江陰長(zhǎng)江大橋國(guó)內(nèi)外橋發(fā)展橋未來(lái)發(fā)展(編輯修改稿)
2024-07-19 18:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 大的想法。有些專著的作者也以為“從總體受力角度要求邊跨與主跨的主纜水平分力在塔頂處互相干衡，這要通過邊跨與中跨的主纜在塔頂兩側(cè)的夾角盡量相近來(lái)保證。”因此，如果不受地形制約，邊跨跨度就應(yīng)該根據(jù)這個(gè)原則來(lái)確定。實(shí)際上，這種設(shè)計(jì)原則是值得商榷的。懸索橋的主纜由中纜和邊纜組成。對(duì)于大多數(shù)懸索橋來(lái)說(shuō)，不論單跨還是三跨，中跨的跨越能力都是倍受關(guān)注的。由于懸索橋的主要承重構(gòu)件是主纜，因此，中跨的跨越能力是由中纜的強(qiáng)度和剛度來(lái)決定的。而中纜是由索塔和邊纜所組成的結(jié)構(gòu)來(lái)支承的，支承的剛度也就支配了中纜的剛度。在索塔和邊纜所組成的支承結(jié)構(gòu)中，邊纜又起著主導(dǎo)作用，邊纜的剛度直接影響索塔的受力，也影響中纜的剛度，因此，邊纜的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，不可忽視。實(shí)際上，這和三跨連續(xù)梁的邊跨對(duì)中跨的作用以及斜拉橋的背索和輔助墩對(duì)中跨的作用的道理是一樣，都是以提高邊跨對(duì)中跨的支承作用來(lái)加強(qiáng)中跨的剛度和跨越能力的。實(shí)踐證明，有意識(shí)縮短懸索橋的邊跨跨度可有效改善索塔受力，節(jié)省主纜鋼絲用量，提高整橋剛度。如果，再配合使用增加邊纜索股的做法來(lái)避免因邊纜纜力增大帶來(lái)中纜鋼絲用量增加，則可進(jìn)一步節(jié)省鋼絲用量。2．主纜垂跨比選用 主纜垂跨比是主纜線形設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要指標(biāo)。它影響纜力，從而影響鋼絲用量；影響水平拉力，從而影響錨碇。此外還影響橋梁的整體剛度、塔高和吊索長(zhǎng)度。綜合考慮這些因素，江陰橋采用的主纜垂跨比為1：10．5。由于爬模技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)論是鋼塔還是混凝土塔，增加塔高都不是難題，因此在滿足橋梁的整體剛度的前提下，增大垂跨比有利于節(jié)省鋼絲用量和減小錨碇尺寸。大跨懸索橋具有足夠的重力剛度，可以采用較大的垂跨比。大帶東橋跨度1624m，重力剛度大，大膽地采用1／9 垂跨比，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。江陰橋跨度較大帶東橋小，加勁梁也較輕，重力剛度遠(yuǎn)不如大帶東橋大。加之，我國(guó)現(xiàn)行橋規(guī)，對(duì)懸索橋剛度要求過于苛刻，即使采用1：10．5 的垂跨比，實(shí)際的撓度值已超出橋規(guī)的允許范圍。 按橋規(guī)對(duì)懸索橋的規(guī)定：荷載在同一橋跨內(nèi)移動(dòng)所產(chǎn)生的正負(fù)撓度絕對(duì)值之和應(yīng)不超過跨度的1：400。江陰橋在6 車道荷載作用下，正撓度3．33m，負(fù)撓度1．85m，疊加為5．18m，僅為跨度的l／267。如果只考慮單向撓度也只達(dá)跨度的1／416。這里需要討論的是現(xiàn)行橋規(guī)懸索橋撓度規(guī)定對(duì)特大跨度懸索橋的合理性。如能放寬，可使我國(guó)懸索橋設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)、合理。3．主纜索股錨頭型式 江陰橋?yàn)榕浜下輻U式錨固系統(tǒng)，采用帶錨板的主纜索股錨頭。