矮塔斜拉桥斜拉索等值张拉法索力控制

矮塔斜拉桥斜拉索等值张拉法索力控制

尹志军韦菲

湖南路桥建设集团有限责任公司湖南长沙410004

摘要：结合常德沅水四桥五塔矮塔斜拉桥斜拉索张拉施工为例，详细阐述平行钢绞线等值张拉法原理，提出通俗易懂的张拉计算方法，为今后同类平行钢绞线斜拉索等值张拉法施工提供相对的参考。

关键词：矮塔斜拉桥、平行钢绞线斜拉索、等值张拉法、张拉力控制

1.工程概况

常德沅水四桥主桥为106+4×175+106m五塔矮塔斜拉桥。主梁为预应力混凝土变截面箱梁，全幅采用整幅式斜腹板单箱三室断面。箱梁顶板宽2950cm，顶板居中300cm宽度（为拉索区）为平坡。箱梁两个边主墩0A#梁段下横向设4个活动支座；箱梁中间三个主墩处0B#梁段与桥墩固结。全桥共5个索塔，采用钢筋混凝土实体多边形截面，塔高均为32.5m，索塔上分左右均匀布设13对分丝管索鞍，塔底与0#梁段固结。

斜拉索采用Фs15.2mm型环氧涂层钢绞线拉索体系，设计采用了37-Фs15.2、31-Фs15.2和25-Фs15.2三种规格，张拉端为钢绞线群锚体系。斜拉索布置在主梁的中央分隔带处，为单索面双排索，1个索塔两侧设13对拉索，由近塔端向跨中依次编号为S1~S13，斜拉索在塔上采用分丝管式索鞍通过，采用平行钢绞线拉索体系，单根等值张拉法进行张拉。

2.等值张拉法原理

平行钢绞线采用等值张拉时，随着每束钢绞线的张拉，桥梁结构均产生变形。主梁产生上挠、索塔产生压缩，斜拉索梁端锚点与塔端锚点的相对距离不断缩短，已张拉钢绞线的工作长度同步缩短，导致已张拉钢绞线所持索力不断变小[1]。所以单根钢绞线等值张拉在于确定首根钢绞线的索力值，当最后一根钢绞线张拉完成时，能确保首根钢绞线的索力与设计索力相等或相近，并保证斜拉索每股钢绞线所持索力的均匀性，及张拉完成后总索力满足要求。

3.张拉力的计算

根据等值张拉法原理，单根钢绞线实际张拉索力由两部分组成：①单根钢绞线设计索力；②单根总损失力。其中，确定单根总损失力是张拉力计算的关键。

1）影响超张拉力索力值的因素

影响超张拉力索力值的因素有塔梁变形量、夹片锚固回缩量与锚具组装件压缩值等，其中，塔梁变形量由监控单位所提供梁段预抬值为依据。

2）首根平均张拉索力计算

为使斜拉索安装完成之后单根索力累计值与设计接近，避免单根挂索之后索力的大调整，所以确定首根平均张拉索力值为关键。以本项目斜拉索等值张拉法索力计算为例：首根平均张拉索力=设计单根平均索力+单根总损失力，根据预应力筋的理论伸长值△L（mm）公式：△L=（Pp×L）/（Ap×Ep）将损失值换算成损失的力值，从而得出钢绞线的首根平均张拉索力值。

3）单根钢绞线的张拉

①准备工作。首先安装、固定好张拉锚具，将张拉端锚具孔从上到下、从左到右按顺序进行编号，再在张拉锚具上，安装好张拉支座。由于HDPE套管对单根钢绞线张拉力造成较大的非线性影响[2]，所以首先要求按首根平均张拉索力值张拉锚固1#、4#两根临时钢绞线。使临时钢绞线承受HDPE套管的自重。

②将传感器安装在2#钢绞线上，根据首根平均张拉索力张拉锚固好2#钢绞线后，读取、记录传感器上的数据；

③安装3#钢绞线，将钢绞线加载至20%的应力时，用钢片尺读取、记录好钢绞线初始伸长值，待加载至前一钢绞线的95%应力时，记录传感器读数；

④3#钢绞线终应张拉力=2#钢绞线张拉力-2#钢绞线传感器读数与3#钢绞线95%应力时传感器读数的差值，再根据千斤顶回归方程式的换算公式，控制千斤顶油表读数，张拉至3#钢绞线终应力值，读取并记录最终伸长值，然后安装夹片，并适度打紧，卸压至2Mpa时量测夹片回缩值。

⑤依次类推，然后张拉完其余锚孔钢绞线，再返回头按相同方法依次张拉1#、4#、2#钢绞线，张拉2#钢绞线前先将安装在其上的传感器取出，再按相同方法计算好的张拉力来张拉2#钢绞线，到此，一对斜拉索张拉结束。此束钢绞线单根设计平均索力140.0KN，首根平均张拉索力为150.4KN。分析可知，2#钢绞线最终锚固张拉力为140.8KN，与设计单根索力接近。

4.质量控制

1）斜拉索挂索是一项复杂的施工过程，耗时很多，由于温度变化对基准钢绞线张拉控制力产生影响[3]，所以斜拉索挂索张拉宜控制在一天中气温变化不大的时间段进行施工；

2）每根斜拉索的各股钢绞线的离散误差不大于理论值的±3%；

3）横桥向相同编号斜拉索之间差值不大于整索索力理论值的±1%；

4）斜拉索整索索力误差不大于理论索力的±2%[4]；

5）现以16#墩12#单根斜拉索的张拉结果为例来验算钢绞线的均匀性控制误差。具体参数指标如下：

综合表2～3，每股钢绞线的离散误差值=（测量伸长总值-理论伸长值）/理论伸长值，得出计算结果分别为0.8%、2.1%、0.5%、2.3%，均控制在±3%范围内；斜拉索整索索力误差分别为-0.5%、0.1%，验算结果均控制在±2%范围内，均符合设计要求。

结论

本文以常德沅水四桥平行钢绞线斜拉索张拉索力控制为例，采用单根钢绞线等值张拉法原理进行张拉，通过张拉数据结果对比分析，得出如下结论：

1）矮塔斜拉桥钢绞线群锚体系，采用单根索力计算原理，受力均匀性控制较好，通过优化钢绞线单根索力控制工艺，取得了较好的效果；

2）首根平均张拉索力控制是等值张拉法施工的关键，在实际操作中，通过传感器读数，严格控制张拉力。钢绞线可按单根顺序一次张拉完成，避免二次重复张拉且节约了时间和成本。

参考文献

[1]邹力，彭旭民，位东升.平行钢绞线斜拉索等值张拉力精确计算方法[J].重庆交通大学学报（自然科学版）2015（04）：34（03）.

[2]冷雪浩，林乐强，黄伟东.平行钢绞线斜拉索单根钢绞线张拉过程中的索力控制[J].北方交通，（2008）01-0083-02

[3]张永涛，游新鹏，彭成明.一种平行钢绞线斜拉索的张拉控制新方法[J].中外公路2013（10），33-5.

[4]王卿.G319、G207常德城区段改线工程两阶段施工图设计，湖南省交通规划勘察设计院，2013（10）.