以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法
2023-05-24 00:16:01
以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法，在每根鋼絞線在有抗滑鍵側張拉時，無抗滑鍵側也須同時張拉，張拉過程中始終保持無抗滑鍵側的張拉力大於有抗滑鍵側張拉力，兩側的差值為實測摩阻力的1～2倍之間；當每根鋼絞線在有抗滑鍵側張拉到監控目標張拉索力fc時，先錨固，然後將無抗滑鍵側張拉到超張拉力fk再降到目標張拉索力fc，然後錨固，完成鋼絞線拉索的張拉施工。本發明優化了安裝方法，使拉索在塔柱兩外側的索力相同、抗滑鍵與塔柱密貼且具備足夠的壓力儲備，使得每根鋼絞線在塔柱兩側的內力相同，提高了整束拉索的安全度，抗滑鍵鎖緊力更加可靠，現場施工方便不容易出錯，超張拉力不會對結構整體造成過大影響。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及斜拉橋拉索施工【技術領域】，尤其涉及一種以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼 絞線拉索的張拉施工方法。 以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法
【背景技術】
[0002] 穿塔式鋼絞線斜拉索主要用於矮塔斜拉橋。該類型橋梁的概念由法國人Jacgues Mathivat提出，日本建成了世界上第一座矮塔斜拉橋，迄今為止日本是該類型橋梁建造最 多的國家。國內從2000年開始，相繼建成了蕪湖長江大橋、福建漳州戰備大橋等，積累了一 定的設計經驗。
[0003] 鞍座（如圖1所示）是矮塔斜拉橋塔柱的關鍵構造，其基本功能是讓拉斜拉索以 不間斷的形式連續穿越塔柱，並通過錨固構造將拉索與塔柱鎖定，主要有雙套管構造和分 絲管構造。
[0004] 其中，發表於《橋梁建設》2002年1期中的文章《漳州戰備大橋主橋斜拉索設計》 論述了有關雙套管構造（如圖2所示），在應用中發現了不足：1)由於加工偏差及運營後變 形使鞍座內部管道難於更換；2)雙套管之間接觸面狹小使管下應力集中現象嚴重；3)雙套 管之間空隙狹小使壓漿不密實從而造成砂漿體開裂破壞。為克服以上不足，提出了分絲管 鞍座方案（如圖3所示）並付諸實際應用，取得了較好的效果
[0005] 但以上兩種構造在設計初期均存在抗滑能力不足的缺點，在大型橋梁使用中通常 需在塔柱外部設置抗滑錨固筒（如圖4所示），錨固筒通常在拉索承受不平衡力作用前安 裝，以克服不平衡索力。具體可參考文獻《橋梁建設》2012年4期中的文章《漳州戰備大橋 主橋斜拉索設計》、《橋梁建設》2002年1期中的文章《漳州戰備大橋主橋斜拉索設計》、2013 年第4期《鐵道工程學報》的文章《津保矮塔斜拉橋空間分析研究》以及《世界橋梁》2012 年5期中的文章《拉薩市納金大橋橋塔節段足尺模型試驗研究》。
[0006] 然而，錨固筒在使用後也暴露出一些問題：1)筒內砂漿與裸露的鋼絞線粘結在一 起，拉索體系不可能進行單根鋼絞線的更換，經濟性不佳；2)錨固筒通過鞍座端部的錨板 將不平衡力傳遞至塔柱使塔柱表層區域局部受拉，錨板與塔柱的錨固存在拉拔疲勞效應； 3)可變作用下由於主梁下撓使拉索在近塔柱部位出現微小轉角，錨固筒限制了拉索自由轉 動，錨固筒與錨板的結合部、錨板與塔柱的錨固構造均將承受彎曲疲勞效應。因此，有學者 建議取消在鞍座以外還需設置灌漿型錨固筒的做法以簡化設計、施工和後期維護（可參見 2007年2期《東南大學學報（自然科學版）》的文章《矮塔斜拉橋索鞍區模型試驗及設計探 討》）。
[0007] 近年來國內研發了分絲管鞍座的機械抗滑裝置（如圖5所示）並已用於實橋（可 參見《橋梁建設》2012年6期中的文章《矮塔斜拉橋中交叉抗滑鍵的研究及應用》），採用鋼 絞線單側抗滑鍵鎖定、雙向交叉布置的型式實現拉索整體抗滑錨固，其構造簡單且可實現 單根鋼絞線的更換，克服了錨固筒構造的缺點。
