控制及養(yǎng)護(hù)維修方法作了簡(jiǎn)單的介紹。
1.懸吊系統(tǒng)的組成
懸索橋的懸吊系統(tǒng)由兩根主纜和若干根吊索組成，還包括主索鞍、散索鞍、錨桿、錨楔、吊桿錨板、索夾、吊索夾具等。主纜大多采用雙面主纜，一般是一側(cè)布置一根，個(gè)別的有一側(cè)用兩根主纜的設(shè)計(jì)。大多數(shù)主纜由多根平行高強(qiáng)鋼絲束股組成，每根鋼絲束股由幾十根，甚至幾百根單根平行鋼絲組成。主纜通常都采用鍍鋅鋼絲，為了進(jìn)一步增強(qiáng)防銹能力，在主纜四周涂以鋅粉膏和防銹劑，再用直徑4 mm軟退火的鍍鋅鋼絲纏繞，然后在上面再涂防銹漆，以形成雙重防銹。為了完全防水，主纜箍處產(chǎn)生的間隙要填充密實(shí)材料。鋼絲束股兩端配有專用錨具，在錨旋區(qū)主纜分散，無法用鍍鋅鋼絲纏繞，故采取在錨旋箱內(nèi)吹風(fēng)除濕的措施。主纜的防護(hù)主要包括鍍鋅鋼絲、密封和涂刷防銹漆等。
2.懸吊系統(tǒng)的施工控制
懸吊系統(tǒng)的施工控制大多采用有限元法和迭代解析法，有限元法一般先根據(jù)各施工階段和成橋時(shí)受力及線形要求，循環(huán)迭代出空纜狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上向前計(jì)算各施工階段結(jié)構(gòu)的受力和變形。但由于施工過程中許多不定因素的存在，實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)和實(shí)際施工荷載不與其相符，施工到一定階段時(shí)，需向前計(jì)算至成橋狀態(tài)，循環(huán)逼進(jìn)出施工階段的理想狀態(tài)，因此用有限元法計(jì)算太繁瑣。而迭代解析法是先根據(jù)成橋設(shè)計(jì)狀態(tài)算出主纜的無應(yīng)力長(zhǎng)度，在結(jié)構(gòu)施工及建成后，不管結(jié)構(gòu)溫度如何變化，如何移位及加載，任意一索段的無應(yīng)力長(zhǎng)度始終不變。根據(jù)這一原理計(jì)算空纜狀態(tài)和各施工狀態(tài)，計(jì)算過程無重復(fù)迭代。
2.1 成橋線形
在成橋狀態(tài)，主纜和加勁梁構(gòu)成組合體系，共同受力，吊索是連接加勁梁和主纜的紐帶，主纜所受荷載為沿弧長(zhǎng)均布的主纜自重（包括纜絲和防護(hù)）及通過吊索傳遞的集中荷載（加勁梁自重和二期恒載），懸索橋的受力圖示可簡(jiǎn)化為承受沿弧長(zhǎng)均布荷載和在吊索處作用的集中力的柔性索。以吊點(diǎn)間的某一微段為研究對(duì)象，在沿弧長(zhǎng)均布荷載作用下，建立平衡微分方程，即得各吊點(diǎn)間懸索線型為懸鏈線。根據(jù)各吊點(diǎn)處的受力平衡條件，可求出成橋狀態(tài)主纜的有應(yīng)力長(zhǎng)度和線形，扣除成橋時(shí)主纜的彈性伸長(zhǎng)，即可求得主纜的無應(yīng)力長(zhǎng)度。
2.2 頂推預(yù)偏量
在加勁梁吊裝過程中，假定主鞍座在塔頂處于自由滑移狀態(tài)，隨著加勁梁的架設(shè)，主索鞍將逐漸向跨中滑移。而在實(shí)際吊裝過程中，鞍塔是固結(jié)的，塔受到向跨中的水平推力作用，為保證塔身應(yīng)力不超過容許值，需事先設(shè)置一預(yù)偏量，當(dāng)塔身應(yīng)力超過容許值時(shí)，就將主索鞍向跨中頂推一定量值，到成橋狀態(tài)時(shí)，主索剛好頂推到設(shè)計(jì)位置。主索鞍預(yù)偏值的設(shè)置原則是:保證各跨主纜無應(yīng)力索長(zhǎng)空掛于索鞍上，索段在鞍槽內(nèi)不滑移。
2.3 空纜狀態(tài)時(shí)索夾安裝位置
為保證成橋時(shí)吊索處于正確位置，需計(jì)算空纜狀態(tài)索夾的安裝位置，計(jì)算的原則是空纜時(shí)索夾間的無應(yīng)力長(zhǎng)度等于成橋時(shí)索夾間的無應(yīng)力長(zhǎng)度，由空纜狀態(tài)下的索力水平分量及塔頂處豎向支承力、各吊點(diǎn)間的無應(yīng)力長(zhǎng)度、吊點(diǎn)處的坐標(biāo)來確定索夾安裝位置。
3.懸吊系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)維修
