摘要：介紹拉薩納金大橋斜拉索錨索索鞍模型試驗(yàn)過程，對(duì)索鞍模型力學(xué)模擬和受力分析，提出試驗(yàn)結(jié)論和分析，對(duì)主塔及拉索設(shè)計(jì)和施工提出建設(shè)性建議。
　　 關(guān)鍵詞：納金大橋論文；索鞍模型試驗(yàn)論文；受力
　　 1、工程背景
　　 拉薩市納金大橋工程主橋?yàn)榭鐝剑?0+117+117+70）m的三塔矮塔斜拉橋，如圖1-1所示。橋?qū)挘?4m。該橋按城市主干道I級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度采用60km/h，設(shè)計(jì)汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)采用公路I級(jí)。該橋目前在建設(shè)中論文。
　　 主橋橫向單塔，布置在中分帶，索塔順橋向采用變截面，塔形由兩道圓弧相切形成，橫橋向?yàn)?.5m等寬截面。主塔從橋面以上塔高為17.7m，橋面以上受力部位塔高為15.7m。索塔采用C50混凝土實(shí)心斷面，順橋向?qū)挾葹?.243m～5.50m；橫橋向?qū)挾葹?.5m。拉索在塔上采用扇形布置，每個(gè)索塔共錨固7對(duì)拉索，拉索與塔柱中心交點(diǎn)間距按1m的等距布置。邊中跨的索對(duì)稱于主塔布置。塔上拉索采用鞍座形式通過，每根索對(duì)應(yīng)1個(gè)鞍座，鞍座的設(shè)計(jì)考慮換索的需要，位于塔兩側(cè)拉索出口處設(shè)置錨固裝置，克服運(yùn)營階段索的不平衡拉力。
　　 斜拉索參照OVM250AT系列矮塔斜拉索體系設(shè)計(jì)，采用OVM250AT-43，OVM250AT-37兩種型號(hào)。該拉索分別由43、37根7φ5的鋼絞線組成。OVM250AT-43拉索由錨固段+過渡段+自由段+抗滑錨固段+塔柱內(nèi)索鞍段構(gòu)成。鞍座采用分絲管，索鞍分散、均勻傳遞荷載作用。索體采用Фs15.2環(huán)氧樹脂涂層預(yù)應(yīng)力鋼絞線，具有多層防護(hù)結(jié)構(gòu)。在拉索和梁段、塔端的連接處采用了全防水結(jié)構(gòu)裝置。斜拉索從塔上鞍座中連續(xù)穿過，兩端錨固在梁體內(nèi)，所有索鞍半徑均為2.5m，施工時(shí)，在梁內(nèi)對(duì)稱一次性張拉到位。
　　 由于本橋分絲管鞍座采用圓錐半徑2.5m，目前已建工程中采用的最小半徑為2.8m，為進(jìn)一步加以研究改進(jìn)，需要對(duì)索鞍受力進(jìn)行精確分析，對(duì)鞍座進(jìn)行足尺模型試驗(yàn)。
　　 2、試驗(yàn)過程論文
　　 2.1鞍座節(jié)段模型設(shè)計(jì)
　　 依據(jù)相似理論對(duì)主塔鞍座處節(jié)段進(jìn)行模擬，采用幾何相似、物理相似以及邊界條件相似設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br /> 　　 主塔鞍座節(jié)段模型采用1:1比例設(shè)計(jì)。模型截面取主塔高2m，橫向?qū)?.5m，縱向長2.326m，斜拉索采用實(shí)橋索力最大斜拉索1號(hào)（43φs15.2），模型上布置2個(gè)2-43φs15.2的轉(zhuǎn)向器（鞍座），斜拉索采用環(huán)氧涂層鋼絞線；模型混凝土強(qiáng)度為C50級(jí)，鋼筋采用HRB335，按實(shí)橋布置。主要參數(shù)：斜拉索：2-43φs15.2；斜拉角：19.23°；索鞍圓管彎曲半徑：R=250cm。
　　 2.2加載臺(tái)座設(shè)計(jì)論文
　　 由于實(shí)橋斜拉索錨固在主梁上，而模型僅截取主塔高度2m，因此試驗(yàn)需設(shè)計(jì)專門反力臺(tái)座，將模型支撐在反力臺(tái)座上。模型臺(tái)座采用倒梯形梁，梁高3.67m，縱向長10.6m，寬3m。試驗(yàn)加載采用的千斤頂最大張拉噸位需滿足試驗(yàn)荷載要求，安裝在臺(tái)座兩側(cè)下部，千斤頂后面安裝高精度傳感器，試驗(yàn)前在試驗(yàn)機(jī)上對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，整個(gè)體系可使加載索力值準(zhǔn)確可靠，試驗(yàn)過程中索力值穩(wěn)定性得到很好控制。
