懸索橋索鞍、索夾設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)
懸索橋因造型美觀、跨越能力大在現(xiàn)代橋梁中得以迅速發(fā)展，特別在大跨徑橋梁中占有***優(yōu)勢(shì)。我國(guó)的現(xiàn)代懸索橋建設(shè)經(jīng)歷了從技術(shù)引進(jìn)到自主設(shè)計(jì)、制造、施工的快速發(fā)展，當(dāng)之無(wú)愧成為世界懸索橋大國(guó)，但我們也應(yīng)清醒認(rèn)識(shí)到，離懸索橋強(qiáng)國(guó)還有很大距離。 索鞍、索夾造價(jià)在懸索橋整橋建設(shè)成本中比例小，作為核心受力構(gòu)件，其質(zhì)量決定了全橋的安全,我們須高度重視，以避免“千里之堤,潰于蟻穴”。
一、結(jié)構(gòu)形式和受力特點(diǎn)：
1. 索鞍
索鞍是為主纜提供支撐并使其線形平順改變方向的構(gòu)件，主要承受主纜的豎向壓力和主纜鋼絲的水平力。
1索鞍按位置分為：主索鞍、轉(zhuǎn)索鞍、散索鞍（套）。其中散索套主要用于跨度較小的懸索橋。
按結(jié)構(gòu)形式分為：肋傳力結(jié)構(gòu)、殼傳力結(jié)構(gòu)。肋傳力結(jié)構(gòu)用于砼基礎(chǔ)支撐，殼傳力結(jié)構(gòu)用于鋼結(jié)構(gòu)支撐。
按成型方式分為：鑄造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)、鑄焊結(jié)構(gòu)。 按位移方式分為：滑動(dòng)式、滾動(dòng)式、擺動(dòng)式、滑轉(zhuǎn)式。
?2. 索夾
索夾的是緊箍主纜索股并連接主纜與吊索（如有）的構(gòu)件。主要承受吊索的拉力。
按作用分為：有吊索索夾、無(wú)吊索索夾。無(wú)吊索索夾僅對(duì)主纜進(jìn)行緊固，有吊索索夾既對(duì)主纜進(jìn)行緊固，又通過(guò)吊索承受橋面荷載。 按結(jié)構(gòu)形式分為：銷接式、騎跨式。
按成型方式分為：鑄造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)、鑄焊結(jié)構(gòu)。
二、結(jié)構(gòu)計(jì)算：
索鞍、索夾是懸索橋主要受力構(gòu)件，具有“一橋一型”的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)計(jì)算按現(xiàn)行的《懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（報(bào)批稿），采用手工計(jì)算和有限元分析相結(jié)合，以空間有限元分析結(jié)果為判定依據(jù)。
1. 索鞍
通過(guò)全橋計(jì)算得到主纜的拉力，將主纜拉力換算成對(duì)鞍槽底面的豎向力和鞍槽側(cè)面的水平力。
手工計(jì)算用豎向力計(jì)算肋傳力索鞍中肋的應(yīng)力，用水平力計(jì)算鞍槽側(cè)面的彎矩，再與索鞍材料的容許應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比。
有限元空間分析將豎向力和水平力輸入索鞍模型，計(jì)算綜合應(yīng)力。
?2. 索夾
索夾設(shè)計(jì)重點(diǎn)是強(qiáng)度和抗滑安全系數(shù)，索夾與主纜摩擦力必須大于吊索拉力產(chǎn)生的下滑力。取吊索與主纜夾角***大處的索夾進(jìn)行計(jì)算，用全橋計(jì)算得到的吊索拉力、索夾夾角求得下滑力，下滑力除摩阻系數(shù)得到***小夾緊力。
手工計(jì)算用夾緊力計(jì)算螺栓應(yīng)力、索夾環(huán)向拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力。 有限元空間分析將夾緊力輸入索夾模型，計(jì)算綜合應(yīng)力。 以上分析，不管是手工計(jì)算還是有限元空間計(jì)算，均存在不足：無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算因材料自身缺陷及焊接、鍛造等加工缺陷造成的材料非線性和許用應(yīng)力折減。也未考慮主纜鋼絲間，及鋼絲與索鞍、索夾為線接觸造成的應(yīng)力變化。