[0008] 但採用抗滑鍵的鋼絞線拉索在安裝時仍然存在問題，該構造在施工時採用在單根 鋼絞線的單側（無抗滑鍵一側）施加超張拉力（超張拉係數小於3% )的形式壓緊抗滑鍵 (如圖6所示），塔柱每側各超張拉整束拉索中一半數量的鋼絞線。這種方法使每根鋼絞線 在塔柱兩側（鞍座和抗滑鍵以外）的內力不同，同一根鋼絞線出現不同的設計安全係數。從 整束拉索的某一斷面（鞍座和抗滑鍵以外）來看，每根鋼絞線的拉力不同，現場操作容易出 錯，施工監控人員難以界定整束索力偏差是否滿足要求。因此，很有必要改進以抗滑鍵作為 鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉方法，實現設計、施工及監控上的優化。
【發明內容】
[0009] 有鑑於現有技術的上述不足，本發明是提出一種能夠實現設計、施工及監控上優 化，使拉索在塔柱外側的索力相同、抗滑鍵與塔柱密貼且具備足夠壓力儲備的以抗滑鍵作 為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法。
[0010] 為實現上述目的，一種以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法，在 塔柱上穿設有以抗滑鍵作為鎖定裝置的拉索，每一根鋼絞線上均設置有一抗滑鍵，所述抗 滑鍵交錯設置在塔柱的兩側上，包括以下步驟：
[0011] 步驟一、單側超張拉力施加於在近塔柱側未布置抗滑鍵的拉索上。
[0012] 步驟二、塔柱單側的拉索在施工階段分別超張拉一半數量的鋼絞線。
[0013] 步驟三、每束拉索在張拉時應從位於中部的鋼絞線開始，然後逐次向外。
[0014] 步驟四、記每束拉索目標張拉索力為F。，鋼絞線數量為N，則每根鋼絞線在施工階 段的目標張拉索力f。= FyN。
[0015] 步驟五、每束拉索在張拉之前實測摩阻係數μ :將測試鋼絞線兩端裝好千斤頂並 配好傳感器，一端設為固定端，另一端張拉到施工索力，計算固定端與超張拉端的索力比值 得張拉效率係數Κ，由K = eT θ，結合測得拉索在塔柱內部的累計轉向角度Θ，可獲取摩阻 係數μ。
[0016] 步驟六、記每根鋼絞線的超張拉力為fk，則fk = fy(2K-l)。
[0017] 步驟七、每根鋼絞線在無抗滑鍵側先張拉，其張拉力需大於實測摩阻力，以保證抗 滑鍵緊貼著索鞍端面。
[0018] 步驟八、每根鋼絞線在有抗滑鍵側張拉時，無抗滑鍵側也須同時張拉，張拉過程中 始終保持無抗滑鍵側的張拉力大於有抗滑鍵側張拉力，兩側的差值為實測摩阻力的1?2 倍之間。
[0019] 步驟九、當每根鋼絞線在有抗滑鍵側張拉到監控目標張拉索力f。時，先錨固，然後 將無抗滑鍵側張拉到超張拉力f k再降到目標張拉索力f。，然後錨固，完成鋼絞線拉索的張 拉施工。
[0020] 較佳的，在完成所述步驟五後，進行所述步驟六前，還設置有一摩阻係數校核步 驟：調換施力方向，將此前的固定端張拉，超張拉端固定，反向測量並得出摩阻係數進 行校核，摩阻係數μ和的誤差小於〇.〇1則執行所述步驟六，否則重新測量摩阻係數 μ 和 μ ;。
[0021] 較佳的，所述步驟五選取每束拉索的第一、二根及最後一根鋼絞線的實測摩阻系 數作記錄。
[0022] 本發明的目標在於優化安裝方法，使拉索在塔柱外側的索力相同、抗滑鍵與塔柱 密貼且具備足夠的壓力儲備。下面對其計算理論基礎及關鍵設計方法進一步進行詳細論 述：
[0023] (1)計算理論基礎
[0024] 當鋼絞線拉索不平衡力作用可傳遞至機械抗滑裝置時，每根鋼絞線在鞍座內無法 達到平衡，即摩擦力方向全部背離不平衡力一側，拉索依靠在機械抗滑裝置處承受擠壓力 才能達到平衡。取機械抗滑裝置作為隔離體（如圖7所示），其受力狀態可用下式表述：
[0025] Fa+fm = Fbe_u θ (1)
