悬索桥锚固系统安装工艺设计分析

罗 勉 宾俞华 韦 洁

（柳州欧维姆工程有限公司 广西柳州 545005）

前言

悬索桥是一种特殊的桥型，在我国具有悠久的历史，尤其适用于地形地质条件较为恶劣的地区，具有良好的应用效果。悬索桥不需要庞大的锚旋，将主缆锚固到桥面板或加劲梁的两端，由它们来分担主缆中各个方向的受力，因此悬索桥是一个相对独立的结构受力体系。锚固系统对悬索桥的质量影响巨大，施工单位应格外注意锚固系统的安装工艺设计，确保施工过程的安全性及施工质量，进而提升悬索桥的使用质量与使用寿命。

1 悬索桥概述

1.1 悬索桥的分类

悬索桥优点良多，加强其分类研究可以提高桥梁建设的整体质量，现阶段悬索桥主要分为以下三类。①美式悬索桥，这类悬索桥的基本结构包括竖直吊杆、钢析架等，而且由钢析架制成的加劲梁能够承受较大的压力负荷。美式悬索桥在现代桥梁建设中应用广泛，不仅能够提高桥梁的刚度与安全性，还具有造型美观的特点。②英式悬索桥，该种悬索桥的特征为采用三角形的斜吊杆和流线形扁平翼状钢箱梁为加劲梁，而且施工时要求保证桥塔处不会出现伸缩缝的情况。英式悬索桥增加了抗风性能，但却因施工结构复杂而应用不多。③其他类型悬索桥，这类悬索桥的加劲梁一般为竖直吊杆和流线形箱，由大量的钢筋混凝土构成，具有经济、抗扭刚度强、抗压能力强的特点。

1.2 悬索桥的特点

悬索桥的一般特点是同时具有索和梁的受力形式，当桥梁承受外荷载时，主缆和主梁可以同时分担压力，增加了桥梁安全性。主缆是建设悬索桥中不可或缺的重要构件，一旦其施工质量不佳，就会发生变形问题，进而影响整个桥梁组件的受力分配与使用安全。悬索桥的基本构造包括基础、塔墩、锚碇、主缆索、吊索、加劲梁及桥面结构等，运用了大量的钢筋混凝土材料，增加了桥梁的跨越能力与载荷能力，同时还具有经济安全、快捷简便的特点，目前世界上跨径较大的桥梁大多都采用悬索桥。悬索桥整体造型具有多种形式，通过合理新颖的设计可以提高其美观性，

1.3 悬索桥在国内外的发展

悬索桥最早出现在我国公元前250年，随着竹索桥、藤索桥、铁索桥的发展，悬索桥的发展越来越先进，法国、英国等发达国家开始大量建造悬索桥，其中具代表性的悬索桥包括梅来峡悬索桥、克里夫顿桥，在此期间，桥梁建设理论也在逐渐发展，例如“稳定性随桥的重量与跨长而增加”等。现代悬索桥的发展经历了三个时期，先后是以美国为中心的发展时期、以欧洲为中心的发展时期及以日本为中心的发展时期，在此期间，悬索桥的跨越能力大幅度提升，承压能力逐渐增大，外形也越来越美观。我国的现代悬索桥建设起步较晚，但随着研究力度的加大，我国已经充分掌握了大跨径悬索桥设计、建造技术，对国内经济的发展具有重要的促进作用。纵观国内外著名悬索桥的建设情况（见表1）可知，悬索桥的应用效果与使用寿命都有着大幅度提升。

2 悬索桥锚固系统的形式及比较

2.1 悬索桥锚固体系特点

表1

悬索桥锚固系统具有十分重要的作用，一般来说，其特定主要包括以下几点。①主梁直接通过锚固于加劲梁，这就使得加劲梁结构更加复杂，需要承受更多的水平分力与竖向拔力。②锚固体系应力分布无法准确分析，导致悬索桥设计建造及使用过程存在一些未知风险。③安全性与可靠性，钢筋混凝土的使用及悬索桥独特的建设结构，为其安全性与使用寿命提供了保障。加强悬索桥锚固体系研究有助于提升桥梁建设效果，对桥梁建设行业的发展具有良好的促进作用。

2.2 悬索桥的主缆锚固方式

锚固方式对悬索桥的质量影响较大，进行桥梁施工时应根据设计需要与实际情况选择锚固方式，避免对桥梁质量造成不利影响。采用钢结构进行锚固应用较多，主要是将加劲梁做成钢梁或混凝土梁，然后将锚固体通过有效方式与其他部分相连，进而通过剪力连接键将水平力均匀的传给其他结构。当边跨为混凝土结构时，主缆需深入混凝土锚箱散开锚固，如此才能提高锚固的安全性。最后一种方式是主缆采用钢丝绳进行锚固，这种锚固方式能尽量平衡两主缆的索力差，使悬索桥使用起来更加稳定安全。

