缆索吊装高墩施工技术

缆索吊装高墩施工技术（精选7篇）

缆索吊装高墩施工技术 第1篇

洗壁溪大桥为张家界到罗依溪二级公路上的一座大桥,桥长188m,跨越一个深峡谷,上构为30m T梁,墩身为空心薄壁墩,最高墩68m。结合本桥特点介绍空心薄壁高墩的缆索吊装施工工艺。

2 高墩施工中要解决的主要问题

高墩施工主要要解决两个问题:(1)砼的输送与材料、人员的提升。(2)模板的安装与拆除。

3 缆索吊的设计

3.1 主索系统:

本桥全长188米,本桥缆索吊装采用单跨主索布置,单组主索布置方案。主索跨径为220米,两主索塔架至地锚的距离各为80米左右,主索塔架设在距桥台18米的位置。

主索地锚:主索地锚是承受主索及其他索具拉力的锚固装置,一般采用地坑式卧拢和钢筋混凝土桩柱式两种。本桥采用地坑式卧拢主索地锚,根据地质条件,主索地锚需专门设计(每个主索地锚伸入地下约3米左右)。

主索千斤索:主索千斤索采用与主索直径一样φ32.5毫米的钢丝绳,2根主索千斤索对应一根主索,安全系数为主索安全系数的两倍。

3.2 主索塔架:

主索塔架根据受力计算,采用贝雷架拼设,塔架横断面为1.5米×3米,两塔架间距220米。6号台侧主索塔架中线定在桥中心线上,离桥台18米,主索塔架高24米。

0号台侧主索塔架中线同样设定在桥中心线上,离桥台18米,加上桥台7米和引桥1×9米,塔前平台有21米长,以利于扣索塔架安装和吊装操作。主索塔架高21米,比6号台侧塔架低3米,有利于减少吊装时的牵引力。

3.3 跑车、牵引索、超重索:

跑车是缆索吊装中的起吊、运送预制构件的起重工具,一般采用二套组合式跑车,本桥采用组合式跑车,最大起重能力为30吨,在跑车中,主索、牵引索、起重索分三层布置,互不干扰。牵引索根据牵引力大小选用钢丝绳,采用φ24的钢丝绳,走1或走2布置。起重索拉力安全系数大于或等于5~6。

3.4 吊装前的准备工作。

(1)全面检查和调试好所有吊装设备及设施。(2)检查和准备好施工安全设备,如安全帽、安全带等,确定医护人员、医药和急救车辆等。(3)做好吊装水准观测和中线观测的准备工作。(4)做好吊装指挥、通讯联络等准备工作,确定吊装指挥和付指挥人选。指挥用对讲机、扩音广播等。吊装前统一指挥信号,并召集指挥人员和吊装工作人员进行学习和练习,做到熟练掌握。同时对起重、牵引、扣索等卷扬机进行编号,指挥人员按编号进行指挥。(5)再次复核和审查吊装技术设计,以确保各吊装设施和设备在吊装施工中的绝对安全。(6)组织全体吊装施工人员,经常认真学习吊装施工安全操作规程,安全生产制度和安全生产责任制,使全体吊装施工人员牢固树立安全生产、质量第一、安全第一的思想。(7)认真研究和制定试吊方案,因为吊装施工设计和设备安装正确与否,只有经过试吊才能检验,要使全体吊装人员了解试吊方案,明确任务,以达到试吊的目的。同时,要准备好试吊的重物。(8)试吊工作采取最大吊重的70%、100%和115%。

4 模板与施工平台体系的基本结构

4.1 高墩施工中常用的模板施工有以下几种:(1)滑模施工法。

滑模由提升架、模板、工作平台、提升系统组成,工期快,但必须耗用大量滑升支承杆材料和测量-施工定位的劲性骨架材料,成本较高,且由于该桥墩处深峡谷中,施工组织困难。(2)提升模板施工法。该施工方法施工控制容易,但施工速度较慢,劳动强度较大,工期不易把握。(3)爬模施工法。该施工方法实现了节段施工流水作业,劳动强度小,施工控制方便,但爬升结构体系复杂,工序较繁琐,成本也较高。(4)翻模施工法,成本较低,施工速度快,用料少,工艺简单。但施工控制和安全保证较难。

项目部通过比较决定用采成本较低,施工速度快,用料少,工艺简单翻模施工法。

4.2 模板与砼施工操作平台的结构。

(1)模板用组拼式大模,共两节,每节2.4米高,每块模板外设3道槽钢围檩,通过对拉螺栓与内模固定。(2)砼施工操作平台用型钢拼制高5.2米,放在两根工字钢上。随模板的提升而提升。

5 墩身施工

5.1 首节模板的安装,在承台上测量放出大样,并在模板安装的位置用水泥砂浆找平,误差控制在3mm以内。

模板安装好后测量工程对模板的主要角点的平面位置进行校核。

5.2 模板安装校核好无误后,才能进行砼的浇灌。砼用缆索吊提升至工作平台。

5.3 模板拆除与翻升,模板用人工拆除后再用缆索吊提升至下一节安装位置进行安装。

5.4 按即定顺序进行墩身的各节施工。

6 质量控制

6.1 为确保高墩施工的质量,在施工过程中,要做好墩身的测量和监控。

6.2 为保证砼的外观质量在砼施工时应选择最优施工配合比,即能满足强度要求又能满足施工和易性的要求。

6.3 高墩施工由于多次立模多次浇灌砼,易引起施工缝处外观质量下降,所以在模板安装时应注意:

上下层模板应设橡胶垫,并用玻璃胶对接缝进行处,以保证模板接缝严密。

6.4 合理安排砼的施工时间。

6.5 砼的前期养护要及时。

7 安全措施

7.1 参加吊装的操作人员要有明确的分工,并建立岗位责任制。

7.2 吊装作业区严禁非工作人员进入,所有人员均不得在起吊和运行的吊物下站立。

7.3 对缆索吊装设备要定期进行检查和维修。

7.4 自然条件恶劣,大雨和6级以上大风时;操作人员不全,影响工作进行时严禁、吊装作业。

7.5 模板施工平台及砼施工平台上必须挂好安全网。

8 结语

拱桥缆索吊装施工技术 第2篇

预制的拱肋 (箱) , 一般均有起吊、安装等过程, 因此, 必须对吊装、搁置、悬扶、安装等状况下的拱肋进行强度验算, 以保证拱肋 (箱) 的安全施工。

1.1 吊点 (搁置点) 位置确定及吊运时内力计算

拱肋的吊点及移运搁置点位置的合理选择, 需要结合拱肋的截面形式和配筋情况, 以及在起吊、运输、安装过程中的受力状况, 综合考虑。拱肋一般采用两个吊点。当拱肋分段较长或拱肋曲率较大时, 可采用四个吊点, 使拱肋受力更为均匀。同时还应该根据拱肋的截面形式及配筋情况, 由截面应力的计算来确定吊点的位置。计算吊运过程中拱肋的内力时, 计算荷载一般仅有自重和考虑吊运过程可能产生的冲击力, 冲击系数一般取1.2~1.5。这样就可以通过拱肋的内力及应力计算, 确定合理的吊点位置。在实践中, 常常根据以往的设计经验, 再结合施工条件, 先确定吊点位置, 然后再计算内力, 进行强度验算。

