芜湖长江公路二桥新型锚索系统方案研究★

窦 巍

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

1 芜湖长江公路二桥概况

芜湖长江公路二桥跨江主引桥长13.982 km，其中主桥方案为(100+308+806+308+100)m五跨柱式塔分离钢箱梁四索面斜拉桥，全漂浮体系，塔高262.48 m，主桥长1 622 m。

2 斜拉桥锚索系统

斜拉索通过锚索系统将主梁传递过来的索力作用于桥塔部分，其中，索力的水平分力传递给桥塔锚固段，竖向分离通过塔身传递给桥梁下部结构。因此，桥塔上的拉索锚固系统是斜拉桥各构件之间传力的关键构造。

针对不同的跨径规模及结构形式，目前常用的桥塔锚索系统主要包括以下几种构造：

1)齿块+环向预应力。

此类锚索系统一般在塔身内侧空心段设有混凝土齿块，类似于梁桥的预应力锚固系统，通过齿块将斜拉索索力传递给塔身部分。在传力过程中，索力的水平分力将直接作用于塔身，在塔身中产生较大的主拉应力。因此，配套在塔身部分中配有环向设置的预应力钢束，用以平衡索力的水平分力部分。

2)钢锚梁。

钢锚梁锚索系统由钢锚梁、牛腿等构件构成。其本身是一个自平衡构件。其中钢锚梁中的锚板用来承受拉索传递的索力，索力中大部分的水平分力由锚梁承担，少部分不平衡的水平分力由钢锚梁通过限位装置传递给塔身；而竖向分力由钢锚梁通过牛腿，传递给塔身至下部结构。

3)钢锚箱。

钢锚箱锚索系统与钢锚梁类似，只是锚箱与桥塔一般是固结的。拉索的水平分力由钢锚箱和混凝土共同承担，竖向分力通过连接构造传递给桥塔和下部结构。

4)鞍座。

鞍座式索塔锚固区的构造一般可分为套管式、分丝管式两类。其中套管式将钢套管埋置于混凝土塔身中，钢绞线穿过钢套管锚固；分丝管式则将特殊的分丝管构件埋置于塔身中，钢绞线斜拉索分股张拉和锚固。

3 芜湖二桥主桥锚索系统设计

芜湖二桥锚索系统首次采用了同向回转鞍座锚索系统，即每对斜拉索锚固于主梁一侧锚拉板，向上进入主塔，在塔壁中绕过塔身后再向下锚固于主梁另一侧锚拉板，组成一组完整的斜拉索。拉索在进入塔壁绕过塔身的过程中，索力以径向压力的形式作用于塔身，见图1，图2。

锚索系统中的核心组成部分——锚体位于圆弧段，构造上由外侧钢板、内部分丝管、限位横隔板、内填充材料等组成。锚体内部平行设置的雨滴形截面不锈钢分丝管通过摩擦力对拉索进行塔上锚固。锚体内部分丝管之间以特殊材料组成的填充料灌填，用以将拉索通过分丝管传递来的摩擦力转化为径向分力作用于塔身。

4 方案比选范围及内容

通过对当前各类桥塔锚索系统进行分析，对芜湖长江公路二桥主桥这类特大跨径斜拉桥来说，一般都采用钢锚梁锚索系统。而根据本桥的结构受力特点，结合鞍座式锚索系统最新研究成果，增加了同向回转锚索系统在芜湖长江公路二桥主桥上的应用。因此，研究主要包含两类桥塔锚索系统，即同向回转锚索系统与钢锚梁式锚索系统。

研究针对两类桥塔锚索系统的技术安全及经济性进行比较。其中技术安全性比较中，主要针对系统的结构特点、锚索系统及桥塔的安全性能、结构耐久性等；经济性比较根据锚索系统的不同对桥塔造价产生的影响，综合考虑不同锚索系统的经济性指标。

5 技术安全性比选

利用大型通用有限元软件分别对同向回转锚索系统及钢锚梁锚索系统进行分析。结果表明采用同向回转锚索系统的桥塔锚索区在拉索及自重荷载作用下基本处于受压状态，只有在鞍座与桥塔接触的局部角隅位置存在小范围的拉应力，但均在混凝土内部，不影响结构耐久性。

而采用钢锚梁式锚索系统时，混凝土塔壁有受拉的趋势，为了抵消这种受拉趋势在混凝土塔柱中设置了预应力。但随着混凝土预应力的损失，在混凝土塔壁外侧也可能会出现少许拉应力，对混凝土结构的耐久性造成不利的影响，见图3，图4。

在断索工况下，如果采用同向回转锚索系统，则断索只会对混凝土桥塔的总体受力性能产生影响。而对混凝土其他锚固区的局部没有明显的影响，在索塔鞍座锚固位置断索鞍座在该区域无荷载效应。其对面鞍座锚固区范围的应力无明显增加。

而采用钢锚梁式锚索系统则在断索后对面拉索的水平力均由

混凝土塔壁承担，在混凝土塔壁中会产生一定的拉应力，影响混凝土桥塔的耐久性。

6 经济性比选

采用同向回转锚索系统时，由于空间布置要求较大，因此桥塔混凝土用量也要相对提高，同时基础工程量也有所变化。因此，对锚索系统的经济性比较，应当是全塔的综合经济性比较。同向回转鞍座锚索系统与钢锚梁锚索系统的综合经济比较如表1所示。

分类鞍座/万元钢锚梁/万元索塔混凝土3 864.14 129.0索塔钢筋5 432.66 340.2索塔预应力109.4147.4鞍座/钢锚梁1 958.82 611.7劲性骨架1 167.41 090.8施工辅助设施3 207.63 278.0索塔合计15 740.017 597.0

经综合经济性比较，采用同向回转鞍座锚索系统，桥塔综合建安费比采用钢锚梁节约1 857.0万元，相对钢锚梁方案节省约10.6%。

7 结语

研究通过对斜拉桥各类锚索系统进行调研，结合芜湖长江公路二桥的实际情况，选取可行的锚索方式，并进行综合的技术安全性与经济性比选，确定合理的锚索系统，为设计人员在大跨径斜拉桥总体设计及锚索系统的选型提供了依据，也为今后同类斜拉桥的设计提供了新的思路。