一种带阻滑索夹的缆索用销接型索夹副及抗滑计算方法与流程

本发明属于桥梁悬索、建筑预应力弦支结构的预应力拉索用夹具设计领域，具体为一种带阻滑索夹的缆索用销接型索夹副及抗滑计算方法。

背景技术：

桥梁悬索、建筑预应力弦支结构的预应力拉索需要借助专门设计的夹具在局部位置进行紧固，同时夹具还需要与传力构件吊索进行可靠的连接，以保证结构稳定。销接型索夹因为造型简单、对缆索线形的适用性良好，节省铸造成本而被广泛使用，详见《cablesupportedbridgesconceptanddesign》(尼尔斯j.吉姆辛著)。但是传统销接型索夹，在与索夹相连接的吊索或预应力拉索的拉力作用下，直接受拉的吊索索夹体会发生相应变形，导致相对于被箍紧的悬索或预应力拉索表面的脱空的趋势，降低索夹紧固力，进而降低索夹的抗滑摩阻力，对索夹与被箍紧缆索构件之间的可靠连接造成不利影响，增加索夹滑移风险。详见论文《基于多尺度模型的索夹抗滑极限摩阻力分析》(《桥梁建设》2016年第5期)、《螺栓竖向紧固型缆索索箍受力特性及设计准则研究》(《桥梁建设》2008年第2期)。目前运营中的悬索桥出现吊索索夹滑移的案例报道数见不鲜，滑移距离可达到30mm，给结构安全带来隐患，详见《现代桥梁养护与管理》(陈惟珍等编著)。这一工程问题亟待得到解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决在吊索拉力作用下，缆索用销接型夹具因抗滑摩阻力降低而出现滑移的问题。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种带阻滑索夹的缆索用销接型索夹副，包括销接型主索夹和阻滑副索夹；所述销接型主索夹包括一块上半索夹体和一块带有耳板的吊索索夹体，上半索夹体和吊索索夹体的连接部位设置有相互配合的嵌合企口，上半索夹体和吊索索夹体和企口嵌合后使用螺栓副连接；所述阻滑副索夹包括两块对合的半索夹体，两块半索夹体对合后使用螺栓副连接；所述阻滑副索夹安装在销接型主索夹的滑移侧，其端面与销接型主索夹端面紧密贴合。

上述索夹副的抗滑计算方法，其抗滑力f采用以下公式计算：

f＝μa[(kl)^main+(kl)^vice](1)

其中，μa为索夹孔壁与缆索表面沿缆索轴向的名义摩阻系数，(kl)^main为主索夹在预应力高强螺栓紧固力与吊索力共同作用时对缆索的紧固压力，(kl)^vice为副索夹在其预应力高强螺栓紧固力作用时对缆索的紧固压力，其具体计算方法如下：

其中，为主索夹上安装的预应力高强螺栓总的张拉力，为阻滑副索夹上安装的预应力高强螺栓总的张拉力，μθ为索夹孔壁与缆索表面沿缆索表面环向的名义摩阻系数，t为吊索力，为索夹在缆索上的安装倾角。

索夹副的抗滑力计算方法，基于库伦摩擦原理，参见式(1)，其特点在于：主索夹对缆索紧固力由螺栓力与吊索力共同决定，阻滑副索夹对缆索紧固力仅由螺栓力决定，参见式(2)；索夹在缆索上通过预应力高强螺栓紧固后，索夹孔内表面与缆索钢丝之间出现显著的挤压咬合现象，索夹内表面呈现平行的条纹状凹陷，索夹与缆索表面接触的摩阻系数在环向和轴向不同，公式中对两个方向的摩阻系数采用不同量，参见式(2)。