2.3 悬索桥主缆锚固方式比较

悬索桥的主缆具有散开与不散开两种形式，这两种形式的锚固方式也不尽相同。当主缆不散开时可直接采用独立锚固形式，能够提高施工简便性、安全性，缺点是使用范围较窄，只适用于小跨径的自锚式悬索桥。对于主缆散开的锚固系统，该种形式在我国具有广泛应用，不仅安全性较高，还具有经济性优势。但由于散开的主缆浪费了大量空间，桥梁应力更加复杂，美观性也受到了一定影响。为了解决这一问题，应尽可能的采用钢结构，在减小锚固体积的同时还能加了刚性性能，主要适用于大跨径悬索桥建设。另外，环形锚固系统也可以解决锚固空间较大这一问题，外形更加美观，但环形锚固方法使桥梁受力更加复杂。值得注意的是，洪水多发地应采用环形锚固系统进行悬索桥建设。

3 悬索桥锚固系统的安装工艺设计分析

3.1 主缆锚固系统的有限元分析

有限元程序可以对锚固区进行建模分析，能有效精确地计算顺桥方向总长、锚固区高度段、中跨方向、边跨方向等数据。锚固系统施工人员需要根据给出钢锚箱的最大拉应力和最大压应力、锚固区混凝土以下关键截面的顺桥向和横桥向的应力等数据完成安装工作。通过有限元分析可知，钢锚箱的应力水平较低，满足承载能力的要求，另外，锚固构造的钢锚箱与混凝土的连接具有牢固、可靠的优势。

3.2 锚固系统的制作

为了确保悬索桥锚固系统的安全与质量，首先需要提高锚固系统的制作质量，以免因制作质量问题为桥梁使用埋下安全隐患。锚孔是通过具有数控技术的车床加工制成的，制作过程要严格控制锚孔各项尺寸精度，将所有误差控制在规定范围内。进行锚固系统的后锚板、前锚板、锚管制作时除了需要注意尺度精度外，还要根据实际情况选择合适材质。各零件完成后需要用焊接的方式将其拼为成品，然后对其进行各项检查，检查内容包括焊接是否严密、其各细部点位精度是否符合要求等，一旦发现不合格产品需立即返工或销毁。当锚固系统达到设计要求后，须由专业人员运送至施工现场，进行完善的运输管理与施工现场管理。

3.3 锚固系统的安装

进行锚固系统安装之前，施工人员应做好充足的准备工作，例如需要熟悉施工图纸，明确锚固系统的安装位置与安装方式，还需要将后锚板、前锚板的下边缘线端点换算成三维坐标，以此方便施工定位，在安装之前，施工人员一定要经过仔细核算，确保各方面数据准确无才能进行后续工作。首先需要根据三维坐标的理论值用全站仪将其各端点坐标测设在钢平台上，随后需要标出前后锚板的下边缘线。在完成投影线绘制后，需要进行吊装工序，这一过程一定要在安全条件下进行，以免酿成严重的安全事故，为施工单位带来不必要的人员伤亡与经济损失。

3.4 锚固系统的测量定位

在悬索桥锚固系统安装设计中，定位测量是重要步骤，其测量准确性与定位精确性对施工质量影响巨大，需要施工人员时刻注意，确保定位测量的严密性与准确性。吊装施工完毕后，需要使用全站仪类的工具检测前后锚管中心点位置是否合格，检测之前需要利用相同直径的圆镶嵌在要抽检的锚管端口，使圆心的十字线锚管端口对齐。然后检验人员根据规定与施工经验寻找最佳观测位置对锚管中心点进行检测，最后将测量值与理论值进行对比，并进行误差分析，当误差超过相关范围则需尽快寻找解决方法。检测合格后需完成焊装步骤，以此加强锚固系统的稳固性。

4 总结

综上所述，悬索桥锚固系统的重要性不言而喻，其安装质量与效率直接影响着悬索桥的施工工期与成本，加强锚固系统的安装设计分析对桥梁安全性具有举足轻重的作用。本文通过对锚固系统的构造及特点进行分析可知，锚固系统的安装质量与其制作工艺、测量定位、施工工艺等因素具有重要联系，因此施工单位应从上述因素入手，提高制作、测量及施工过程的质量与效率，从而保证悬索桥锚固系统安装质量，同时也提升桥梁建设单位的经济竞争力与社会竞争力。

[1]徐洲，王胜利，唐蔚东，等.悬索桥隧道式锚碇型钢锚固系统施工技术[J].水运工程，2015（8）：132～135.

[2]石虎强，王平洲.悬索桥索股刚性拉杆锚固系统安装技术[J].山西建筑，2015（14）：186～187.

[3]王博，白丽锋，赵廷建，等.多股成品索锚固系统特点及安装工艺探讨[J].交通世界（下旬刊），2017（4）：144～145.