[0026] 式中，Fa為懸臂施工階段或成橋階段鋼絞線的目標索力；fm為機械抗滑裝置承受 的擠壓力；F b為鋼絞線超張拉端的索力；μ為鋼絞線拉索在鞍座內的摩阻係數；Θ為拉索 在塔柱內部的累計轉向角度（rad)。
[0027] 對於工程設計來說，不希望與錨板密貼的抗滑裝置被拉出，設定如下標準以滿足 設計要求：
[0028] fm ^ y d Δ f (2)
[0029] 式中，Af為拉索受到的不平衡力作用；Yd為設計壓力儲備安全係數。
[0030] 取抗滑裝置作為隔離體，參考式（1)可得：
[0031] Fa+YdAf?彡 Fbe-"⑶
[0032] (2)關鍵設計方法
[0033] 考慮利用反向摩阻力消除拉索外露段過大的超張拉力，最大限度地控制鞍座兩側 出口處索力的差異並保證抗滑鍵不被拉出：
[0034] 1)先將無抗滑裝置側超張拉至Fk，有抗滑裝置側張拉至安裝索力Fa(F a〈Fk)，令抗 滑裝置（即抗滑鍵）受壓（壓力儲備為a且a彡YdAf)。
[0035] 2)再將無抗滑裝置側卸載至安裝索力Fb，然後錨固，利用卸載時的反向摩阻力在 抗滑裝置處保留適當的壓力儲備（如圖8所示）。參考式（3)，理論模型表述為式（4):
[0036] Fa+a = Fke_w θ (4)
[0037] 根據計算目標，令鞍座出口兩端索力相同，即Fb = Fa和f = 0,假定拉索超張拉側 卸載時的反向摩阻與正摩阻相同，壓力儲備可表示為式（5):
[0038] a = Fk(l-e_u θ) (5)
[0039] 將式（5)帶入式⑷可得式（6):
【權利要求】
1. 一種以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法，在塔柱上穿設有以抗滑 鍵作為鎖定裝置的拉索，每一根鋼絞線上均設置有一抗滑鍵，所述抗滑鍵交錯設置在塔柱 的兩側上，其特徵在於，包括以下步驟： 步驟一、單側超張拉力施加於在近塔柱側未布置抗滑鍵的拉索上； 步驟二、塔柱單側的拉索在施工階段分別超張拉一半數量的鋼絞線； 步驟三、每束拉索在張拉時應從位於中部的鋼絞線開始，然後逐次向外； 步驟四、記每束拉索目標張拉索力為F。，鋼絞線數量為N，則每根鋼絞線在施工階段的 目標張拉索力f。= FyN; 步驟五、每束拉索在張拉之前實測摩阻係數μ :將測試鋼絞線兩端裝好千斤頂並配好 傳感器，一端設為固定端，另一端張拉到施工索力，計算固定端與超張拉端的索力比值得張 拉效率係數Κ，由K = eT θ，結合測得拉索在塔柱內部的累計轉向角度Θ，可獲取摩阻係數 μ ； 步驟六、記每根鋼絞線的超張拉力為fk，則fk = fy(2K-i); 步驟七、每根鋼絞線在無抗滑鍵側先張拉，其張拉力需大於實測摩阻力，以保證抗滑鍵 緊貼著索鞍端面； 步驟八、每根鋼絞線在有抗滑鍵側張拉時，無抗滑鍵側也須同時張拉，張拉過程中始終 保持無抗滑鍵側的張拉力大於有抗滑鍵側張拉力，兩側的差值為實測摩阻力的1?2倍之 間； 步驟九、當每根鋼絞線在有抗滑鍵側張拉到監控目標張拉索力f。時，先錨固，然後將無 抗滑鍵側張拉到超張拉力fk再降到目標張拉索力f。，然後錨固，完成鋼絞線拉索的張拉施 工。
2. 如權利要求1所述的以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法，其特徵 在於：在完成所述步驟五後，進行所述步驟六前，還設置有一摩阻係數校核步驟：調換施力 方向，將此前的固定端張拉，超張拉端固定，反向測量並得出摩阻係數μ '進行校核，摩阻 係數μ和的誤差小於0.01則執行所述步驟六，否則重新測量摩阻係數μ和。
3. 如權利要求1或2所述的以抗滑鍵作為鎖定裝置的鋼絞線拉索的張拉施工方法，其 特徵在於：所述步驟五選取每束拉索的第一、二根及最後一根鋼絞線的實測摩阻係數作記 錄。
【文檔編號】E01D11/04GK104099874SQ201410363165
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】胡方健, 黃錦源, 陸元春, 張曉松, 何飛 申請人:上海市城市建設設計研究總院