由于第一次設(shè)計(jì)這種形式的錨頭，缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，為謹(jǐn)慎計(jì)，考慮到索股安裝時(shí)錨板容易轉(zhuǎn)動(dòng)，便于孔眼與螺桿對(duì)準(zhǔn)，將錨板與錨頭分開。這樣做還使得錨板與錨杯有可能采用不同的材料，錨杯使用鑄鋼，滿足復(fù)雜的形狀需要；錨板則使用鍛鋼，以滿足復(fù)雜的受力要求。從索股安裝實(shí)踐看，前者的考慮似乎沒有必要；而后者只要適當(dāng)調(diào)整錨板尺寸，錨板與錨杯使用同樣的鑄鋼也有可能。如將錨板與錨杯做成一體，還可節(jié)省錨頭長(zhǎng)度，減輕重量，節(jié)省材料，并可避免錨板刮傷鋼絲。豐都大橋與海滄大橋的實(shí)踐都證明了這一點(diǎn)。盡管這兩座橋索股都是91絲的，對(duì)127 絲的索股，做些改正也應(yīng)該是可行的。 圖l 帶錨板主纜索股錨頭 1索股；2錨板；3錨杯4．主纜安全系數(shù)取用 。懸索橋驗(yàn)算安全系數(shù)時(shí)，一般都是考慮各鋼絲均勻受力的，并未考慮局部彎曲等因素所產(chǎn)生的“次應(yīng)力”。如果認(rèn)真分析一下主纜的次應(yīng)力，其數(shù)值是相當(dāng)可觀的。 的安全系似有必要，再說(shuō)主纜是懸索橋的主要受力構(gòu)件，它在橋梁的整個(gè)使用期中是不能更換的永久性構(gòu)性，需要確保萬(wàn)無(wú)一失。，至今日本所建造的懸索橋大多數(shù)也采用這個(gè)數(shù)值，這是問題的一個(gè)方面。然而另一方面，主纜安全系數(shù)又直接影響主纜的“效率系數(shù)。在影響主纜效率系數(shù)的鋼絲強(qiáng)度、垂跨比以及安全系數(shù)三大要素中，鋼絲強(qiáng)度的提高是需要付出代價(jià)的；垂跨比的增大有時(shí)受整橋剛度等制約；唯獨(dú)安全系數(shù)的降低卻是免費(fèi)的，跨徑愈大其效益越是可觀。在當(dāng)今11 座千米以上的懸索橋中，有6 。英國(guó)自建造塞文橋以來(lái)，隨后的博斯普魯斯兩座橋、。值得重視的是明石大橋，加之使用l800MPa的超強(qiáng)鋼絲，遙遙領(lǐng)先于其他大橋。更值得注意的是大帶東橋，是目前各懸索橋中最低的。加之采用l／9大垂跨比，盡管仍使用l570MPa強(qiáng)度的鋼絲，主纜效率系數(shù)仍能達(dá)到0．80。這些大橋之所以敢于采用這樣低的安全系數(shù)，是出于以下考慮：由于大跨懸索橋的恒載占85％以上，恒載的計(jì)算是可以很準(zhǔn)確的，而且在橋梁使用期中超載的可能性較小，沒有必要與活載采用同樣的安全系數(shù)。如果將恒、活載分別考慮，活載超載系數(shù)取3， 的材料安全系數(shù)，綜合的名義安全系數(shù)也只是2。，因?yàn)樵O(shè)計(jì)上所取的鋼絲強(qiáng)度是實(shí)際鋼絲強(qiáng)度的下降，實(shí)際鋼絲強(qiáng)度有變化幅度，其平均強(qiáng)度總是較下限大，安全度相當(dāng)富裕。5．主纜鋼絲性能指標(biāo)規(guī)定 江陰橋主纜鋼絲性能指標(biāo)需要反思的是強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)和直線性指標(biāo)。強(qiáng)度指標(biāo)為適應(yīng)國(guó)際招標(biāo)要求，定為國(guó)際上通用的1 600～l 800MPa。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的纜用鋼絲完全可以替代泊來(lái)品。按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，1600MPa和l670MPa屬于同一等級(jí)，價(jià)格相近，因此，如果改用1670MPa鋼絲，可以不增加成本，％的鋼絲用量。