1.2 边段拱肋悬挂的内力计算

当拱肋分三段 (或三段以上) 预制时, 边段拱肋安装就位后须悬挂, 对此必须计算悬挂状况下的拱肋内力及扣索的拉力。

(1) 边段拱肋悬挂时扣索的计算。边段拱肋悬挂后, 由于拱脚支承处尚未用混凝土封牢, 仍可视为铰接。

(2) 边段拱肋悬挂时自重内力的计算。为了计算悬挂的边段拱肋由自重产生的内力, 可采用分段的计算方法, 按静力平衡条件求出拱肋在自重作用下的弯矩和轴向力。这样就可确定内力最大的截面位置, 并按最大内力进行强度验算。

(3) 边段拱肋由于中段拱肋搁置于悬臂端部时所产生的内力计算。当中段拱肋吊装合拢时, 对边肋悬臂端部的作用力大小, 与拱肋接头型式、施工吊装设备、操作熟练程度等许多因素有关, 很难准确计算。目前, 一般均按中段拱肋重量的15%~25%作为中段拱肋合拢时对边肋悬臂端部的作用力。

1.3 中段拱肋安装时的内力计算

中段拱肋在吊装合拢时, 由于起重索放松过程很慢, 往往在起重索部分受力的情况下, 接头与拱座逐渐顶紧成拱, 使拱肋受到轴向力作用。因此, 在设计时虽然中段拱肋仍按简支于两边肋悬臂端部的梁来计算, 但荷载可只按中肋自重的30%~50%计算, 即g= (0.3~0.5) W/L, 式中L为中段拱肋的弧长, W为中段拱肋的实际重量。这样, 当内力计算后即可进行强度验算。有时为了满足吊运、搁置的要求, 可在跨中区段增加配置若干适当长的钢筋。

2 施工加载程序设计

2.1 施工加载程序设计的计算步骤

目前, 在设计施工加载程序时, 多采用影响线加载计算内力及挠度, 再进行强度、稳定、变形的验算。计算步骤大致可分为:

(1) 绘制计算截面的内力及挠度影响线。

(2) 根据施工条件初步拟定施工阶段。

(3) 在左、右半拱对称地将拱圈分环、分段, 再将已分的各环按段计算重量。分段宜小, 以便于调整加载范围。

(4) 按照各阶段的工序, 拟定加载顺序及加载范围, 在影响线图上分段逐步加载, 求出各计算截面在此荷载作用下的内力及挠度, 并验算强度。加载时, 要左、右半拱对称进行, 尽量使各计算截面的计算弯矩及挠度最小, 截面应力及挠度不超过允许值, 并尽量使计算截面不出现反复变形 (挠度) 。

(5) 根据强度及挠度计算情况, 调整施工加载顺序和范围或增减施工阶段。这一计算工作往往需要反复多次, 才能做出较恰当的施工加载程序方案。

(6) 在主拱圈砌筑完成后, 拱上建筑的施工只要由拱脚向拱顶对称均衡地砌筑, 就能保证拱圈的安全, 故可不再进行计算。对于多孔连续拱桥, 也需注意相邻孔的砌筑要协调, 防止桥墩的过大变形。施工加载程序设计既重要又繁琐, 因此, 一方面需要探讨合理加载程序的简化计算方法, 同时也应在主拱圈的型式、构造及施工方法等各方面作进一步的改善。例如目前由于采用了薄壁箱形截面的拱肋 (拱箱) , 既能大大减少施工程序, 加快施工进度, 又能保证拱圈的安全。

2.2 施工加载时的挠度控制及加强稳定性的措施

施工加载程序设计时, 应计算加载各工序各计算截面的挠度值, 以便在施工过程中控制拱轴线的变形情况。因为这时在施工过程中难以对拱肋的应力变化情况进行观测, 而通常只能通过拱肋的变形反映出来。为了保证拱肋 (拱圈) 的施工安全和施工质量, 必须用计算所得的挠度值与加载过程中的实测挠度值进行对照, 如实测挠度值过大或出现不对称变形等异常现象时, 应立即分析原因, 采取措施, 及时调整施工加载程序。

施工实践表明, 计算挠度值与实测值, 有时两者的差值较悬殊, 其原因主要是计算拱肋 (拱箱) 截面刚度时, 一方面计算中未充分反映拱肋在施工过程中出现裂缝的实际情况;另一方面是计算采用的材料弹性模量与实际的也不一致。因此, 对于计算挠度值, 也要在施工过程中结合实测挠度值加以校核和修正。

另外, 温度变化对拱肋挠度的影响也很大。为了消除温度对拱肋加载变形的干扰, 还必须对温度变化引起拱肋挠度变化的规律进行观测, 以便校正实测的拱肋加载挠度值, 正确地控制拱肋的受力情况。

某拱桥缆索吊装施工塔架设计分析 第3篇

1 工程概况

1.1 桥梁结构简况

江瑶大桥位于福建省宁德市寿宁县山区, 为省道S202线寿宁犀溪至湄洲岛公路宁德市境内段寿宁城关至南溪段B2标 (九岭至尤溪段) 中的跨河桥, 东连寿宁县城关, 西连寿宁县平溪镇。桥面宽9m, 桥跨采用16m×2空心板+110m上承式钢筋混凝土拱桥4m×13m空心板。主拱圈为等截面悬链线无铰拱, 净跨110m, 矢跨比1/6, 拱轴系数m=1.756, 拱圈横断面由5片拱箱预制组成。

1.2 吊装施工方案

江瑶大桥缆索吊装施工方案如图1所示。寿宁岸塔架布置在桥台后40 m, 平溪岸塔架布置在桥台后10 m, 采用一套主索系统, 索塔顶部设置移动式索鞍, 以实现拱桥的每片拱圈都能在纵向进行对中吊装, 同时在河两岸的锚碇上设置700k N的转向平衡轮将主索并成6排, 以保证主索均匀受力, 主索的垂度通过转向滑车来控制。吊装设计的单个构件最大吊重为580k N。

2 塔架设计方案

吊装塔架采用主扣塔一体化形式, 总高度55 m, 索塔铰接在扣塔上, 使用塔架缆风索平衡索系引起的不平衡水平力。塔架采用N型万能杆件拼装, 钢材牌号为Q345, 初选的杆件 (角钢) 尺寸及截面特性见表1。

2.1 索塔结构

索塔高度为15m, 横向宽度为2m, 为门式塔架, 在塔顶布置两层交错分配梁和移动式索鞍。其中14m高度由万能杆件拼装而成, 底部通过铰支座与扣塔连接。索塔结构简图如图2所示。

2.2 扣塔结构

扣塔高度为40m, 横向宽度为4m, 为门式塔架。全部由万能杆件拼装而成, 塔顶铰接有索塔, 底部则是固结于地面基座, 索塔结构简图如图3所示。

3 塔架结构分析

3.1 索塔受力分析

应用Midas有限元软件进行索塔结构建模, 选用梁单元模拟万能杆件, 模型包括100个节点, 352个梁单元。考虑对称性, 受力分析选索鞍距塔顶中线0m、1.5m、3.025m三种工况, 其结构受力情况见图4。可见, 索塔的最大拉应力为228.9MPa, 最大压应力为235.5 MPa。二值皆小于Q345钢的强度设计值310MPa, 满足受力要求。

