巴东长江公路大桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥。索塔为超高结构,D形截面。本文介绍了索塔锚固区技术。
锚固区预应力布置
上塔柱锚固区锚固面在斜拉索水平分力作用下,以受弯为主,是控制设计的受力区域。索塔锚固区高45.5米,共有斜拉索24对,拉索规格最大规格为。锚固区采用井形布置,预应力钢筋采用19-Φj 15.24、16-Φj 15.24和12-Φj 15.24三种规格,预应力钢筋典型层间距为1.35米,椭圆弧段为防止混凝土崩裂,在弯曲束径向布置φ16防裂钢筋。
本桥塔身断面采用D形与常规的箱形断面有所不同。在设计中曾采用小半径环向预应力筋布置方案与井形布置方案相比较,详见图1、图2。小半径环向预应力钢筋近年来相继在几座新建桥梁中使用,其优点在于锚头少,张拉次数少,在塔身开口较少,缺点在于预应力半径较规范中要求的4米小,相应的预应力损失较大,对预埋管道材质和管道压浆技术要求较高,目前小半径环向预应力钢筋工艺在处于探索阶段。井形预应力钢筋布置优点在于工艺成熟,不存在超规范设计,对预埋管道材质和管道压浆技术要求不高,缺点在于锚头多,张拉次数多,在塔身上开口较多。
就本桥而言两种布置方式各有利弊,从断面结构形式来看,椭圆形弧段在一定程度上限制钢束的布置空间,锚头布置空间有限,小半径预应力筋显得更为顺适,但其半径约为1.0米,从空间计算分析结构看,小半径预应力筋对D椭圆形弧顶及预应力筋转弯除产生较大的径向力,对于仅0.2米的保护层混凝土存在崩裂的可能,计算也显示而弧顶中心区也有超过1.5Mpa的拉应力。井形预应力钢筋由于半径较大,较好的克服了弧顶中心过大拉应力的情况,总体应力水平较均匀,设计最终选择了预应力筋井形布置方案。
锚固区仿真分析
索塔标高300米,从拉索角度和索力大小综合考虑,危险截面出现在标高约292米左右的S22号索孔处,S22号拉索索力为7327KN,水平分力6420KN,水平分力3531KN。考虑到相临斜拉索作用力间的相互影响,同时使S22较远离约束面以便更真实地反应实桥受力状况,计算模型选取了S20—S24五个斜拉索节段,因结构具对称性仅取1/4实体。塔柱混凝土采用六面体单元、齿板采用四面体单元、钢导管和齿板垫块采用板壳单元,计算模型共生成单元42848个,节点49334个,详见图3,边界条件:在对称面上取UX=0,UY=0,顶面为自由端,地面按平面应变假定,取UZ=0。施加荷载包括:自重、斜拉索索力和预应力。
计算模型分析结果显示,拉应力水平相对较高的控制部位为:索塔外表面索孔出口周围的区域,索塔截面内导角和椭圆弧顶中心线附近。设计中索塔锚固区拉应拉控制在1.5Mpa以下。本桥索塔锚固区足尺节段模型实验结果与计算结构有较好的一致性,足尺实验也显示最大荷载时模型处于弹性状态,较大的导角可增强锚固区抵抗斜拉索的水平的能力。