基于計(jì)算模型不準(zhǔn)確和缺陷折減不確定，給索鞍索夾的精確設(shè)計(jì)算帶來(lái)了困難。
三、材料選擇：
?1.鑄 鋼
索鞍鞍槽、索夾結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般采用鑄造成型，但是我們國(guó)家鑄造材料多保證常溫（20℃）力學(xué)性能，這就給低溫、寒冷地區(qū)索鞍、索夾的材料選擇帶來(lái)了困難。 解決這一問(wèn)題的主要辦法有：
（1） 研發(fā)耐低溫鑄造材料及其鑄造技術(shù)； （2） 采用耐低溫鋼板焊接成型；
由于耐低溫鑄造材料的研發(fā)周期長(zhǎng)，同時(shí)耐低溫鋼板材料技術(shù)成熟，因此采用耐低溫鋼板材料焊接成型是近一段時(shí)間內(nèi)解決寒冷地區(qū)索鞍、索夾材料選擇的有效手段。
由于普通中高碳碳素鑄鋼，加熱后在空氣中有自淬硬趨勢(shì)，在后續(xù)的缺陷修補(bǔ)、外觀精整工序都需要火焰加熱，很容易出現(xiàn)延遲裂紋而影響其安全，應(yīng)該引起重視。如結(jié)構(gòu)需要高的強(qiáng)度，宜采用增加截面尺寸保證強(qiáng)度，或采用中低碳鋼、合金鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理以增加材料的容許應(yīng)力。
2.鋼 板
索鞍產(chǎn)品鋼板使用量相對(duì)較小，鋼板的規(guī)格、型號(hào)應(yīng)適當(dāng)合并，以便于組織生產(chǎn)，降低成本。
隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)鋼較鍋爐鋼具有更寬的低溫性能，完全滿足懸索橋在各種環(huán)境條件的要求，且焊接性能優(yōu)異，宜統(tǒng)一選用橋梁結(jié)構(gòu)鋼。
四、結(jié)構(gòu)及尺寸：
1.索 鞍
索鞍重量、外形尺寸應(yīng)綜合考慮運(yùn)輸和安裝成本，運(yùn)輸、吊裝重量宜控制50噸以內(nèi)，否則應(yīng)進(jìn)行分塊。
索鞍鑄件越大，鋼水流動(dòng)距離越長(zhǎng)，越容易出現(xiàn)欠鑄、疏松等缺陷，質(zhì)量保證難度越大，鑄造單位的可選范圍大大縮小，為控制質(zhì)量、降低成本，單個(gè)鑄件重量宜控制在30噸以內(nèi)，否則應(yīng)采用鑄焊結(jié)構(gòu)。
鑄造時(shí)應(yīng)保證鋼水充型順利，盡量減少結(jié)構(gòu)壁厚差異以達(dá)到順序
凝固，索鞍鑄件主肋厚度不應(yīng)小于鞍體外形尺寸的7%，加勁肋厚度不應(yīng)小于主肋厚度的50%。
?2. 索 夾
索夾分半常采用左右半或上下半，由于主纜鋼絲直徑的偏差和主纜孔隙率偏差，索夾內(nèi)孔直徑大于300mm的銷接式，應(yīng)選用上下半結(jié)構(gòu)以保證橋位順利安裝。
索夾圓弧部位壁厚薄，為保證鑄造時(shí)鋼水充填順利，其長(zhǎng)度尺寸應(yīng)小于壁厚的50倍，否則應(yīng)分段。
利用緊固時(shí)圓弧部位變形，增加索夾與主纜的接觸，提高其抗滑安全系數(shù)，這是國(guó)際上近幾年的先進(jìn)技術(shù)，其具體方法是采用低合金鑄鋼調(diào)質(zhì)提高材料強(qiáng)度，在同等荷載下，材料強(qiáng)度增加了，就可適當(dāng)降低索夾壁厚，達(dá)到增加索夾的彈性的目的。
?五、鑄 造：
國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用同爐鋼水澆注的試樣代表鑄件性能。這種檢測(cè)方法不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)樵嚇咏孛娉叽鐬?0mm遠(yuǎn)