3.2扣塔受力分析

应用Midas有限元软件进行扣塔结构建模, 选用梁单元模拟万能杆件, 模型包括300个节点, 1148个梁单元。经分析, 当运输中间段拱肋时, 扣塔处于最不利受力状态。考虑对称性, 选索鞍距塔顶中线0m、1.5m、3.025m三种工况进行扣塔结构受力分析, 其结构受力情况见图5。可见, 扣塔的最大拉应力为98.7MPa, 最大压应力为285.9MPa, 前者为侧立面斜杆, 后者为主弦杆, 二值皆小于Q345钢的强度设计值310MPa, 满足受力要求。

3.3塔架刚度和稳定性

3.3.1塔架整体刚度

依据文献[2], 塔脚铰接时塔顶位移不得大于H/150~H/200, 塔脚固结时为H/400~H/600 (H为塔高) 。因此, 索塔的纵向位移容许值为7.5~10cm, 扣塔的纵向位移容许值为6.7~10cm。

索塔的位移值可按下式[3]计算

式中, QH为索塔平衡后作用在索塔上的水平外力最大值, 999.8k N;L为缆风索的水平跨度, 5 5 m;EK为缆风索的弹性模量75 600 MPa;F为正向缆风索的横截面积, 38 240 mm2;β为缆风索与地面的垂直夹角, 45°。

经计算, 索塔的位移值为2.69cm, 远小于容许值, 索塔刚度满足要求。

经有限元分析 (略) , 扣塔的最大位移值为7.81cm, 稍大于容许下限值, 小于容许上限值。考虑施工塔架属于临时性结构, 容许值宜取上限, 故扣塔刚度也满足要求。

3.3.2塔架整体稳定性

塔架为门式结构, 出于偏安全考虑, 仅对其中一个立柱进行计算, 且忽略另一侧立柱的有利影响。采用等效压杆法进行塔架的整体稳定性计算, 计算公式[4]为

式中, N为作用在塔架上的竖向力, k N;φ为挠曲受压折减系数;∑F为塔架的横截面面积, cm2。

1) 索塔整体稳定性

索塔立柱为四肢格构式构件, 属于b类截面。首先根据下式[4]计算立柱的换算长细比:

式中, A立为主弦杆的横截面面积, cm2;A斜为斜杆的截面面积 (cm2) ;λ0为塔架的整体长细比, i为等效回转半径;Ai为杆件的截面积, cm2;I1为杆件的惯性矩, cm4。

经计算得到:λ=25.8。依λ值和截面类别, 查文献[4]可得φ=0.95, 则由式 (2) 可得σ=52.1MPa<[σ]=310MPa, 满足要求。

2) 扣塔整体稳定性

计算方法同上。由于扣塔立柱截面惯性矩Ix>Iy, 所以选y轴方向进行分析。经计算得σ=45.1MPa<[σ]=310MPa, 满足要求。

4 结语

缆索吊装施工塔架采用主扣塔一体化形式, 结构合理、紧凑;塔架采用N型万能杆件拼装具有施工便捷、高效的特点。大型塔架结构较复杂, 冗余约束多, 适宜运用有限元建模进行受力分析, 然后根据最不利工况的受力情况, 进行结构的强度、刚度、稳定性验算。

本工程塔架结构的分析计算表明, 结构的强度、刚度、稳定性均满足要求, 但经济上还有不尽合理之处。优化建议如下:

1) 索塔仅少数几根构件的拉、压应力略超过Q235的强度设计值, 而结构的刚度和稳定性均有很大安全富裕, 可通过结构杆系布置的优化, 减少杆件数量或减小截面尺寸或降低钢材的标号。

2) 扣塔的杆系受力很不均匀, 侧面斜杆的拉应力值很小, 可以减小构件截面尺寸, 但考虑到整体刚度没有安全富裕, 优化设计应结合构件布置调整统筹进行。

参考文献

[1]陈宝春.拱桥技术的回顾与展望[J].福州大学学报 (自然科学版) , 2009, 37 (1) :94-105.

[2]JTGD60—2004公路桥涵设计通用规范[S].

[3]蔡裕民.吊装工艺计算近似公式及应用[M].北京:北京工业出版社, 2004.

缆索吊装钢管混凝土拱桥施工技术 第4篇

关键词：缆索吊装,钢管混凝土,拱桥

1 工程概况

大连开发区滨海路东寺沟至国际会议中心一号桥滨临海边、跨越山谷、造型优美, 是大连滨海路上为数不多的亮点之一, 工程的建设受到了当地社会各界的关注。

主桥为中承式钢管混凝土无铰拱桥, 计算跨径120m, 矢高27m, 拱轴线采用悬链线。主拱拱肋为钢管混凝土结构, 采用哑铃形截面, 两拱肋均内倾11°呈提篮式布置。

2 总体吊装方案

大桥跨越一天然山谷, 拱顶距谷底62m, 地势较陡, 给施工带来了很大困难。若采用在谷底搭设支架的方法施工, 将耗费巨大的人力、物力, 初步估计需要军用墩、军用梁等2000t, 且受场地及周围环境的制约支架搭设极为困难。经比选后决定采用缆索吊机分段安装拱肋及横梁, 斜拉挂扣系统保证拱肋安装段稳定的施工方案、大大节省了施工措施费用。

3 关键施工技术

大桥施工主要采用了缆索吊装斜拉挂扣施工技术, 以下详细说明缆索吊机的设计及应用。

3.1 缆索吊的设计和安装

根据各吊装单元的相关参数 (见表1) 和地形条件等确定缆索吊的构造:由于谷底地势较陡, 不易形成足够空间的吊装平台, 在靠东寺沟一侧设置长度35m与塔架同宽的吊装平台, 故主索跨径为200m, 塔高40m, 东西两侧塔顶等高, 主锚桩采用1.8m挖孔桩, 扣锚桩为1.5m挖孔桩, 桩长均为8m, 布置位置见图1。主索、平衡索都固定在主锚桩上, 扣索固定在扣锚桩上。主索、起重索、牵引索、扣索、平衡索均采用6×37+1钢丝绳, 各索规格及性能见表2。

3.1.1 主索

共布置两组主索, 每组主索采用两根Φ60.5钢丝绳, 为满足合拢段安装高度、主索强度的要求, 主索垂度分两个阶段取值, 根据各构件吊装重量 (见表1) 确定两个吊装阶段相应内力, 见表3。为适应提篮拱肋各节段的安装位置, 主索采用横移式索鞍, 可在塔架分配梁上任意移动。

主索初始张力:

$\begin{array}{l}\text{Η}{}_0^3+\text{Η}{}_0^2\{\frac{\text{E}{}_{\text{k}}\text{F}\cos {}^2\text{β}}{24\text{Η}{}_{\text{m}}^2}[3\text{Q}(\text{Q}+\text{G})+\text{G}{}^2]-\text{Η}{}_{\text{m}}\pm \text{ε}\text{Δ}\text{t}\text{E}{}_{\text{k}}\text{F}\text{c}\text{o}\text{s}\text{β}\}-\frac{1}{8}\text{Q}{}_0(\text{Q}{}_0+\text{G})\text{E}{}_{\text{k}}\text{F}\text{c}\text{o}\text{s}{}^2\text{β}-\frac{\text{G}{}^2\text{E}{}_{\text{k}}\text{F}\text{c}\text{o}\text{s}{}^2\text{β}}{24}=0\\ \text{Η}{}_0^3+651\text{Η}{}_0^2-95000000=0\end{array}$

