大跨径系杆拱桥的系杆设计

［"］ 565 *&’ ( ./， 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计 规范 ［ 7］ ! ［&］ 陈宝春 ! 钢管混凝土拱桥设计与施工 ［ 8］ 人民交 ! 北京： 通出版社， "+++ ! 图" 系杆为大跨径系杆拱桥其系杆的设计是极其重要
的， 系杆的设计好坏直接关系到桥梁的使用寿命。 在系杆的设计过程中， 对于系杆的使用应力取值 和系杆的更换工艺应该当作一个重大的课题来进行深 入的研究， 这样才能更加合理地使用预应力钢束。
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人群荷载情况下， 系杆应力为 !768 1 &%& $ + 9 &,# $ & 系杆最大应力幅为 +2 $ 3 5!6； 恒载时系杆应力 5!6， 为!768 1 &%& $ + 5!6。 对于大跨径系杆拱桥系杆的使用应力取值究竟为 多少才是合理的， 国内鲜有研究。一般认为主要取决 于系杆在活载状况下的最大应力疲劳幅。东莞水道特 相对于 " # $ 大桥系杆最大的应力疲劳幅为 +2 $ 3 5!6， 1 + &4. 5!6 的钢绞线是很小的。显然这与斜拉桥是 不同的， 大跨度斜拉桥其斜拉索最大应力疲劳幅大多 在 +.. 5!6 以上， 而斜拉索的 最 大 使 用 应 力 控 制 在 $ . $ 2 " # 内。但对于大跨径系杆拱桥来讲其系杆最大 应力疲劳幅与斜拉桥斜拉索最大应力疲劳幅相比小得 多， 故大跨径系杆拱桥系杆的使用应力的取值应比斜 拉桥斜拉索要稍大才合理， 所以认为大跨径系杆拱桥 系杆的最大使用应力取值在 （ . ! 2 9 . ! 4） " # $ 均是合理 的。本桥为安全起见系杆最大使用应力取用 ! 1 . ! 23 "# 。
# % #$ ） 〔" ( " (（" 〕 〔 ・& ’ 〕 % （" # % #$ ） &）从系杆出口到大拱中心线张拉伸长量 !& ：
层 12 进行防腐。 ! ! % 系杆的支承体系构造 为了减小系杆与其支承构件的摩擦， 本桥设计了 系杆导轮支承系统— — —系杆导轮架， 采用钢板焊制成 支架， 中间支承着用聚四氟乙烯轴套和不锈钢导轮组 成的四排滚动轮， 每排四层， 共支承每侧主拱肋处 "束系杆， 其主要构造见图 )。
图, 图! "#$%&’ ()* + ,) 环氧喷涂钢绞线系杆成品索断面图
系杆钢束预应力损失计算简图
在边拱肋中的一部分， 系杆是通过预埋在混凝土 内的钢管的， 根据类似桥型所做的模型试验， 测得摩擦 系数 "+ 1 . ! #&,， 偏差系数 % + 1 . ! ... .&， 将通过系杆 而在 导轮架部分的对系杆摩阻力简化为 % # 1 . ! ... +， 边拱肋混凝土外系杆的预应力筋与管道壁间的摩擦系 数 "# 1 .， 锚 具 变 形、 钢 束 回 缩 取 值 共 为 !& 1 2 $ , 则预应力损失计算如下。 77， +）从端横梁到系杆出口预应力损失!+ ： 令 ’ + 1" / %（ # / %( 1 "（ + "+ ) & # / "# ) & %） + &+ / & # / & %） （+ ; * ; ’ + ） 则!+ 1! : #）从系杆出口到大拱中心线预应力损失!# ： 令 ’ # 1" # / %( 1 % # : & 2 则!# 1 （ （+ ; * ; ’ # ） : ! ;!+ ） 钢束回缩预应力损失!% ： %）锚具变形、 ) & + / & # / & % / & 2） !% 1 + # : !& （ 2）因边拱拱肋压缩变形引起的预应力损失!2 ： + #・,・& !2 1 ’・+ ・ - （ & + / & # / & % / & 2） 上述式中： + # 为系杆的 ! 为系杆锚下张拉应力； 弹性模量； + - 为边拱拱肋的弹性模量； , 为系杆的锚 下总张拉力； ’ 为边拱拱肋截面积； & - 为边拱拱肋轴 线长。 ,）系杆总预应力损失 !! . !+ / !# / !% / !2 本桥钢束 , + 的相关数据如下： & + 1 +2 $ ’%2 7， & # 1 % $ 23’ 7， & % 1 # $ .#% 7， &2 1 +4’ $ 4# 7， " + 1 ,. 7， " # 1 4 ,.. $ + 7， +# 1 + $ ’ : +., 5!6， + - 1 % $ % : +.2 5!6， ’ 1 +. 7# ， & - 1 2, $ ’3& 7， , 1 4 +#4 $ 2 (。 ! 1 &&# $ % 5!6， 代入上式得 , + 系杆总预应力损失为： 本桥系杆钢束设置在拱肋内外两侧及从拱肋两弦 管之间穿过， 两端锚固于边拱的端横梁上。系杆锚具 采用可换式专用锚具。系杆的支承体系采用了安装方 便、 灵活可靠的系杆导轮架， 系杆导轮架预埋在每片横 梁上。 !$! 系杆的张拉控制力及合理应力的使用 东莞水道特大桥每根系杆的锚下张拉控制力为 要求每束实际控制张拉力误差 ) * + $ ,- ， 张 %&# $ ’ (， 拉力的总和 ) * + $ .- 。除了其中两束分两次张拉到 位外， 其余均是一次张拉到位。 系杆钢绞线在最不利荷载下 （即恒载 / 汽车 / 人 群 / 温 降 #, 0 ） ， 最 大 使 用 应 力 为 ! 1 . ! 23 " # 1 最小安全系数为 # $ +； 而在恒载 / 汽车 / &&# $ 4 5!6，
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公路分道线的由来
世界上最初的公路没有分道线， 顺行与逆行的汽车经常发生交通事故。 在第一次世界大战时， 美国加利福尼亚州的医生琼斯 ・ 卡罗尔， 在附近的公路上开车时， 与对行而来的一辆货 车发生碰撞。过后他想： “如果在公路中间划上一道白线， 来往的车辆分道而行， 不就安全了吗？ ” 于是， 卡罗尔就 把这一突发的奇想写成一份建议书， 递交给当地公路管理委员会。公路管理委员会随后召开会议讨论这一建议 是否可行， 结果与会者都表示赞成。"+&) 年 / 月， 美国加利福尼亚州在 ++ 号国家公路上进行分道线试验， 果然 行车秩序井然， 交通事故锐减。随后， 美国各州普遍采用公路分道线办法， 世界各国也相继把此法推广并纳入交 通立法之中。 （吕雪梅供稿）
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系杆的预应力损失计算 为了更好地控制恒载状况下的系杆应力， 必须准
1 24 $ % 5!6 其他钢束计算方法与 , + 钢束相同。 ! $ - 系杆的张拉伸长量和下料长度计算
中 外 公 路 &) 卷 && # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # ! ! " ! # 系杆的张拉伸长量 系杆张拉伸长量计算如下： "）从端横梁到系杆出口张拉伸长量 !" ： （ ! " % ! & % ! ’） $ !" #! $
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系杆设计要点
系杆总体设计
东莞水道特大桥每片拱肋设 !" 束 *! !! !& " %) 钢 % 采用最新 绞线， 钢绞线标准强度为 # $ 6 ! +"( 789， 体外钢束防腐技术— — —环氧树脂涂层预应力钢绞线，
收稿日期： %((* $ (# $ (# 作者简介： 宁茂堂， 男， 大学本科， 高级工程师 .
（ $ !) $ !& # ! (!" ） （" ( % #$ ） # 〔" ( " 〕 〔 ・& ’ 〕 % （" # % #$ ） 代入钢束 ( " 的有关数据得 ( " 系杆总张拉伸长 量为：
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! ! " ! ! 系杆的下料长度 由于系杆在锚固时钢束必须张开， 此时包裹系杆 的 12 必须剥开， 为了使得剥开 12 的部分裸露的钢束 在张拉完成后能够完全在系杆的锚头内被后灌环氧砂 浆所充满， 则必须准确地计算系杆的下料长度， 此时系 杆的下料长度是指在无应力状况下的被 12 包裹的长 度， 假设钢束计算长为 ! ， 系杆总张拉伸长量为 !， 系 杆剥开 12 处到锚头最小距离为 ! / ， 则系杆的下料长 度 ! - 计算公式如下： ! - # ! ( & $ !( & $ ! / 本桥钢束 ( " 的相关数据如下： ! # ’.* ! """ 0， ! " # * ! ,- 0， ! # * ! ./. 0。 代入上式得 ( " 系杆下料长度为： ! - # ’,- ! .,/ 0 !!$ 系杆的更换和防腐 东莞水道特大桥的系杆设计在锚具构造上考虑了 以后更换的方便， 设计时锚外钢束露出 ’* 3 /* 40。 更换时可考虑采用前卡式千斤顶逐股松脱的方式或别 的更为安全可靠的方式。东莞水道特大桥系杆的防腐 技术采用了国内最先进的环氧树脂涂层再外加包裹双 参考文献：