刘桂良1 贾 光2 郑 力2
（1.大连理工大学建设工程学部，辽宁，大连，116023）
（2.大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁，大连，116023）
【摘 要】某三塔双索面自锚式悬索桥，每个索面采用两根热挤聚乙烯高强度镀锌钢丝成品索。考虑结构受力、外部景观、施工条件等因素，需要设计一种新型索夹来满足工程要求。本文结合工程实例，对此新式索夹的构造确定、索夹抗滑安全系数验算及其强度验算进行了详细介绍。
【关键词】悬索桥；索夹设计；索夹强度
1．引言
悬索桥主缆是其主要的承重构件，作用在桥上的荷载通过吊杆传递到主缆，而吊杆与主缆是通过索夹连接。因此悬索桥的索夹设计与验算是这种桥型设计的重要组成部分。本工程因其每个索面双主缆、单吊杆的特殊性，所以索夹的具体形式不同以往，更需要对其的构造、设计进行仔细地分析研究。
2．工程概况
某桥为一座设计中的三塔双索面混凝土自锚式悬索桥，采用塔墩固结、塔梁分离的结构。根据桥位地形条件和三塔自锚式悬索桥的结构特点，跨度布置为47m+90m+90m+ 47m=274m，桥宽30m。综合考虑桥梁整体刚度、主缆受力、塔高等因素，经分析比较后，主跨的理论垂跨比为1:6.5。主缆采用对称布置，每个索面横桥向两根主缆，两根主缆中心间距27.5cm。主缆均采用规格649?7mm的热挤聚乙烯高强镀锌钢丝成品索，钢丝强度为1770Mpa，采用双层PE套防护，冷铸锚锚固体系。
该桥主跨、边跨均设置吊索。配合主梁两端的划分及长度，主跨设顺桥向间距5.4m的15组吊点，边跨设顺桥向间距5.4m的6组吊点。靠近锚块处的4根吊索采用直径100mm的刚性吊索，材料选用镀锌40Cr合金钢，其余吊索采用规格为91?7mm热挤聚乙烯高强镀锌钢丝成品索，钢丝强度为1670Mpa，双层PE防护层。
3．索夹布置及构造
每个索夹由于吊杆拉力及主缆倾角不同，所需夹紧力也不尽相同。因此索夹长度及所需螺栓数量也不相同。为了方便制造和施工，将长度相近的索夹按相同尺寸设计。索夹一共分为A~F六类。
索夹均采用上、下闭合的形式，索夹壁厚45mm。索夹所用材料为ZG20Mn，销轴所用材料为40CrNiMoA。由于该桥每个索面采用两根成品索作为主缆，为了减小索塔横桥向尺寸，照顾结构整体的经济性和美观性，所以两根主缆间距较小。故此本工程采用了一种较为新式的索夹结构形式。具体构造如图1所示：
图1
4．索夹结构计算
4.1索夹内孔直径计算
根据全桥整体计算所得，单根吊杆最大组合后拉力为1700KN。索夹内孔直径计算公式如下：
式中： —主缆中单根钢丝直径，为7mm；
—单根主缆中钢丝总数，为649；
—主缆在索夹中的设计空隙率，为0.17。
则求出索夹内孔直径 =196mm。
4.2 索夹抗滑安全系数验算及强度验算
（1）高强螺栓安装预紧力
由于本索夹的特殊结构形式，螺栓选为10.9S M42和10.9S M36高强螺栓两种形式。M42螺栓螺距为4.5mm，M36高强螺栓螺距为4mm。经计算得出，M42螺栓安装预紧力 =705KN，设计夹紧力 =495.5KN；M36螺栓安装预紧力 =515KN，设计夹紧力 =360.5KN。
（2）螺栓有效直径验算：
（3）设计索夹时先大致预估出每个索夹所需螺栓的个数，然后以此来进行抗滑安全系数的验算。
表1
5．索夹实体模型应力校验
因为本桥索夹构造较为特殊，除了常规对索夹的计算外，又特用ANSYS有限元计算软件对其建立实体模型加以检验。因A类索夹销孔拉板尺寸最小，故选择其作为个例进行实体建模。吊杆拉力根据整体计算所求，取最大组合时的拉力，为1700KN。实体应力计算图例如下：
图2
根据实体模型计算结果可见，索夹最大的应力值为170.76Mpa，小于索夹材料ZG20Mn的屈服强度285Mpa。
6．结语
因为成品索作为悬索桥主缆有着施工工期短、节约梁端锚固空间、防腐性能好等优点，所以本工程根据其实际条件主缆采用了649?7mm的热挤聚乙烯高强镀锌钢丝成品索。为了保证受力要求，每个索面又需采用两根主缆，因此催生出这种结构形式较为新颖的索夹。索夹作为悬索桥中的一个关键构件，其在材料选择、强度验算、工厂制作等方面应加以重视。本文介绍的这种索夹，因其特殊的构造及不同的使用条件，更需对其进行严谨、详细的研究，以保证实际工程的安全。
参考文献：
[1]周燕梅，郭锦良.悬索桥索夹的设计与计算[J].北方交通，2012.
[2]吉林，李洪涛.来岛大桥吊索与索夹设计[J].公路交通科技，2000.
[3]小西一郎.钢桥（第五分册），人民铁道出版社，1981.
论文作者:刘桂良1,贾光2,郑力2
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年9月供稿
论文发表时间:2016/1/15
标签：悬索桥论文; 螺栓论文; 吊杆论文; 钢丝论文; 吊索论文; 强度论文; 结构论文; 《工程建设标准化》2015年9月供稿论文;