解得:H0=313.8kN

确定安装初始垂度:

$\begin{array}{l}\text{f}{}_0=\frac{\text{g}\text{l}{}^2}{8\text{Η}{}_0\cos \text{β}}+\frac{\text{Q}{}_0\text{l}}{4\text{Η}{}_0}=\frac{0.267\times 200{}^2}{8\times 313.8}+\frac{52\times 200}{4\times 313.8}\\ =12.5(\text{m})\end{array}$

3.1.2 起重索

起重索采用Φ24钢丝绳走六线, 起重卷扬机选用5t慢速卷扬机, 卷扬速度每分钟10m。

起重索张力$\text{Τ}{}_{\max }=\text{λ}\frac{\text{Q}}{\text{n}\text{η}{}_1^{\text{m}}\text{η}{}_2^{\text{μ}}}=1.0\times \frac{228.5}{6\times 0.96{}^5\times 0.96{}^2}=50.7(\text{k}\text{Ν})$

安全系数$\text{Κ}=\frac{\text{Τ}{}_{\text{n}}}{\text{Τ}{}_{\max }}=\frac{293.952}{50.7}=5.8>5$

接触应力$\text{σ}{}_{\text{m}\text{a}\text{z}}=\frac{\text{Τ}{}_{\max }}{\text{F}{}_{\text{起}}}+\text{E}{}_{\text{k}}\frac{\text{d}}{\text{D}{}_{\min }}=\frac{50.7\times 10{}^3}{210.87}+75600\times \frac{1.1}{350}=478(\text{Μ}\text{Ρ}\text{a})$

安全系数$\text{η}=\frac{[\text{σ}]}{\text{σ}{}_{\max }}=\frac{1700}{478}=3.56>2$

3.1.3 牵引索

牵引索采用Φ24钢丝绳走三线。

由主索张力普遍方程求得靠近塔架30m处主索水平张力为780kN。

由tgθ=tg$\text{β}+\frac{2\text{x}-1}{2\text{Η}{}_{\text{x}}}(\frac{\text{g}}{\cos \text{β}}+\frac{\text{Q}}{\text{l}})=0+\frac{2\times 170-200}{2\times 780}\times (\frac{0.2568}{1}+\frac{308}{200})$

求得升角θ=9.16°

跑车运行阻力:

W1=Q (sinθ+μcosθ) =308× (sin9.16+0.016×cos9.16) =53.9 (kN)

起重索运行阻力:

W2=T起 (1-ηm) =50.7× (1-0.964) =7.6 (kN)

后牵引索自然张力:

$\text{W}{}_3=\frac{\text{q}{}_1\text{x}{}_1^2}{8\text{f}}=\frac{0.5946\times 170{}^2}{8\times 8}=26.9(\text{k}\text{Ν})$

总牵引力:

W=W1+W2+W3=53.9+7.6+26.9=88.4 (kN)

牵引索最大拉力:

T引= (W+2Lq1) (2-ηn) = (88.4+2×200×2.946×10-2) (2-0.964) =129.1 (kN)

安全系数$\text{Κ}{}_{\text{引}}=\frac{\text{Τ}{}_{\text{破}}}{\text{Τ}{}_{\text{引}}}=\frac{293.952\times 3}{129.1}=6.8>3$

牵引索接触应力:

$\begin{array}{l}\text{σ}{}_{\text{引}}=\frac{\text{Τ}{}_{\text{引}}}{\text{F}{}_{\text{引}}}+\text{E}{}_{\text{k}}\frac{\text{d}}{\text{D}{}_{\min }}=\frac{129.1\times 10{}^3}{632.611}+75600\times \frac{1.1}{350}\\ =441.7(\text{Μ}\text{Ρ}\text{a})\end{array}$

安全系数$\text{Κ}{}_2=\frac{[\text{σ}]}{\text{σ}{}_{\text{引}}}=\frac{1700}{441.7}=3.8>2$

牵引卷扬机选用8t慢速卷扬机, 卷扬速度每分钟18m。

3.1.4 扣索

扣索采用单根Φ47.5钢丝绳, 由塔顶绕过扣索索鞍, 固定在扣锚锚桩上, 调整拱肋标高时只需在扣锚桩处调整扣索长度即可, 操作起来简单方便。各工况扣索索力见表4, 在合拢后东寺沟侧2扣受力最大为327.2kN, 扣索破断拉力为1175.797kN, 安全系数K=1175.797/327.2=3.6。

3.1.5 平衡索

平衡索的材料选用钢丝绳, 用卷扬机张拉, 一端锚固于主锚锚桩上, 一端固定在塔架顶部平衡塔顶水平力。为减小塔顶的水平位移及其给拱肋安装带来的影响, 平衡索选用Φ21.5钢丝绳走六线, 来减小平衡索的弹性伸长。平衡力最大为117kN, 考虑滑轮组效率后单根索最大拉力为33.15kN, 平衡索单根破断拉力为242.932kN, 安全系数7.3, 最大伸长量为191mm。

3.1.6 塔架

塔架采用万能杆件搭设, 采用主、扣塔合一的形式, 塔根部与塔基础固结。为适应拱肋最高点、主索垂度等要求, 塔高设计为40m, 在20m处设置一道横联。每个塔设置三根立柱, 横联以下部分立柱尺寸为2×4m, 横联以上立柱尺寸为2×2m。塔架柱底宽度20m, 塔头24m, 立柱立杆为N1 (4-∠120×120×10mm) , 横杆为N4 (2-∠75×75×8mm) , 斜杆为N5 (2-∠75×75×8mm) , 在塔头、横联及立柱变截面处均进行了加强, 采用 N1、N2 (4-∠120×120×10mm) 作为横杆和立杆。

东西两侧塔架构造相同, 以下以东寺沟侧塔架为例介绍本桥塔架各施工阶段施工控制方法及各工况受力分析。塔架采用midas建立模型, 采用梁单元模拟塔架, 索单元模拟平衡索, 各施工阶段平衡力用初张拉荷载施加, 各施工阶段见表5, 力学模型见图2。

此桥仅为5段拼装, 合拢前可通过扣索与起重索一起调整拱肋合拢标高, 故塔顶位移对施工的影响不大, 所以施工时只针对塔的强度和稳定性通过塔顶位移量进行判断, 能保证塔的安全性即可。

塔架万能杆件应力最大工况为安装合拢段时, 最大应力为受压128.4MPa<131.5MPa, 能够满足塔架强度及稳定性要求。

3.1.7 锚桩

锚桩桩长均为8m, 入岩7m。嵌岩为强风化石英岩, 桩周土的极限摩阻力按角砾取150kPa, 承载力500kPa。锚桩桩身均采用C25混凝土, 主锚桩配筋为26根Φ28螺纹钢筋径向均匀布置, 扣锚桩配筋为22根Φ28螺纹钢筋。将锚桩外力分为水平力和竖向力进行计算, 见表6。

