拉索或吊杆的横向锚固方案探讨

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* @: O' u6 c0 B7 D2 [& m% Q1 序言        在桥梁设计中经常遇到，斜拉索、吊杆和主梁锚固的问题。尤其是铁路桥梁的设计中，由于铁路活载比较大，有的工程师要求铁路斜拉桥的斜拉索或拱桥吊杆的锚固一定要对中腹板的中心线，以便减小斜拉索或吊杆的轴力引起的横向弯矩，保证桥梁安全。似乎只有对中腹板锚固才是唯一的办法，稍有偏心便被认为是不成立的方案。
& l2 I4 z, Z$ r7 A　　实际上铁路桥梁的斜拉索或吊杆锚固位置需要综合考虑，不一定非要对中腹板的中心线。历史证明无论是偏心锚固重载铁路斜拉桥和高速铁路拱桥，只要重视该位置的构造和计算，都未见因为锚固点的部分偏心而出现问题的报道，以下的几座桥梁中，有的笔者也去现场考察过几座，未见锚固处有裂纹。
4 O4 }" @* e5 I1 {" b5 r        如果非要要求对中腹板中心线锚固，有时会导致箱梁截面的加宽，总的材料数量增加，造价增加。而且有时斜拉索或吊杆锚固处根本就没有腹板，单独增加一道锚固腹板得不偿失!
         因此综合对比，选择合适的锚固点才是解决问题的好途径。
& ?. `" d+ I- ?( A3 }        下面笔者先举几个铁路或公铁合建桥梁偏心锚固的例子，说明合适的偏心锚固是成立的，而且对于分体式箱梁结构锚固在横梁上也是合理可靠的。
        另外对一座铁路部分斜拉桥采用对中腹板锚固和设置牛腿对腹板偏心锚固进行简单的概念设计。


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2 几座采用偏心锚固的铁路桥和公铁合建桥
+ B6 Z: G6 W% s& q. t$ ^' \1）        A桥 （某重载铁路的公铁合建桥）         本桥承载4车道公路，单线重载铁路。这条铁路的目的主要是运输矿石，所以按照重载铁路设计，设计活载为10.4t/m，轴重33.5t。斜拉索索距大致20.0m，桥梁于1978年建成通车。由于单线重载铁路布置在一侧，桥梁的扭转效应明显，故钢轨设置了预超高。两侧的斜拉索在钢箱梁的腹板上伸出牛腿偏心锚固，而且铁路侧的斜拉索采用两根斜拉索并索。这座桥由于建成年代久远，当时的斜拉索采用灌注水泥浆保护。在2000年有一根斜拉索断裂，但是迄今为止没有发现偏心锚固处出现病害。



图 1 A桥总体布置


' r: ]  c# N5 V$ A- C/ K图 2 A桥的主梁截面


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5 e9 O0 S1 k0 f7 u7 K. A+ e! r图 3 建成后的A桥照片
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4 w8 h7 F* N& y" t+ q9 I. e/ ~% u2）        B桥 (某高速铁路拱桥)该桥的主桥为160+160+160m的单片拱肋系杆拱桥，主梁为连续结构。桥面宽度16.05m，承载两线高速铁路，设计速度目标值250km/h。采用有咋轨道。单拱肋采用钢箱结构，主梁采用钢-砼结合梁。吊杆锚固在钢-砼结合梁的中间。该桥2009年建成通车，至今未发现吊杆锚固钢结构的病害，而且本桥的计算书明确写明本桥的设计寿命100年，吊杆锚固钢结构疲劳检算按照100年检算。
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图 4 B建成后的照片



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! [+ m; @5 a% K9 F. f& ]6 B' P图 5 B桥的主梁截面

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图 6 施工中的B桥
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3）        某客货共线铁路拱桥承载双线客货共线铁路，为系杆拱桥，主跨91.5m。系杆采用槽型梁，主拱肋为提篮拱。吊杆采用偏心的牛腿锚固在钢槽型梁上。而且拱肋也偏心与钢槽型主梁锚固，这样可以节约桥梁的横向宽度。该桥虽然承载双线铁路，但是钢槽型梁的宽度只有12.19m，源于钢拱肋与主梁的偏心连接。


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* f# ]# I. T, o0 D* X4 p图 7建成后的照片