本发明提供的带阻滑索夹的缆索用销接型索夹副，能够增加索夹与缆索连接的抗滑移可靠性，其原理是：当主索夹因抗滑承载力降低或吊索下滑力增加导致主索夹产生向缆索下游滑移趋势时，会受到阻滑副索夹的阻挡而停止滑移趋势，从而继续保证与缆索的可靠连接，阻滑副索夹的抗滑承载力因不受吊索力影响，具有良好的抗滑性能。本发明提供的针对该类型索夹副的抗滑力计算方法，考虑到吊索力对索夹抗滑力的削弱影响，相对于现行行业规范中不考虑吊索力影响的销接型索夹抗滑力计算方法，其计算结果更准确。

附图说明

图1为带阻滑索夹的销接型缆索用索夹副的三维图示；

图2为该索夹副的侧视图；

图中：1-主索夹、2-阻滑副索夹、3-预应力高强螺栓副、4-索夹中心，-索夹安装倾角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的基本思想是：在销接型主索夹的滑移侧安装与其端面贴合的阻滑副索夹，当主索夹因紧固力降低或吊索力增加出现滑移趋势时，副索夹对其提供支撑作用使得滑移不会发生，从而保障索夹与缆索之间可靠连接，副索夹因不受吊索力影响，其自身具有良好的阻滑性能。针对该类型索夹副的抗滑力计算方法基于库伦摩擦定律，考虑吊索力对抗滑力的削弱影响，较现行行业规范对销接型索夹抗滑力计算忽略吊索力影响的做法，能够得到更准确的结果。

参见图1，带阻滑索夹的缆索用销接型索夹副，包括销接型主索夹、阻滑副索夹及预应力高强螺栓副。主索夹包括两块对合的夹体，受吊索力作用的一侧设置带销孔的耳板，以与吊索销接，在主索夹滑移侧，安装阻滑副索夹，其端面与主索夹端面贴合，主、副索夹的对合夹体均采用预应力高强螺栓副连接，紧固于缆索之上。

索夹副的抗滑力计算，基于库伦摩擦定律，并考虑吊索力影响。公式推导过程如下：

第一步，不考虑吊索力影响，仅分析螺栓力作用下，索夹对缆索的紧固压力。由索夹微元体平衡得索夹与缆索之间，的径向压力q(θ)表示为

其中，μθ为索夹孔壁与缆索表面沿缆索表面环向的名义摩阻系数，将q(θ)沿索夹内壁圆周积分得，索夹对缆索径向压力总和(kl)为

其中ptot＝2p为全部螺栓紧固力的总和；

第二步，仅考虑吊索力作用，分析吊索力作用下索夹与缆索之间的径向压力改变量δq(θ)，由下半索夹(带耳板的索夹体)微元体受力平衡得下半索夹与缆索径向压力减小量表示为

由下半索夹整体受力平衡状态得

其中，δp为吊索力作用引起的附加螺栓拉力，t为吊索力，为索夹安装倾角，参见图2；

第三步，利用叠加原理，分析索夹在螺栓力、吊索力共同作用下对缆索表面的径向压力，上半索夹(与带耳板索夹对合的索夹体)对缆索的径向压力q^u(θ)为

下半索夹对缆索的径向压力q^l(θ)为

分别将上半索夹、下半索夹沿其各自圆周范围做积分，并求和，得索夹在螺栓力、吊索力共同作用下对缆索表面的总径向压力

第四步，针对本发明公开的索夹副，其主索夹对缆索的紧固压力受吊索力与螺栓力共同影响，计算按步骤三中公式计算，得

其中，为主索夹上安装的预应力高强螺栓总的张拉力；

副索夹不与吊索连接，其对缆索表面紧固压力仅由螺栓力确定，按步骤一中公式计算，得

为阻滑副索夹上安装的预应力高强螺栓总的张拉力；

第五步，针对本发明公开的索夹副，其抗滑力f根据库伦摩擦定律计算，表达式为

f＝μa[(kl)^main+(kl)^vice]

其中，μa为索夹孔壁与缆索表面沿缆索轴向的名义摩阻系数。