3.1.8 缆索吊的安装

塔架安装:首先由人工在地面拼装塔架, 每4～8m为一节段, 再用吊车进行拼装, 然后再安装上下分配梁及索鞍。安装塔架的同时可进行锚桩的施工。

安装主索:先由人力牵引一根Φ21.5钢丝绳由一端主锚桩出发, 越过两个塔顶至对岸主锚桩作为通绳;再用通绳和一个8t卷扬机牵引主索至对岸, 穿过平衡轮再返回主锚桩上临时固定。

安装跑车、起重索:先将主索放长至地面, 用吊车把跑车平放在主索上, 再安装起重上挂, 并穿入起重索于上下挂滑轮上, 安装配重于起重挂上, 收紧主索至初始安装垂度, 起重索随之抽出。

安装牵引索:将牵引索两端的死头打在跑车的两端, 将牵引索在跑车附近穿好, 利用通绳将牵引索转向滑车牵引至两端塔顶并越过塔顶固定在主索上。

3.2 缆索吊装斜拉挂扣法安装拱肋及横梁

3.2.1 拱肋安装

每片拱肋各分为5段, 两拱肋间共有风撑7道, 肋间横梁2道, 吊杆横梁采用预应力混凝土梁共19片, 均用缆索吊机进行安装。拱肋及风撑安装顺序为:西侧左侧1#段→西侧右侧1#段→西侧1#段肋间风撑→东侧左侧1#段→东侧右侧1#段→东侧1#段肋间风撑→西侧左侧2#段→西侧右侧2#段→西侧2#段肋间风撑→东侧左侧2#段→东侧右侧2#段→东侧2#段肋间风撑→左侧合拢段→右侧合拢段→合拢段间风撑。

(1) 吊装就位

起吊前应先对整片拱肋在加工车间进行预拼, 保证各段接口及整体线形无误后运至现场准备吊装。两拱肋轴线均为悬链线, 且内倾11°呈提篮式布置, 故安装时需注意标高、平面位置、内倾角度三个方面的控制。

首先将拱脚设计成一个具有足够强度并能自由转动的临时铰, 待合拢后将临时铰固结。

平面位置及标高的控制:每段拱肋采用两点吊装, 可用前后主吊钩来调整标高, 风缆绳调整平面位置。每段安装时应预留一定的预拱, 第二段安装时必须保证与第一段的相对位置符合设计要求, 即以拱铰为轴, 根据第一段前端的标高确定第二段的安装标高, 就位后将两段临时连接。合拢前可用主吊钩和扣索配合调整一、二段拱肋的标高, 符合要求后进行合拢段的安装。

内倾角的控制:根据内倾的角度确定吊点在拱管上环向的位置, 使拱肋吊起时在自重的作用下自然产生内倾角度, 并在拱肋环向设置吊环, 用倒链挂在主吊钩和吊环上对拱肋内倾角进行微调。

(2) 平衡索、扣索张拉及线形调整

采用5t慢速卷扬机在主锚桩处施加平衡力, 由于施加平衡力的主要目的是平衡塔顶水平力, 保证塔架的安全, 故依据塔顶位移量控制各施工阶段施加的平衡索力, 见表5。本桥平衡力的施加分为两个阶段:

阶段一:安装第一段拱肋直至挂一扣, 平衡力施加47kN, 塔顶位移量-32mm。

阶段二:安装第二段拱肋、挂二扣直至吊装拱肋合拢段, 平衡力施加117kN, 塔顶位移量-91mm。

由于塔外力包括主索、起重索、牵引索、扣索、缆风索等对塔的作用, 而实际上还包括摩擦力、风力、温度等因素及测量误差的影响, 塔顶位移计算数值和实际测量数值有较小偏差, 但能保证塔架的安全。

扣索采用钢丝绳越过塔顶直接固定在拱肋扣点和扣锚桩上, 调整拱肋标高时只需配合主索在扣锚处张拉或放松扣索, 安装拱肋时宁高勿低, 调整时用放松扣索的方法使拱肋达到就位标高。

(3) 合拢

拱肋第2#节段全部安装完成后, 尽快地实施合拢。合拢前通过扣索和主吊钩对拱肋线形、标高进行调整, 选择温度稳定时段实施瞬时合拢。在拱顶中部预留节段合拢缺口, 在扣点高程满足设计要求的情况下 (高程内应计入温差校正值) , 丈量缺口长度, 加工合拢节段, 并在一天内最接近设计温度时合拢。

此拱肋安装方法简单可行, 适用于可采用5段拼装的拱肋安装, 即使在预拱度的预留有较小的偏差的情况下也可进行调整, 可以保证拱肋的线形。

3.2.2 吊杆横梁安装

由于吊杆横梁长度22m, 两拱肋间距19～8.6m, 风撑纵向间距15m, 不易从两拱肋上方下降就位, 故在东寺沟侧拱脚处修建平台和便道, 使运输车运梁至拱肋下方, 由缆索吊的左右两根主索挂住横梁的两端吊点同时起吊, 平行移动至对应吊杆位置直接安装在吊杆上。横梁标高通过调整吊杆两端螺母实现, 在横梁安装完成后整体测量一次横梁标高, 计算出偏差及需调整螺母的螺丝数, 再将每根横梁逐一调整即可。

4 结束语

通过采用缆索吊装斜拉挂扣法安装主拱拱肋, 保证了拱肋合拢线形, 且在标高和平面位置的施工偏差均不超过2cm。大桥建成以后, 外形美观且各项指标均达到了相关规范标准要求, 用较小的成本成功地建出了精品, 显示了大连开发区基本建设管理中心的施工组织能力和技术实力, 为大连开发区赢得了良好的社会、经济效益。

参考文献

[1]周水兴, 邹毅松.路桥施工计算手册[M].人民交通出版社.

[2]JTJ 041-2000, 公路桥涵施工技术规范[M].

缆索吊装高墩施工技术 第5篇

拱桥施工中常用的缆索吊装法重点就在于使拱桥在成桥后其内力、线形与设计的内力、线形相一致[1]。但是, 在拱桥的实际施工过程中会有很多误差产生, 比如:拱箱预制误差;预制到拱箱吊装时间内温度、混凝土收缩、徐变[2]造成拱箱的伸长和缩短;吊装误差等。这些误差必然使最后实际成桥内力与设计值不符。目前, 对大跨度钢筋混凝土拱桥的研究主要有拱圈拼装过程中扣索索力确定、标高预抬量的计算[3]和拱桥挠度理论[4]等, 但是关于拱箱预制、吊装或其他原因引起的实际拱轴线与设计拱轴线偏离和这种情况对施工阶段、成桥内力影响的研究却较少。文献[5]中拱桥安装质量检测标准规定:两对称接头相对高差在L>60 m时允许偏差为±L/3 000 mm, 防止出现反对称变形。因此, 有必要对大跨径钢筋混凝土拱桥的拱轴线偏离进行研究总结。

1计算模型

本文以白水溪大桥为计算模型。大桥位于贵州省境内, 净跨125 m, 为等截面钢筋混凝土箱形悬链线无铰拱桥, f/L=1/6, f0=20.833, m=1.347。主拱圈纵向分为5段预制吊装, 纵向有4个接头如图1所示, 横向由5个箱体并列组合, 通过纵横连接构造形成闭合箱形拱圈, 总宽为8 m (见图2) 。该桥在夏季开始进行拱箱预制, 10月完成拱桥吊装。由于施工本身预制误差和混凝土受温度影响等因素, 使拱圈实际尺寸与设计值存在偏差, 吊装接头误差达到± (1～4) cm。本文使用桥梁博士建立计算模型, 共有120个单元, 121个节点, 划分11个施工阶段。以此模型计算拱圈吊装过程中实际拱轴线与设计拱轴线偏差在规范允许值±L/3 000 mm=±125/3 000 mm=±40 mm时, 对拱桥成桥内力和挠度的影响。