  I1 x7 D8 G% O; V图 8 吊杆和槽型主梁的偏心锚固


' Z* d5 W; g! d! w& T3 d1 r图 9 箱型拱肋和槽型主梁的偏心锚固（减小了主梁的宽度）
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( d$ @/ e2 H/ ?1 |( o' y4）        某分体式箱梁的公轨合建斜拉桥主桥为主跨240m的独塔斜拉桥，桥梁承载2线轨道交通，8车道公路，外加非机动车道，主梁采用三分箱的分体式箱梁。中间箱梁承载2线轻轨铁路，旁边的两个箱梁承载公路和非机动车道。斜拉索锚固在三个箱梁之间的横梁上，大大减小了箱梁的跨度。
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2 W1 i; V0 Y, N图10 桥梁总体布置


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3 i% V, P; |7 O% m7 C! l8 L图11 主梁横截面设计图


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图12 桥塔一般布置


; q/ o3 Q. t; J9 |图13 主梁和桥塔锚固图
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图14 现场施工照片

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5 z; H( }7 J3 h: C1 p- b本桥预计2019年建成通车。
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! S  J* J2 P4 q2 p本桥的方案也有中铁二院桥梁工程师们的贡献。中铁二院的部分桥梁工程师参与提出三分箱公铁平层合建的主梁截面。2015年底，又在公铁平层合建的三分箱主梁的基础上发明了公铁错层布置的三分箱主梁截面，提高箱梁截面公铁合建桥的总体刚度，减小梁端转角的方法。后来这两项为箱型主梁公铁合建斜拉桥开发的技术都获得国家发明专利。有的专利已经用于多座公铁合建斜拉桥。
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后来这些工程师们又在公铁错层合建的基础上，发明了新的公铁双层合建。
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其实斜拉索或吊杆偏心锚固的铁路桥，公铁合建桥非常多，不胜枚举。
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3 某铁路矮塔斜拉桥采用对中腹板锚固和采用偏心锚固的分析某铁路矮塔斜拉桥，跨度大约200m，承载双线普通铁路，设计速度160km/h。
1）让斜拉索中心线对中腹板中心线的设计方案，如图19a)所示。
为了让斜拉索的锚固点对中箱梁的腹板中心线，将箱梁的底板宽度从8.6m左右加宽到到10.75m，另外因为腹板间距过大而不得不增加中间腹板，使箱梁形成三腹板。使得该桥每平方米的混凝土用量达到2.6立方米。
+ r3 G- Y( ~% ~+ j* g! l3 e( P# ]% e         另外由于斜拉索的中心线对中了腹板中心线，与施工过程中挂篮纵向走行位置冲突，不得不采用在挂篮前行后，再浇筑斜拉桥锚固块，这样增加了施工阶段的预应力的数量，增加了施工难度，延迟了施工周期。另外由于矮塔斜拉桥的主梁很高，而斜拉索的竖向夹角比较小。因此斜拉索全部穿过腹板锚固在腹板底部基本是不可能的，要在主梁以上设置大型的混凝土锚固块。         另外从景观上看，箱梁几乎成为没有任何悬臂的矩形截面，另外在箱梁的顶面需要设置巨大的混凝土锚块，因为要在锚块的侧面张拉，千斤顶张拉张拉受到桥面板的约束，因此锚块的高度要比锚固在腹板侧面高的多。建筑师对此种矩形截面的外形非常反感，认为大大损伤了桥梁景观。2） 采用斜拉索偏心锚固的方案，如图19b)所示。
& {, a/ Y4 U$ B: ^& T$ \. A       如果采用偏心锚固的方案，可以采用图式截面，在斜拉索锚固处设置牛腿和横向预应力或者多配置普通钢筋控制裂缝宽度，均可以成立，而且可以提高本桥的经济性，并加快施工速度，并且能改变桥梁的景观。
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5 s! v. P9 N3 d0 }图 15 两种设计方案的主梁横截面
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图15b所示的不对中腹板中心线锚固的方式在国内外多座拱桥和斜拉桥中采用。
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8 a4 q" V* K& f9 B' [8 a( ^5 e# N4 结论        铁路桥梁虽然活载较大，斜拉索或吊杆的锚固位置需要统筹考虑，但不一定非要采用对中腹板中心线的方式锚固。国内外诸多工程实践表明采用有一定偏心的牛腿或者横梁锚固都是可行的。具体情况具体分析，选择总体上最合适的方案。        如果机械教条地强行采用对中腹板中心线的方式锚固，也许会导致不经济，施工速度慢，而且景观差的桥梁。
9 n$ x8 T. L- e! Q' F本文转自美篇——深海鱼

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资料很好，图文并茂。

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好文章