陳曉暉 張弢甲

1中國石油管道局工程有限公司設計分公司

2中國石油天然氣股份有限公司管道分公司

在長輸油氣管道懸索跨越形式中，橋面結構、管道以及輸送介質等荷載均通過吊索傳遞到主纜上，而吊索與主纜通過索夾進行連接，主纜與索夾之間的抗滑摩阻力能夠保證上述荷載傳遞的有效性。如果索夾抗滑摩阻力[1]不能滿足工程要求，將會導致索夾產生滑移，從而影響全橋結構安全。

對于大跨徑、大管徑、多管道懸索橋，由于承受載荷較大，主纜直徑也相對較大，通常此類大直徑主纜優(yōu)先采用PPWS[2]工藝進行架設，但綜合考慮施工工期、場地以及輔助措施等影響因素，將大直徑主纜拆分為雙主纜，采用成品索直接安裝的方式無疑更具有優(yōu)勢。雙纜體系[3]依靠主纜與吊索的彈性伸縮完成主纜間的荷載轉移，但由于受不可避免的安裝誤差影響，雙纜體系往往承受不均衡荷載，這也進一步導致雙纜索夾的抗滑移性能研究更具特殊性和針對性。

本文以實際工程為背景，根據主纜架設方式，將索夾設計為上下對合[4]、左右對稱式，以拉力試驗機為主要模擬設備，在主纜上安裝千滑力傳感器，然后將主纜夾緊成型，通過分析索夾負荷-位移曲線以及計算索夾摩阻因數相互驗證索夾抗滑移性能是否滿足要求。

1 雙主纜式索夾的設計

（1）根據主纜布置形式，索夾采用左右對稱式，索夾剖面圖如圖1所示，主纜錨固孔中心間距為550 mm。

圖1 雙纜索夾剖面圖Fig.1 Profile of double-cable clamp

（2）索夾采用上、下對合形式，其立面圖如圖2 所示，上下半索夾結合面配備4 根290 mm×45 mm×10 mm橡膠密封墊。

圖2 雙纜索夾立面圖Fig.2 Vertical view of double-cable clamp

（3）索夾兩側各采用6個10.9級M20承壓型高強螺栓進行錨固，每個索夾共設置12個高強螺栓。

（4）待剝離掉主纜PE 層后，進行索夾安裝，安裝完成后對索夾部位主纜進行密封、防腐處理[5]。

（5）索夾材質采用ZG20Mn。

（6）自主塔位置起，每5 m 處安裝一個索夾，抗滑移試驗選取全部索夾類型中安裝傾角最大的索夾。

2 試驗數據的確定

根據SY/T 7345—2016《油氣輸送管道懸索跨越工程設計規(guī)范》的規(guī)定，索夾抗滑移安全因數≥3。

根據主纜曲線方程y=（其中l(wèi)為主跨長度，f為主纜矢高，x為自主塔起索夾安裝的橫向距離）可知，索夾安裝位置夾角的正切值tanφ=y'=，因此x=5 m 時，索夾安裝傾角[6]最大，tanφ=0.388 7，所以索夾最大安裝傾角為arctan（0.388 7）=21.24°。

索夾承受的下滑力如圖3所示。根據工程實際情況，吊索索力為95 kN，由吊索拉力產生的索夾在主纜上的最大滑移力為95 kN×sin 21.24=34.42 kN，取安全因數為3，則索夾抗滑移力為3×34.42 kN=103.26 kN。因此，確定索夾滑移力為105 kN，即試驗最大負荷為105 kN。

圖3 索夾下滑力示意圖Fig.3 Schematic diagram of sliding force of cable clamp

3 試驗試件及裝置

（1）與主纜同型號的一次性索股2段，長度約1 m。主纜配套索索夾1 套，每套索夾包含M20-10.9 級螺栓副12套。

（2）試驗拉力機及配套鋼管套2套。

索夾在試驗機安裝示意圖如圖4所示，現(xiàn)場完成后效果如圖5所示。

圖4 索夾試驗安裝示意圖Fig.4 Schematic diagram of cable clamp test installation

圖5 雙纜索夾在試驗機上安裝完成效果圖Fig.4 Effect drawing of the installation of double-cable clamp on test machine

