摘 要：普者黑南盤江大橋主橋主跨采用930 m鋼桁梁斜拉橋，空間雙塔雙索面體系，索塔采用鑽石形混凝土塔，泸西側塔高385 m,丘北側塔高325 m,為目前國内山區環境最大跨徑、最大塔高的鋼桁架斜拉橋。通過綜合比選研究，考慮運輸安裝、安全耐久及疲勞性能，大橋斜拉索采用2 000 MPa級鋼絞線斜拉索，全橋共240根斜拉索，最大索長493.3 m。斜拉索在梁端的錨固采用雙拉闆整體式錨箱錨固方式，塔端的錨固采用鋼錨梁方式，張拉端均設置在塔端。斜拉索在塔端斜拉索套筒内設置内置式減振橡膠塊，在梁端安裝外置式電渦流阻尼器，并采用可有效降低斜拉索HDPE外護套管風阻系數的雙螺旋線結構。

關鍵詞：大跨徑斜拉橋;鋼桁架;斜拉索;空間索面;鋼絞線;設計研究;

基金：交通運輸行業重點科技項目，項目編号2021-MS1-049;中交第一公路勘察設計研究院有限公司科技創新基金項目，項目編号KCJJ2021-20;

普者黑南盤江大橋為泸西～丘北～廣南～富甯高速公路上的一座特大型橋梁，位于雲南省紅河州和文山州境内，全橋總長1 777 m, 橋面距江底最大高差達460 m。主橋為雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋，橋跨布置為3×84 m 108 m 930 m 108 m 3×84 m=1 650 m, 主跨跨度達到930 m, 大橋建成後将成為世界上跨徑最大的公路鋼桁梁斜拉橋。受運輸條件和施工場地的限制，主跨主梁采用闆桁結合鋼桁梁。考慮邊孔壓重，邊跨主梁采用鋼桁—混凝土橋面闆組合梁。索塔采用鑽石形混凝土塔，泸西側塔高385 m, 丘北側塔高325 m。基礎采用大體積矩形承台 群樁基礎。斜拉索采用鋼絞線拉索，最長拉索的長度近500 m。過渡墩和輔助墩均采用空心薄壁墩，基礎采用群樁基礎。泸西岸無引橋，丘北岸引橋采用3×40 m預應力混凝土現澆箱梁。大橋橋型布置如圖1所示。

橋位處地形起伏較大，山區峽谷風存在地形綜合效應，流場複雜，橋面設計風速較大，超長斜拉索在峽谷風下風緻振動比較嚴重。持續的拉索振動會加劇索股的疲勞和腐蝕，嚴重降低拉索的使用壽命，大大增加橋梁的全壽命成本，嚴重時甚至使拉索在短時間内産生疲勞斷裂而最後影響整座橋梁的安全[1,2,3]。因此，橋梁的斜拉索選型和設計尤為關鍵。

根據國内外已建橋梁情況，斜拉橋拉索主要有平行鋼絲斜拉索和鋼絞線斜拉索兩種[4]。這兩種拉索的綜合比較見表1。

平行鋼絲斜拉索由直徑為7 mm的高強度鍍鋅鋼絲組成，鋼絲強度可達到2 000 MPa, 拉索錨具采用冷鑄錨。拉索在工廠大規模生産，為便于拉索盤圈運輸，在工廠制造中需将索扭轉2°～4°。平行鋼絲斜拉索拉索組成全部在工廠制作完成，在現場整體安裝、整體張拉。

鋼絞線斜拉索由若幹股直徑為15.2 mm的高強鍍鋅鋼絞線組成，鋼絞線一般采用鍍鋅鋼絞線或者環氧塗層鋼絞線，拉索錨具采用夾片式群錨。鋼絞線經鍍鋅或噴塗環氧塗層後，外層再用HDPE熱擠壓包裹成型。鋼絞線斜拉索索體及零部件均在工廠制作，運至現場後逐根安裝張拉。

兩種拉索的構造示意如圖2所示。

通過綜合比較，兩種斜拉索在技術上均可行。經統計，在滿足大橋受力的前提下，就成品平行鋼絲拉索而言，大部分的索盤直徑都在3 m以上，最大直徑達到4.1 m, 對運輸車輛及道路要求較高；而鋼絞線拉索單根索盤直徑為1.7 m, 可大大減小運輸條件帶來的不利影響。考慮到本項目地處山區，運輸條件較差，同時為保證斜拉索具有足夠的安全性、耐久性，推薦本橋選擇施工經驗成熟穩定的鋼絞線斜拉索。

圖1 普者黑南盤江大橋橋型布置

表1 平行鋼絲斜拉索和鋼絞線斜拉索比較

圖2 構造示意

目前，斜拉橋多采用抗拉強度為1 860 MPa的斜拉索。随着鋼絞線制造工藝的提升，斜拉橋的跨度也不斷增加，對拉索的性能要求也越來越高[5,6],小風阻高承載将是斜拉索的發展趨勢。近年來，東洲湘江大橋等項目采用了2 000 MPa級别的鋼絞線。2 000 MPa強度鋼絞線供貨價格比1 860 MPa鋼絞線增加不到10%,但提高鋼絞線強度級别可以在一定程度上減小拉索直徑，從而減少材料用量。根據國内已有研究成果，2 000 MPa鋼絞線相比1 860 MPa鋼絞線，具有以下幾點優勢：(1)2 000 MPa鋼絞線疲勞性能更加優異，可延長斜拉索的使用壽命；(2)破斷力提高7.4%,同規格斜拉索具有更高的安全系數；(3)可以減小斜拉索規格，基本不增加橋梁的整體造價；(4)可以降低斜拉索索徑，提高斜拉索抗風雨激振的能力。

