关键词 分离式 扣、锚索 塔顶锚固结构 设计 施工
1. 工程技术背景
采用斜拉扣挂法是目前应用于大跨度拱桥无支架施工比较普遍的一种施工方法，其主要方法是主要是利用吊机逐段吊装拱段，随着拱段吊装利用扣、锚索系统对已架拱段进行逐段悬挂固定和标高调节，直至合龙。传统的扣、锚索系统中大部分均将扣、锚索独立设置，扣索和锚索的一端分别锚固在拱段前端的吊点和后锚碇处，另一端均锚固在扣索塔架顶顺桥向布置的张拉锚梁两端（若扣、锚索为一体，则为索鞍处）。
对于独立设置的扣、锚索，由于多根扣索在拱段上的锚点位置各不相同，而与之相对应的各根锚索均锚固在同一个锚碇上，在每组扣、锚索水平分力相等的前提下，势必造成扣、锚索竖向分力不相等，由于扣索在张拉锚梁的锚点和锚索在张拉锚梁的锚点均不与扣索塔架中心重合，则在张拉锚梁将对扣索塔架顶的竖向合力将偏离扣索塔架中心从而产生较大的偏心弯矩，对扣索塔架的设计造成困难；与此同时，对于采用一体式的扣、锚索，在扣索塔架顶通过索鞍的位置扣、锚索索力相等，但是由于扣、锚索倾角不相等，势必造成索鞍对扣索塔架顶作用固有的不平衡水平力。对于大跨度拱桥的无支架施工方法，扣索塔架高度随拱圈跨度的增加而增加，因此过大的塔顶不平衡水平力和偏心弯矩对扣索塔架的设计影响巨大。
本文以某大跨度拱桥的扣锚索塔顶锚固结构为背景，从构造措施方面对以往扣、锚索塔顶张拉锚固系统进行改进，结构受力明确合理、荷载传递均匀，有效改善扣塔结构的受力状态，而且施工方便。
2. 工程概况
某大桥全长682m，主跨为净跨400m的钢箱桁架上承式拱桥，主拱净矢高80m，矢跨比1/5，拱轴系数m＝1.9，桥式布置见图1。
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图1 桥式布置图（单位：cm）
拱圈安装采用扣、锚索系统配合缆索吊装系统进行节段拼装的施工方法。为了节省塔架材料，因地制宜的将扣索塔架布置在交界墩顶，扣索塔架底部固结在交界墩顶部，同时将缆塔布置在扣索塔架顶部，扣塔和缆塔之间采用铰连接。扣索塔架净高33.2m，到交界墩底部总高114.351m，扣塔及扣、锚索布置见图2。
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图2 扣塔及扣、锚索布置图（单位：cm）
本桥扣索塔架顶部采用的分离式扣、锚索横向锚固构造具有如下特点：
（1）在扣索塔架顶设置强大的顺桥向分配梁体系，保证横向张拉锚梁的反力均匀的传递至扣索塔架。
（2）横向张拉锚梁具备足够的强度和刚度以满足扣、锚索锚固的要求。
（3）扣、锚索的锚点对称均匀分布在横向张拉锚梁中心两侧。
分离式扣、锚索横向锚固构造的细部特征见图3。
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图3 扣、锚索塔顶横向锚固构造图
3. 总体设计
3.1 扣索塔架荷载分析
扣索塔架承受的荷载主要是由以下几部分组成：
（1）、扣索塔架及其各部件的自重。
（2）、缆塔传递至扣索塔架顶部的荷载。
（3）、扣、锚索锚固所产生的荷载。
（4）、风荷载。
（5）、施工时的人群及机具荷载等。
其中（1）为固有荷载，（2）在构件设计时已按荷载最优化设计，（4）和（5）为按照相关规范及经验取值数据，以上几部分荷载都已无优化余地。只有（3）与扣、锚索的锚固构造有关。
3.2 扣、锚索锚固对扣索塔架所产生的荷载分析
现将两种最常见的扣、锚索锚固构造措施和本文提出的锚固构造措施进行受力分析对比。设扣索力为Nk（水平分力为Nkh，竖向分力为Nkv），锚索力为Nm（水平分力为Nmh，竖向分力为Nmv）,则对于张拉锚梁：
3.2.1 分离式扣、锚索纵向张拉锚固构造
