懸索橋懸吊系統(tǒng)的施工控制及養(yǎng)護維修
2010-07-14
現(xiàn)代懸索橋以1883年美國建造的布魯克林橋為起點，至今已經(jīng)歷了一個多世紀。1995年建成的廣東汕頭海灣大橋，是我國的第一座現(xiàn)代懸索橋。與國外相比，我國懸索橋起步較晚，特別是在懸索橋的使用和養(yǎng)護維修方面還沒建立起相應(yīng)的規(guī)范。筆者根據(jù)對國內(nèi)幾座懸索橋的資料進行研究分析并查閱了國外的一些相關(guān)資料和經(jīng)驗，對懸索橋的懸吊系統(tǒng)施工控制及養(yǎng)護維修方法作了簡單的介紹。
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，個別的有一側(cè)用兩根主纜的設(shè)計。大多數(shù)主纜由多根平行高強鋼絲束股組成，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，為了進一步增強防銹能力，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)吹風除濕的措施。主纜的防護主要包括鍍鋅鋼絲、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，實際結(jié)構(gòu)參數(shù)和實際施工荷載不與其相符，施工到一定階段時，需向前計算至成橋狀態(tài)，循環(huán)逼進出施工階段的理想狀態(tài)，因此用有限元法計算太繁瑣。而迭代解析法是先根據(jù)成橋設(shè)計狀態(tài)算出主纜的無應(yīng)力長度，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)力長度始終不變。根據(jù)這一原理計算空纜狀態(tài)和各施工狀態(tài)，計算過程無重復迭代。
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均布的主纜自重（包括纜絲和防護）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化為承受沿弧長均布荷載和在吊索處作用的集中力的柔性索。以吊點間的某一微段為研究對象，在沿弧長均布荷載作用下，建立平衡微分方程，即得各吊點間懸索線型為懸鏈線。根據(jù)各吊點處的受力平衡條件，可求出成橋狀態(tài)主纜的有應(yīng)力長度和線形，扣除成橋時主纜的彈性伸長，即可求得主纜的無應(yīng)力長度。
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，當塔身應(yīng)力超過容許值時，就將主索鞍向跨中頂推一定量值，到成橋狀態(tài)時，主索剛好頂推到設(shè)計位置。主索鞍預(yù)偏值的設(shè)置原則是:保證各跨主纜無應(yīng)力索長空掛于索鞍上，索段在鞍槽內(nèi)不滑移。
2.3 空纜狀態(tài)時索夾安裝位置
為保證成橋時吊索處于正確位置，需計算空纜狀態(tài)索夾的安裝位置，計算的原則是空纜時索夾間的無應(yīng)力長度等于成橋時索夾間的無應(yīng)力長度，由空纜狀態(tài)下的索力水平分量及塔頂處豎向支承力、各吊點間的無應(yīng)力長度、吊點處的坐標來確定索夾安裝位置。
3.懸吊系統(tǒng)的養(yǎng)護維修
3.1 懸吊系統(tǒng)的養(yǎng)護維修
對懸吊系統(tǒng)的養(yǎng)護維修工作主要包括:定期對吊索系統(tǒng)各零部件涂刷防銹漆，已經(jīng)銹蝕時要及時除銹和重新涂防銹漆；檢查索夾的拉桿有無松動，有無裂紋和損壞，索夾的泄水孔是否暢通，根據(jù)對索夾的檢查結(jié)果，采取相應(yīng)措施，如緊固或更換索夾，更換高強拉桿和墊圈，清除污垢和積水等；當?shù)跛靼l(fā)生裂紋和破損時，要予以更換。
3.2 主纜系統(tǒng)的養(yǎng)護維修
主纜系統(tǒng)的養(yǎng)護維修應(yīng)注意以下方面：要經(jīng)常養(yǎng)護維修主纜的通道；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)護人員要每天檢查并做好記錄，并要保持通風、恒溫、恒濕設(shè)備和照明設(shè)施的正常運轉(zhuǎn)，及時處理錨室內(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
在長期營運過程中，由于主纜松弛或載重量的加大（如交通量增長過大，附屬設(shè)施的增加），導致主纜和加勁梁線形發(fā)生變化，若此變化導致加勁梁的撓度過大影響到正常使用或嚴重影響到美觀效果時，要定期對其進行適當?shù)恼{(diào)整。調(diào)整中應(yīng)注意，調(diào)整螺帽改變加勁梁標高會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)計單位研究。
3.4 索夾在主纜上滑移時調(diào)整的方法
索夾在主纜上產(chǎn)生滑移時，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。滑移產(chǎn)生原因主要有以下兩種:高強拉桿的拉力松弛，使拉桿增長，索夾與主纜的夾緊程度降低；在長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，會改變吊索與梁的受力狀態(tài)，同時，索夾在主纜上的滑移，會劃傷主纜纏絲，損壞除銹層，破壞纏絲，使主纜受損傷，因此應(yīng)當加以調(diào)整，其方法是定期補足高強拉桿的預(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)計值。
4 結(jié)語
本文基于懸索橋在恒載作用下的力學特點，建立了懸吊系統(tǒng)施工控制計算的解析迭代法，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行維修和養(yǎng)護，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：
[1〕程進、華孝良：懸索橋主纜的結(jié)構(gòu)分析[J]，西安公路交通大學學報，1998，18(3):25-28。