按4个接头的竖向误差发生情况, 可分为以下10个典型工况 (见表1) 。

以2号接头提高1号接头下降为例, 说明第一施工阶段即拱箱吊装阶段发生接头误差后, 如何建立实际拱轴线坐标的方法。如图3所示:当发生图示误差时, 保证两个拱脚和3号, 4号接头的坐标不变, 只将1号接头在设计拱轴线坐标上竖向降低40 mm, 2号接头在设计拱轴线坐标上竖向提高40 mm, 其间节点坐标以直线变化。令原拱轴线坐标为y0, 因接头坐标提高和降低引起的坐标变化为Δy, 则变形后拱轴线坐标为y0+Δy, 其中, Δy= (tg1-tg2) ·x, ④, ⑤段之间的拱轴线坐标不变。其他工况分析同上。

2计算结果

在确定了新的拱轴线坐标以后, 以变形后的坐标计算其后施工阶段直到成桥的内力 (轴力、剪力、弯矩) 和位移 (竖向挠度) , 再与设计线形下的内力、位移比较, 将九个控制截面的计算结果列出如下。

2.1 对结构轴力的影响

选取成桥设计轴力与在接头误差影响下的轴力比较, 计算公式为:

$\begin{array}{l}\text{接}\text{头}\text{误}\text{差}\text{对}\text{内}\text{力}\text{影}\text{响}\text{百}\text{分}\text{比}=\\ \frac{⌶\text{况}i\text{对}\text{应}\text{内}\text{力}-\text{设}\text{计}\text{线}\text{形}\text{对}\text{应}\text{内}\text{力}}{\text{设}\text{计}\text{线}\text{形}\text{对}\text{应}\text{内}\text{力}}\times 100\%(1)\end{array}$

由数据分析可知:接头坐标误差对结构成桥状态下的轴力影响在-0.2%～+0.11%以内。因此, 吊装过程中接头的提高和下降对拱桥成桥后的轴力影响可忽略不计。

2.2 对结构剪力的影响

选取成桥设计剪力与在接头误差影响下的剪力比较, 公式同式 (1) 。接头误差对结构成桥状态剪力的影响见表2。

由表2数据分析可知:误差对剪力影响最突出的工况是2号接头提高3号接头下降, 使拱顶截面的剪力明显增大了37.77%, 而对远离该接头截面的剪力影响较小, 在±10%以内。同时2号接头提高1号接头下降、2号接头提高和1号2号接头提高对跨中剪力的影响也达到了近20%。以上四种工况都使得跨中的剪力有明显的提高。工况1号接头提高2号接头下降使跨中剪力降低21.27%。其他的工况对全桥的影响较小, 都在±10%以内。影响最小的工况是1号～4号接头同时提高, 对成桥剪力的影响在±4%以内。因此得出结论:1) 在结构拱顶两接头位置发生反对称的竖向位移误差时, 对跨中的剪力不利, 如果发生对称误差如1号～4号接头同时提高对全桥的影响很小。2) 接头误差对剪力的影响主要发生在该接头附近, 对远离该接头的截面影响很小, 可以忽略。3) 1号接头提高会引起L/4截面剪力提高3%～9%左右, L/8截面剪力降低3%～10%左右;同理, 1号接头下降使L/4截面剪力降低, L/8截面剪力提高。

2.3 对结构弯矩的影响

选取成桥设计弯矩与在接头误差影响下的弯矩比较, 公式同式 (1) 。接头误差对结构成桥状态弯矩的影响见表3。

由表3数据分析得:接头误差对全桥弯矩的影响主要体现在两个拱脚截面处, 最大值达到近±140%, 而在L/8～7L/8范围内的影响仅有±13%左右。其中工况1号接头提高4号接头下降对弯矩的影响最大, 为-138%, 2号3号接头提高、2号接头提高1号接头下降等工况所造成的影响也在±100%左右。1号～4号接头同时提高对全桥影响较小。比较后得出以下结论:

1) 接头吊装误差对结构弯矩的影响主要集中在两个拱脚截面, 对其余截面影响较小。2) 1号接头不论是上升或下降都会引起同侧拱脚较大的弯矩变化。3) 对称吊装误差例如1号～4号接头同时提高对全桥影响小, 但是非对称和反对称吊装误差对结构弯矩影响较大。

2.4 对结构挠度的影响

选取成桥设计挠度与在接头误差影响下的挠度比较, 公式同式 (1) 。接头误差对结构成桥状态挠度的影响见表4。

从表4数据分析得:接头误差对结构L/8和7L/8截面挠度的影响最大, 对其他截面的影响相对较小。影响最大的是1号接头和4号接头发生一上一下的反对称变形, 影响百分比达到±30%。当1号～4号接头同时提高时的影响最小, 在±5%之内。由此可知:1) 对结构挠度变化的影响程度以反对称的施工误差最大, 正对称的施工误差最小。2) 1号接头提高使同侧L/8截面的挠度值小于设计拱轴线下发生的挠度, 使异侧的7L/8截面的挠度值大于设计拱轴线下发生的挠度;反之1号接头下降引起同侧L/8截面的挠度值大于设计拱轴线下发生的挠度, 使异侧的7L/8截面的挠度值小于设计拱轴线下发生的挠度。3) 从工况1号4号接头提高、2号3号接头提高和1号～4号接头同时提高可以看出, 1号4号接头提高对结构挠度的影响大于2号3号接头提高对结构挠度的影响。

3结语

通过以上分析表明:1) 接头高程误差对全桥截面轴力的影响可以忽略不计。2) 接头高程误差引起该接头附近截面的内力变化较大, 而对较远截面影响较小, 可以忽略。3) 接头误差对结构内力和位移的影响规律为:反对称的施工误差大于非对称的施工误差大于正对称的施工误差。4) 接头误差对弯矩的影响主要集中在两个拱脚截面, 对挠度的影响主要集中在L/8和7L/8截面。

参考文献

[1]裘伯永.桥梁工程[M].北京:中国铁道出版社, 2004:273-295.

[2]李国平.连续拱梁组合桥的性能与特点[J].桥梁建设, 1999 (125) :10-14.

[3]田仲初.大跨度拱桥拱圈拼装过程中扣索索力和标高预抬量的确定[J].铁道学报, 2004, 26 (3) :81-87.

[4]贺栓海.拱桥挠度理论[M].北京:人民交通出版社, 1996:50-64.