　　 2.3加載臺(tái)座Ansys分析受力計(jì)算結(jié)果
　　 根據(jù)臺(tái)座的設(shè)計(jì)，采用ANSYS中的實(shí)體單元構(gòu)造反力臺(tái)座模型，斜拉索索力采用外力的方式施加到模型及臺(tái)座上，在臺(tái)座每個(gè)錨墊板上施加壓力710t（約設(shè)計(jì)荷載的1.2倍），模擬模型內(nèi)部斜拉索對(duì)模型的徑向壓力論文。
　　 分析對(duì)象主要包括：1）先對(duì)素混凝土臺(tái)座斜拉索張拉過程進(jìn)行分析，根據(jù)臺(tái)座應(yīng)力情況配置預(yù)應(yīng)力鋼束及普通鋼筋；2）實(shí)驗(yàn)過程包括臺(tái)座澆筑完成后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束及張拉斜拉索兩個(gè)過程，因此需對(duì)臺(tái)座上張拉預(yù)應(yīng)力及張拉斜拉索這兩個(gè)工況分別進(jìn)行模擬計(jì)算。
　　 2.3.1工況1：臺(tái)座上張拉預(yù)應(yīng)力論文
　　 對(duì)臺(tái)座澆筑完成后張拉預(yù)應(yīng)力過程進(jìn)行模擬計(jì)算，預(yù)應(yīng)力用節(jié)點(diǎn)集中力代替。加載臺(tái)座水平、豎直及主拉應(yīng)力方向應(yīng)力如圖所示，（單位為Mpa，拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)）。
　　 
　　 結(jié)果表明，1）臺(tái)座梁頂水平向最大正應(yīng)力出現(xiàn)在尖角處，值為2.4636Mpa；梁底水平向最小正壓應(yīng)力為-5.9515Mpa；2）臺(tái)座豎向最大拉正應(yīng)力分布在側(cè)面，最大值為5.891Mpa；3）臺(tái)座梁頂最大主拉應(yīng)力為3.2207Mpa，出現(xiàn)在尖角應(yīng)力集中處，多數(shù)應(yīng)力值范圍在0.8~1.5Mpa；除底部約束處出現(xiàn)的應(yīng)力之中（最大主拉應(yīng)力為7.88Mpa）外，主拉應(yīng)力多小于0.2Mpa。
　　 2.3.2工況2：預(yù)應(yīng)力張拉完成后張拉斜拉索
　　 臺(tái)座底部預(yù)應(yīng)力張拉完成后，張拉斜拉索并錨固。在這個(gè)階段，加載臺(tái)座水平、豎直及主拉應(yīng)力方向應(yīng)力也可以由圖明確顯示。
　　 結(jié)果表明，1）臺(tái)座梁底水平向最大正應(yīng)力為1.335Mpa；2）臺(tái)座豎向較大正應(yīng)力分布在錨墊板下方，最大值為11.797Mpa；3）主拉應(yīng)力出現(xiàn)在錨墊板下方，應(yīng)力范圍在9~13Mpa，錨墊板上方處存在應(yīng)力集中，最大值為22.63Mpa；臺(tái)座底部的最大主拉應(yīng)力值為1.335Mpa。
　　 3結(jié)論
　　 （1）依據(jù)相似理論對(duì)主塔鞍座處節(jié)段設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停�根�?jù)節(jié)段模型設(shè)計(jì)了加載臺(tái)座。先通過ANSYS模型對(duì)加載臺(tái)座進(jìn)行力學(xué)分析，再結(jié)合手算為臺(tái)座進(jìn)行縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，最后決定在臺(tái)座梁底部沿縱向增加3層共42根φ32預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，以抵抗試驗(yàn)?zāi)Ｐ托崩�索張拉時(shí)臺(tái)座梁底部可能出現(xiàn)的拉應(yīng)力；