采用分离式扣、锚索纵向张拉锚固构造的扣索塔架顶部承受竖向力和偏心力矩，受力计算图示见图4。
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图4 分离式扣、锚索纵向张拉锚固构造受力计算图示
3.2.2 一体式扣、锚索的索鞍转向构造
采用一体式扣、锚索的索鞍转向构造的扣索塔架顶部承受竖向力和不平衡水平力，受力计算图示见图5。
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图5 一体式扣、锚索的索鞍转向构造构造受力计算图示
3.2.3 本文所采用的分离式扣、锚索横向张拉锚固构造
采用分离式扣、锚索横向张拉锚固构造的扣索塔架顶部只承受竖向力，不承受不平衡水平力和偏心弯矩，受力计算图示见图6。
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图6 分离式扣、锚索横向张拉锚固构造受力计算图示
综合以上三种张拉锚固构造对扣索塔架所产生的荷载分析，可知采用分离式扣、锚索横向张拉锚固构造能有效避免扣、锚索锚固对扣索塔架顶部产生的不平衡水平力和偏心弯矩，从而在极大程度上减小扣索塔架的设计荷载，为扣索塔架设计带来便利。
4. 结构设计
采用分离式扣、锚索横向张拉锚固构造所需的横向张拉锚梁应能同时承受水平和竖向的较大弯矩，因此横向张拉锚梁采用箱型截面。同时为了便于扣、锚索张拉及锚固，在箱型梁对应扣、锚索位置设置张拉锚座。本桥所采用的横向张拉锚梁及张拉锚座构造见图7。
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图7 横向张拉锚梁构造
为了将张拉锚梁所承受的力均匀传递至扣索塔架顶，本桥采用的由水平纵梁和斜撑组成的K型纵向分配梁体系，构造见图8。
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图8 K型纵向分配梁体系构造
5. 施工要点
在拱段吊装过程中，根据计算得出各拱段悬挂所需的扣索索力，按照扣索塔架无水平力的原则取各组扣、锚索水平分力，依据扣、锚索的实际布置位置，即可计算得到各根锚索所需的索力，并以此指导扣、锚索张拉。有以下几点需注意：
（1）扣、锚索张拉前需按照扣、锚索水平分力相等的原则，对张拉索力进行分级。
（2）扣、锚索张拉应同步进行，采用千斤顶和伸长量双控制，伸长量控制为主。
（3）为了防止锚固损失对平衡张拉的影响，应酌情对进行超张拉。
（4）张拉过程中应对扣索塔架的塔顶水平位移进行连续观测，若出现较大水平位移应立即停止张拉，查明原因后方可继续。
6. 结语
本文所述的扣锚索塔顶锚固结构从构造措施方面对以往扣、锚索塔顶张拉锚固系统进行改进，结构新颖、布置合理，能极大程度上减小扣索塔架的设计荷载，结构受力明确合理、荷载传递均匀、、安全可靠。实践证明，扣锚索塔顶锚固结构具有良好的适用性，施工便捷，可供今后类似工程借鉴和参考。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》（JTGTF50-2011）.人民交通出版社, 2011
[2] 中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）.人民交通出版社, 2015
[3] 《钢结构设计手册》编辑委员会.《钢结构设计手册》（上册）.（第三版）.中国建筑工业出版社,2004
论文作者: 戴勇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：锚固论文; 荷载论文; 塔顶论文; 横向论文; 弯矩论文; 受力论文; 结构论文; 《工程管理前沿》2020年第4期论文;