缆索吊装高墩施工技术 第6篇

关键词：钢管混凝土,缆索吊装,监测

1 工程概况

细沙河特大桥位于重庆市黔江区两河镇, 该桥主桥采用净跨190米钢管混凝土桁架式中承拱桥, 矢跨比1/4.5, 主拱轴采用悬链线, 拱轴系数1.347, 拱肋为钢管混凝土桁架结构。拱肋上、下弦杆为φ850mm钢管混凝土, 高4.0米, 宽2.1米, 水平向由φ402×10mm无缝钢管连接两根主钢管。腹杆采用φ400×10mm钢管。主拱肋钢管采用φ850×14mm钢管, 通常使用缓凝、早强、微膨胀C50混凝土。拱脚附近4根钢管用砼填实, 形成实体结构。

上部主体结构安装采用“先拱后梁”即先成拱后架设桥面T梁的施工方案, 详见图1所示, 主拱采用“无支架缆吊装、斜拉扣挂”工艺进行施工。

2 缆索吊机的设计、安装

2.1 缆索吊机的设计

2.1.1 吊装系统

通过设计计算, 整个桥有两套提升系统, 四个主要起重系统机根据40t的轴承设计, 主塔将两边的较低的铰链。起重系统的主缆与八个Φ56钢丝绳, 吊装重量70吨。每个部分的拱肋两个升降, 使用钢丝缆联结, 确保两组牵引系统同步进行。K撑、拱顶横撑等构件采用两套系统抬吊或各自单独吊装。

主扣塔架:两岸主塔采用单个6组贝雷桁架片所组成主塔顶设横移横梁 (4组贝雷桁架片所组成) , 并设横移设施。详见如图2所示。

承重主索:塔架主跨为280m。全桥共设两套主索吊装系统连接2套8Φ56mm钢丝绳组成, 单根长度830m, 重载垂度L/14, 空载垂度L/22。钢丝绳抗拉强度1700Mpa。

升力系统:每套主索上布置2个吊点, 全桥共4个, 每个提升钢丝绳使用Φ19.5。每个拱肋部分与两套主缆系统上的起重机连接, 分四个吊点。每个吊点使用18t双滚筒绞车做动力。吊装横撑节段时, 将2套主索分置于拱肋左右两侧 (中心间距26.6m) 进行抬吊。

牵引系统:全桥共四个跑车, 每个跑车采用Φ26的钢丝绳走2线作为牵引。每个跑车采用1台10t慢速双筒卷扬机作动力。

主索地锚:两岸主索地锚均采用桩基与锚杆组合式地拢, 地拢横向间距26.6米。全桥共设4个桩基与锚杆组合式地拢。

2.1.2 扣挂系统

由拱肋扣塔、扣索、塔顶张拉扣点、锚固点、锚索和锚索地锚六部份构成。扣索、锚索一端固定在主拱肋端、地锚端的锚固点上, 另一端在塔顶张拉扣点上张拉、调整。

锚固体系:扣索的前端在拱肋的扣点上锚固, 采用欧威姆P型锚具;后端在扣塔塔顶扣点上锚固, 采用欧威姆15型锚具。锚索后端在地锚的扣点锚固, 采用欧威姆固定端P型锚具;前端在扣塔塔顶扣点上锚固, 采用欧威姆15型锚具。扣索在主拱肋一侧前索在前扁担梁上锚固。

张拉体系:扣索、锚索张拉台座设于扣塔塔顶上。用穿心式24千斤顶对扣索进行逐根分级对称张拉、放张。

2.1.3 稳定系统

索塔稳定系统:吊装索塔设置在两岸扣塔上, 塔底设置铰接, 方便转动。横向缆风索控制索塔横向稳定性, 抗风索在吊塔前后左右分别设置两组 (每组2Φ28mm) 。

扣塔稳定系统:为保证扣塔的稳定性, 扣塔塔顶的位移需要通过经纬仪控制精度, 确保索鞍位移在5mm之内, 如超过限值, 调整复位。为保证扣塔正常、安全的工作, 在扣塔索鞍两侧加设扣塔钢丝绳 (两组2Φ28mm) 作为稳定措施。

横向稳定系统:如果在吊装过程中, 尚未形成双肋节段单元, 须布置抗风索, 保证单肋节段的横向稳定。

2.2 缆索起重机的安装及试吊[2]

缆索吊装系统布置完成后, 需验证其提升能力和系统不同工作条件下的工作状态。缆索吊装系统试吊运行试验主要包括起重及重物选择, 缆索系统的观测、试验数据的收集、整理、分析等工作内容。在调试和试吊的每一个程序中, 都必须进行主索垂度、张力、塔身位移、地锚位移以及吊装设备、设施、机电等的观测。

3 钢管拱肋安装

3.1 钢管拱肋安装程序

3.2 测量与控制

在安装过程中应当做好监测。利用全站仪, 运用交绘放样的方法, 在该大桥两端堤岸上, 定出主桥拱轴线向外侧偏移1.2m的四个平面控制点的桩位, 对预埋拱座的定位、拱肋拼装焊接中的控制、拱肋吊装就位、拱肋吊装过程中的测量、拱肋节段预抬高量、拱肋轴线偏位、吊装锚碇的位移、焊接、合拢等进行监测。

3.3 钢管拱肋的安装

3.3.1 拱肋和横撑安装顺序

根据设计图, 将拱肋和横撑吊装顺序和吊装过程如下图3所示。

3.3.2 首段拱肋的安装工艺

拱肋第一段移置拱座上, 通过倒链装置逐步调整第一段拱脚端铰轴位置, 与预埋的拱座铰铰接上, 扣上扣索并张拉。扣索由2×2束Φ15.24低松弛高强度钢铰线组成, 并根据规范要求作好防护。按同样方法吊同岸另一侧的第一段, 同岸两个同一吊装段肋间风撑安装时, 其横向距离的有效控制通过调位设施实现。

3.3.3 一般拱段的安装工艺

一般拱段按照拟定的施工方法进行施工。扣索挂好后, 对之前的扣索进行调索作业。根据调索作业参数 (索力、拱肋标高、调索顺序) , 对每一根索采用张拉设备逐根、分级、对称张拉。同时用频谱分析仪、水准仪对索力、标高进行监测, 以确保调索顺利进行。

3.3.4 合拢段施工

拱肋前三段安装完成后, 须尽快进行合拢段的安装。合拢温度通常选择在5℃以上, 不超过10℃, 合拢作业须两岸对称同步完成。合拢后需要对拱肋线形、位置、标高实施精确测量已保证合拢顺利进行。确定扣索精度调整到位以后, 方可拧紧连接螺栓, 进行合拢段接头的焊接。施焊前需保证节段间有可靠的临时连接措施, 焊缝间隙用定位板控制, 节段间环向焊缝需要对称焊接。

4 结语

西沙河大桥主拱肋采用无支架缆索吊装施工技术, 在地质条件复杂且高差比较大的情况下, 顺利完成了吊装工作, 取得较好的效果。通过本大跨度拱桥的吊装施工, 使缆索吊装施工技术得到了进一步完善, 积累了施工经验, 对今后类似的工程施工具有较好的借鉴作用。

参考文献

[1]《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000.

[2]吕建根, 张辉.大跨度钢管混凝土拱桥肋缆索吊装施工技术.科学技术与工程;2009.4 (9) ;1064-1067.

[3]《钢结构设计规范》GBJ17-88.

[4]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86.