4 試驗步驟

（1）制作與主纜同型號試驗段索體2 段，每段長約1 m，保證端面平整，捆扎結實。

（2）在索段上裝卡索夾及鋼管套（安裝位置需要剝除PE層），用扭矩扳手按照先中間后兩邊的順序逐個對索夾螺栓分三次施加預緊力，索夾上螺栓編號如圖6所示。螺栓預緊力第一次以50%設計預緊力為準，對稱擰緊；第二次以80%預應力為準，反序對稱擰緊；第三次以100%預緊力（首次安裝預緊力為設計預緊力/0.7=150/0.7=215 kN）再次依序擰緊。螺栓擰緊完成后在索體上標記兩索夾的位置。

（3）在索夾的錨固螺栓上安裝應變片，監(jiān)測高強螺栓軸力。

（4）啟動試驗機對鋼管套施加拉力，施加荷載為3～5 kN/s，用來模擬吊索在主纜方向上的下滑力[7]，達到試驗荷載后保持約120 min，并在索體上標記兩索夾的位置。

（5）繼續(xù)加載試驗機拉力，直至主纜索夾發(fā)生滑移，記錄此時試驗機拉力數據。

圖6 高強螺栓編號Fig.6 Number of high strength bolt

5 結果及分析

（1）索夾負荷及位移。加載荷至試驗拉力，并保持120 min 后，觀察索夾是否產生滑移，以此判定在試驗荷載和設定安全因數情況下，索夾抗滑移情況能否滿足工程實際需要。主纜索夾負荷-位移曲線如圖7所示。

圖7 索夾負荷-位移曲線Fig.7 Load-displacement curve of cable clamp

根據負荷-位移曲線圖，索夾的位移隨加載負荷的增大而逐漸增大，當達到試驗負荷后，索夾位移也達到最大。本次試驗，達到試驗負荷并保持120 min后，索夾最大位移約為0.12 mm，考慮試驗誤差的影響，認為索夾未產生滑移，滿足使用要求。

（2）索夾摩阻因數。試驗機荷載增大至試驗荷載并保持120 min 后，繼續(xù)增加負荷，直至索夾產生滑移，記錄此時荷載數據。此時，根據設置在螺栓上的應變片，測定各螺栓的軸力[8]，如表1所示。

采用式（1）計算索夾的抗滑移摩阻因數。式中：μ為摩阻因數，取0.15；Ffc為索夾抗滑摩阻力，N；k為緊固壓力分布不均勻因數，取2.8；P′tot為主纜索夾上螺栓的實際夾緊力，N。

當試驗機荷載增大至165.7 kN時，主纜索夾發(fā)生滑移。索夾發(fā)生滑移時，12 根螺栓軸力合計為216.7 kN。經計算，索夾抗滑移摩阻因數為0.27，大于規(guī)范0.15的建議取值要求，說明索夾抗滑移儲備充足。

表1 高強螺栓軸力監(jiān)測數據Tab.1 Axial force monitoring data of high strength bolt

6 結論及建議

（1）采用左右對稱式、上下對合式索夾能夠解決雙主纜式懸索橋吊索與主纜的錨固問題。

（2）通過分析負荷-位移曲線，根據索夾的位移情況可初步判定索夾是否產生滑移，但仍需通過分析錨固螺栓軸力來計算索夾摩阻因數，進一步將數據結果與規(guī)范要求進行對比，才能得出設計索夾抗滑移效果是否滿足實際需要。

（3）通過螺栓軸力監(jiān)測數據可知，最大軸力（22.6 kN）約為最小軸力（14.3 kN）的1.58倍，與單主纜索夾錨固螺栓相比，相差幅度較大。其主要原因在于雙纜索夾體積較大，螺栓分布范圍較大，螺栓緊固力的均勻性相對較弱，而索夾內摩阻力主要受螺栓緊固力的影響，因此對于雙纜索夾的設計，其螺栓選型和布置應作為重點。

（5）因管道安裝完成、管道試壓等工況對主纜影響較大[9]，建議雙主纜式索夾在安裝完畢后，對索夾錨固螺栓進行復擰，以進一步確保索夾內應力的均勻性，提高索夾的抗滑移能力。