因此，推薦本橋采用2 000 MPa強度鋼絞線斜拉索。

經計算分析，按空間雙索面扇形布置，采用2 000 MPa級鋼絞線，全橋共有240根斜拉索。根據拉索索力的不同，平行鋼絲拉索和鋼絞線斜拉索的索型選擇及數量對比見表2。

由表2可知，由于鋼絞線斜拉索外徑較同型号的平行鋼絲斜拉索大，拉索風阻效應較大，因此總體用量略高，但相差不大。

經前述對比，本橋采用2 000 MPa級鋼絞線斜拉索，空間雙塔雙索面體系，全橋共240根斜拉索，最大索長為493.3 m, 最大規格為280A-61,單根最大重量為37.31 t。根據索力的不同[7,8],需要采用6種型号的斜拉索，即280A-31、280A -37、280A -43、280A-49、280A-55和280A-61。斜拉索總體布置如圖3所示(僅示意半跨)。

表2 斜拉索經濟性對比

圖3 斜拉索總體布置

斜拉索采用公稱直徑為15.2 mm的單絲塗覆環氧塗層預應力鋼絞線，單根鋼絞線截面面積為140 mm2,抗拉強度為fpk =1 960 MPa, 彈性模量E=(1.95±0.1)×105 MPa, 可滿足在應力幅為280 MPa條件下達到200萬次以上抗疲勞性能的要求。

為增加錨具耐久性，拉索錨具内灌注油性蠟防護。拉索外護套管采用具有強抗紫外線(UV)功能的HDPE專用的護套，HDPE外護套管外噴塗2 mm厚聚脲塗層，可提高HDPE外護套管的耐老化及抗沖擊等性能，且不破壞HDPE外護套管雙螺旋線結構，有效降低HDPE外護套管風阻系數。斜拉索一般構造如圖4所示。

為降低風緻振動，斜拉索在塔端套筒内設置内置減震橡膠塊，在梁端安裝外置式電渦流阻尼器，并采用可有效降低斜拉索HDPE外護套管風阻系數的雙螺旋線結構，如圖5所示。

圖4 斜拉索一般構造示意

斜拉索在混凝土索塔上的錨固方案大體可分為鋼錨箱錨固、鋼錨梁錨固和環向預應力錨固3種[9,10]。這3種類型在已建各斜拉橋中均有廣泛應用，且各具優缺點，詳細對比見表3。

圖5 外置式電渦流阻尼器

表3 斜拉索塔上錨固方案比較

斜拉索錨固區受力複雜，承受着上、下部荷載的轉換，對結構受力和安全尤為重要[11]。本橋的斜拉索錨固于主梁上弦杆節點處，對于該形式的鋼桁架梁索梁錨固構造主要有承壓式錨固、雙錨拉闆式錨固和單側錨拉闆式錨固3種方式。雙錨拉闆式錨固方式能夠很好地适應鑽石形索塔斜拉索的布置要求，傳力明确，構造簡單，檢修維護方便，因此推薦雙錨拉闆式錨固方式，如圖6所示。

圖6 索梁錨固構造示意

當采用鋼絞線斜拉索時，其拉索直徑較相同級别平行鋼絲斜拉索的要大，從而導緻拉索受到的靜風荷載大幅增加，并引起主梁靜風橫向位移顯著增大、塔底内力顯著增加等問題。所以，優化大直徑斜拉索風阻系數的氣動措施，成為拉索抗風研究中的另一個重要問題。

螺旋線是解決風雨激振的有效措施，但螺旋線高度對風阻系數影響較大，既需滿足抗風雨激振的要求，又要能有效降低風阻。本項目采用雙螺旋線拉索外護套管，經相關試驗驗證，在W1設計風速條件下，采用了雙螺旋氣動措施的拉索外護套管的風阻系數Cd≤0.8,在W2風速下風阻系數Cd≤0.6。同時，為了降低風阻，本項目斜拉索采用緊湊型索體，拉索外徑較常規索體縮小5%～10%。這兩種措施并舉，大幅降低了斜拉索的風緻效應。

斜拉索是斜拉橋的關鍵構件之一，承載和轉換着全橋的上、下部荷載。普者黑南盤江大橋的最長拉索已達500 m量級，拉索風緻效應顯著，更容易受環境的激勵而産生振動。受結構跨徑、橋址區環境等因素影響，經綜合比選，鋼絞線斜拉索在山區複雜環境下有着較大的優勢，因此推薦本橋采用便于施工運輸、低風阻、強耐久性和高應力幅的2 000 MPa級鋼絞線斜拉索。本橋的建設實施成果，将進一步完善和發展我國在山區複雜風環境下超長斜拉索的設計理念和建造技術。

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