3.1 懸吊系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)維修
對(duì)懸吊系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)維修工作主要包括:定期對(duì)吊索系統(tǒng)各零部件涂刷防銹漆，已經(jīng)銹蝕時(shí)要及時(shí)除銹和重新涂防銹漆；檢查索夾的拉桿有無松動(dòng)，有無裂紋和損壞，索夾的泄水孔是否暢通，根據(jù)對(duì)索夾的檢查結(jié)果，采取相應(yīng)措施，如緊固或更換索夾，更換高強(qiáng)拉桿和墊圈，清除污垢和積水等；當(dāng)?shù)跛靼l(fā)生裂紋和破損時(shí)，要予以更換。
3.2 主纜系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)維修
主纜系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)維修應(yīng)注意以下方面：要經(jīng)常養(yǎng)護(hù)維修主纜的通道；若主纜纏絲的油漆膜損壞或分層剝落，要清洗后重新涂刷防銹漆，若纏絲斷裂并散開，應(yīng)先清洗除銹后再重新繞絲涂油漆；塔頂主鞍座要經(jīng)常清掃，防止塵土、雨水等腐蝕引起銹蝕，如有銹蝕，要除銹并重涂防銹漆，要防止螺帽松動(dòng)和銹蝕；要保持錨室內(nèi)規(guī)定的溫度(22℃左右)和濕度(50%以下)，養(yǎng)護(hù)人員要每天檢查并做好記錄，并要保持通風(fēng)、恒溫、恒濕設(shè)備和照明設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)處理錨室內(nèi)的雨水或積水，防止主纜銹蝕。
3.3 加勁梁及主纜線形的變化
在長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)過程中，由于主纜松弛或載重量的加大（如交通量增長(zhǎng)過大，附屬設(shè)施的增加），導(dǎo)致主纜和加勁梁線形發(fā)生變化，若此變化導(dǎo)致加勁梁的撓度過大影響到正常使用或嚴(yán)重影響到美觀效果時(shí)，要定期對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整中應(yīng)注意，調(diào)整螺帽改變加勁梁標(biāo)高會(huì)加大加勁梁的局部受力，調(diào)整主纜的線形應(yīng)盡量與設(shè)計(jì)單位研究。
3.4 索夾在主纜上滑移時(shí)調(diào)整的方法
索夾在主纜上產(chǎn)生滑移時(shí)，要先找出其產(chǎn)生的原因，再根據(jù)其原因采取相應(yīng)的措施?；飘a(chǎn)生原因主要有以下兩種:高強(qiáng)拉桿的拉力松弛，使拉桿增長(zhǎng)，索夾與主纜的夾緊程度降低；在長(zhǎng)期使用后主纜的擠緊程度提高，空隙率減小，索夾與主纜的夾緊程度減弱。
由于索夾在主索上的滑移，由豎索變成斜吊索，會(huì)改變吊索與梁的受力狀態(tài)，同時(shí)，索夾在主纜上的滑移，會(huì)劃傷主纜纏絲，損壞除銹層，破壞纏絲，使主纜受損傷，因此應(yīng)當(dāng)加以調(diào)整，其方法是定期補(bǔ)足高強(qiáng)拉桿的預(yù)拉力，使索夾與主纜的夾緊程度保持恒定，使拉桿的預(yù)拉力保持到設(shè)計(jì)值。
4 結(jié)語
本文基于懸索橋在恒載作用下的力學(xué)特點(diǎn)，建立了懸吊系統(tǒng)施工控制計(jì)算的解析迭代法，由此可確定恒載狀態(tài)下成橋線形、主纜無應(yīng)力長(zhǎng)度，并可迭代出空纜線形、主纜鞍頂預(yù)偏量及索夾安裝位置等。除此之外，要注意懸吊系統(tǒng)是懸索橋的重要部分，必須經(jīng)?；蚨ㄆ诘剡M(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，降低吊索和主纜的銹蝕程度，通過調(diào)整減小加勁梁和主纜的變形，提高懸索橋的使用性能和使用壽命。
參考文獻(xiàn)：
[1〕程進(jìn)、華孝良：懸索橋主纜的結(jié)構(gòu)分析[J]，西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18(3):25-28。