江陰橋主纜鋼絲的扭轉(zhuǎn)指標(biāo)的確定幾經(jīng)反復(fù)，在初步設(shè)計(jì)階段和技術(shù)設(shè)計(jì)階段，經(jīng)征求國(guó)外專家的意見后，認(rèn)為可以不提這個(gè)指標(biāo)要求，到了施工圖的審核階段又增加了扭轉(zhuǎn)指標(biāo)，而為承包商制訂的技術(shù)規(guī)范再柵去這項(xiàng)指標(biāo)。其實(shí)纜用鋼絲并不存在扭轉(zhuǎn)問題。至于扭轉(zhuǎn)指標(biāo)可以反映鋼絲的延性和考核鋼絲的品質(zhì)的說(shuō)法，有些道理但并不全面。因?yàn)?，延性已有引伸率、反?fù)彎曲等延性指標(biāo)考核，只要滿足鋼絲的全部性能指標(biāo)，已可適應(yīng)主纜結(jié)構(gòu)要求，而每增加一項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)提高生產(chǎn)成本。還值得指出的是，扭轉(zhuǎn)指標(biāo)與直線性要求是相互制約制。江陰橋主纜鋼絲性能指標(biāo)規(guī)定自由圈徑為5m，實(shí)際索股制造和架設(shè)都要求再大些，如能達(dá)到在1m 長(zhǎng)度內(nèi)矢高3cm(自由圈徑約8m)，對(duì)于編索中保持索股六角形以及防止架索時(shí)扭轉(zhuǎn)都有好處。這樣就需要在鋼絲生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，使鋼絲的扭轉(zhuǎn)性能變差，因此，鋼絲的扭轉(zhuǎn)指標(biāo)與直線性要求不可兼得。權(quán)衡之下還是以確保后者，而放棄前者為有益。十三吊索設(shè)計(jì)內(nèi)容 江陰橋吊索的上下連接方案，經(jīng)初步設(shè)計(jì)、擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)多次、多方案反復(fù)比較推敲，最后選用上下均為銷接的方案。這種連接形式具有以下特點(diǎn)：①可以使用耐久性、結(jié)構(gòu)性好的平行鋼絲索股；②簡(jiǎn)化加勁梁的錨箱構(gòu)造；③方便吊索和加勁梁安裝。懸索橋上部結(jié)構(gòu)部件多是預(yù)制安裝的，連接形式對(duì)安裝有很大影響。實(shí)踐表明，銷接的連接安裝非常方便，幾分鐘即可完成連接。為保證銷接長(zhǎng)期有效，銷子需設(shè)置銷套，銷套材料要求摩阻小、耐久并有較高的承壓強(qiáng)度。江陰橋銷套最后采用銅與聚四氟乙稀復(fù)合材料，很好地滿足了上述要求，甚為理想。 江陰橋吊索吸取明石大橋、大帶東橋等經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大于9m的長(zhǎng)吊索，設(shè)計(jì)為平行鋼絲索股的吊索。這種吊索經(jīng)久耐用、彈性模量穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，是較為理想的吊索索股形式。索股鋼絲考慮個(gè)別吊索更換時(shí)，便于采購(gòu)少量原來(lái)規(guī)格的鋼絲，因此選用市場(chǎng)上最通用的φ5鋼絲。應(yīng)該說(shuō)，目前生產(chǎn)的鍍鋅鋼絲更多是φ7的，采用φ7鋼絲還可使索股更緊湊，縮小索徑。但考慮到φ7鋼絲索股采用熱鑄錨頭，疲勞問題較難解決，因此，若采用φ7鋼絲則錨頭需改用冷鑄錨。 對(duì)于長(zhǎng)度小于9m的短吊索，為保證加勁梁橫向移動(dòng)時(shí)吊索的柔
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