　　 （2）建立ansys實(shí)體模型進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，通過應(yīng)力云圖考察某個(gè)管道拉索豎向分力對(duì)相鄰管道橫向應(yīng)力的影響以及某一節(jié)段受到上部傳來的最大豎向力的影響，由于相鄰管道間的影響較小，故試驗(yàn)時(shí)可以選取單個(gè)節(jié)段考察橫向劈裂應(yīng)力。
　　 （3）納金大橋橋塔鞍座單根斜拉索最大加載值為設(shè)計(jì)荷載593噸時(shí)，對(duì)每級(jí)荷載下各點(diǎn)應(yīng)變進(jìn)行分析比較，荷載增量與應(yīng)變變化基本成線性關(guān)系，表明結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載下各點(diǎn)處于線彈性工作范圍：在1.2倍的設(shè)計(jì)荷載下，鞍座主塔混凝土表面沒有出現(xiàn)裂紋。
　　 （4）在單根斜拉索最大加載值為710噸時(shí)，最大豎向壓應(yīng)力疊加增量后約為4.8MPa；最大橫向劈裂應(yīng)力疊加增量后約為1.5MPa，分別小于混凝土的極限抗壓強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度，說明鞍座下索塔內(nèi)部混凝土拉應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。大部分應(yīng)變片讀數(shù)均沒有出現(xiàn)突出或者異常變化的情況，表明在1.2倍設(shè)計(jì)荷載下，主塔受力是安全可靠的。
　　 4、建議
　　 （1）預(yù)應(yīng)力鋼筋布置
　　 對(duì)于在斜拉索錨下的較大拉應(yīng)力，需要配置錨下抗裂鋼筋，預(yù)防混凝土開裂。建議通過計(jì)算，在梁底部沿縱向增加3層共42根φ32預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，每根張拉40t預(yù)應(yīng)力，以抵抗斜拉索張拉時(shí)梁底部可能出現(xiàn)的拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力布置端錨布置見圖4-1。
　　 
　　 圖4-1預(yù)應(yīng)力錨固端頭布置圖
　　 （2）鋼筋布置
　　 鋼筋外側(cè)豎向主筋采用φ32，內(nèi)側(cè)豎向主筋采用φ25，間距10cm；箍筋及拉筋采用φ16，豎向間距20cm。
　　 （3）雖然該模型試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求，但此結(jié)果在很大程度上反映模型試驗(yàn)本身特點(diǎn)，現(xiàn)場實(shí)橋施工時(shí)仍然要引起高度重視；如要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)向鞍的加工精度，條件允許情況下可加設(shè)勁性骨架來保證施工中轉(zhuǎn)向鞍的精確定位。
　　 （4）主塔鋼筋較密，應(yīng)保證施工時(shí)混凝土澆注的密實(shí)性；在鞍座以內(nèi)部分鋼絞線要保證PE管完好，且PE管外嚴(yán)禁油物污染。
　　 （5）在進(jìn)入主梁施工時(shí)，一定要保證兩側(cè)對(duì)稱同步施工，尤其要控制施工臨時(shí)荷載，不可隨意堆放。
　　 （6）實(shí)橋鋼絞線比模型鋼絞線要長得多，當(dāng)鋼絞線穿索困難時(shí)，嚴(yán)禁在其上面涂抹黃油等可能降低拉索與分絲管摩阻的潤滑物。抗滑錨內(nèi)鋼絞線在剝?nèi)�PE管后，一定要將表面油污清洗干凈。
　　 （7）從試驗(yàn)情況分析主塔混凝土受力是安全可靠的，但畢竟索鞍半徑較小，受力復(fù)雜，拉薩地區(qū)制造混凝土的原材料質(zhì)量上或級(jí)配上存在很大的不穩(wěn)定性，加之拉薩高海拔地區(qū)氣候獨(dú)特，晝夜溫差大、日照時(shí)間長、地震頻率高，因此主塔建議采用特殊配合比的高性能混凝土。
　　 （8）從設(shè)計(jì)拉索體系分析，專家對(duì)材料的抗疲勞、抗氧化、抗日照性能已經(jīng)充分給以考慮，但可以想象：混凝土性能設(shè)計(jì)如果達(dá)不到理想的效果對(duì)拉索同樣是一種缺陷。