缆索吊装高墩施工技术 第7篇

关键词：缆索吊装系统,缆索,地锚,施工

1 工程概况

木里河卧落大桥主跨为170 m箱形拱桥, 全桥共长222.0 m, 桥址区地貌单元属高山峡谷区, 河谷相对高差达600 m～1 000 m, 山体自然坡度约65°～70°, 局部呈陡壁。主桥净跨径为160 m的C50钢筋混凝土箱形拱箱, 净矢高26.667 m, 矢跨比1/6, 采用悬链线拱箱, 拱轴系数m=1.756。主拱箱采用无支架缆索进行吊装, 每个箱肋分7段, 最大吊装重量95 t, 节段长24.67 m～25.19 m、宽1.71 m～1.86 m。

2 缆索吊装系统设计

2.1 缆索吊装系统总体布置

缆索设计参数:主索道设计跨度302 m, 最大垂度21 m。包括主跑车、吊点、动定滑轮、配重及其主索自重, 拱箱最大吊重为95 t, 单节段最大实际吊装重量161 t。

1) 主索道主索由12根6×37+FC, 1770级ϕ56mm钢丝绳组成。

2) 起重索由28线6×37+FC, 1770级ϕ24mm, 一套主索的起重系统采用两个吊点, 每个吊点由两组“走”14线动定滑轮组构成, 四个主跑车起重绳布置相同。

3) 牵引索由8线6×37+FC, 1770级ϕ24mm钢丝绳组成。由两组各“走”8线的滑轮组构成。

4) 扣索由6×37+FC, 1770级钢丝绳组成 (其中第一段采用2根ϕ56mm;第二段采用4根ϕ52 mm;第三段采用4根ϕ56 mm) 从拱箱扣点出来的扣索通过扣索索鞍到扣索地锚 (主地锚) 平衡轮, 再通过七轮滑轮组和“走”14线, 最后通过扣索卷扬机收绳。

2.2 地锚系统布置

结合工程实际地形, 全桥地锚共分为主索鞍平台地锚、左岸扣索地锚、左岸主地锚、右岸扣索地锚、右岸主地锚、梁头风缆地锚。

1) 左岸主地锚。

全桥共设置两个主地锚, 左岸主地锚位于里程K0-86 m处, 锚顶高程为1 940.235 m, 主要设置为卧式地锚, 长宽深规格为8 m×3 m×6 m, 上压覆盖C30混凝土作为压重, 地锚预埋22b工字钢, 直接用ϕ48钢丝绳穿绕过工字钢作为预埋千斤扣, 再与主索平衡轮 (扣索平衡轮) 连接。千斤扣全部为3圈6线, 其中主索千斤扣9根, 4根扣索千斤扣分布在主索千斤扣中间, 如图1所示。

左岸主地锚只承受水平拉力, 主要有:主索张力6 469 kN+第三段最大扣索张力1 708 kN=8 177 kN。通过计算其抗滑安全系数为3.3>2, 故左岸主地锚满足施工要求。

2) 右岸主地锚。

右岸主地锚位于里程K0+242处, 锚顶高程为1 936.116 m。右岸主地锚设置为桩式地锚, 上压覆盖C30混凝土压重。为了增大地锚前的被动土压力, 在地锚口开挖一锚洞 (长高深为9 m×3 m×10 m) , 后进行锚桩 (长宽深为13 m×2 m×8 m) 的开挖。为了使混凝土更充分地和岩层基础接触, 采用和左岸主地锚同样的方式布置锚杆, 布置数量为144根。锚洞的轴线与水平面成30°夹角, 如图2所示。

起重转角滑轮、牵引滑轮组千斤扣 (2圈4线ϕ48钢丝绳) 都布置在地锚2—2截面上, 截面与地锚顶距离为1 m。

3 缆索系统计算

单根拱箱通过缆索系统两点起吊 (索跨302 m, 单节拱箱最大吊重950 kN) , 缆索系统参数对照表见表1。

3.1 主索计算

1) 主索荷载。

主索两岸塔架等高, 主索为平坡 (即cosβ=1) , 作用于主索上均布荷载由三部分组成:主索、牵引索和起重索, 合计454.4 kN。

2) 作用于主索上的集中荷载的组成部分。

主跑车、定滑轮轮重、吊点和配重、附加荷载总重、起重索自重及考虑拱箱最大重量 (考虑拱箱荷载的冲击影响系数1.2) , 合计1 614.4 kN。

3) 最大垂度验算。

在缆索吊装过程中, 主索的线形和张力是相互影响的, 它们需要采用循环迭代方法来求解。但本次缆索吊装系统的验算, 由于主地锚的高程和拱箱的拱顶高程已确定, 因此主索的最大容许垂度即可确定:

[f]=H主地锚-H-a-b-h。

主索的最大容许垂度[f]=23.5 m。

因此缆索吊装设计方案中将主索最大下垂高度定为l/15, 则302/15=20.1 m<[f], 能满足吊装高程要求。

4) 最大张力验算。

在主索最大垂度fmax=20.1 m的基础上来进行主缆的最大张力验算。

在最大吊装重量作用下, 主索张力的水平分力计算公式:

${\rm H}{}_{\max }=\frac{Gl}{8f{}_{\max }}+\frac{{\rm P}{}_{\text{总}}}{4f{}_{\max }}(l-s)$。

其中, P总为作用在主索上的最大集中荷载重量;s为相应于P总下两跑车之间的间距, s=9 m。

所以,

Hmax=6 407 kN。

主索的最大张力计算公式:

${\rm T}{}_{\max }=\frac{{\rm H}{}_{\max }}{\cos \theta {}_{\max }}=6490$kN。

其中, θmax为主跨主索的最大水平倾角。

主索钢丝绳容许的破断拉力[T]=19 680 kN, 因此主缆的安装载重系数为${\rm K}=\frac{[{\rm T}]}{{\rm T}{}_{\max }}=3.03＞[3.0]$, 满足施工规范规定。

5) 架设空缆时的初始张力和垂度。

根据上述最大吊重下的主索的线形和张力, 可以逆向求出架设空缆时的初始张力和初始垂度。经计算空缆架设时的主索初始张力的水平分力为3 068 kN, 初始安装时的跨中垂度为17.265 m (计算过程略) 。

6) 主索应力验算。

主索的主拉应力计算公式为:

$\sigma {}_{\max }=\frac{{\rm T}{}_{\max }}{F}+\frac{{\rm P}}{n}\sqrt{\frac{E{}_k}{{\rm T}{}_{\max }F}}=581$MPa。

主索主拉应力的安全系数:

主索的主拉应力能满足施工要求。

3.2 起重索张力和接触应力计算

一套起重缆索吊布置两个吊点, 最大吊重为吊装边箱拱肋时的950 kN。缆索系统最大吊重为P=1 614.4 kN, 单吊点最大吊重为T起=807.2 kN, 起重滑车组走28线, 滑轮组效率η=21.1。

则起重索张力安全系数:

起重索的主拉力安全系数能满足相关规定要求。

起重索接触应力验算按:

$\sigma {}_{\max }=\frac{{\rm T}{}_{\max }}{F}+E{}_k\frac{d}{D{}_{\min }}=425$MPa。

其中, D取大于12倍钢丝绳直径。

接触应力安全系数:

起重索接触应力满足施工要求。

3.3 牵引索张力和接触应力计算

牵引索的牵引力一般由牵引索牵引阻力W1、起重索运动阻力W2和后牵引索自然松张弛张力W3三部分组成。跑车在塔架前x=36.6 m处起吊最大拱箱时, 出现最大升角。

主索升角γ计算公式:

$\tan \gamma {}_{\max }=\frac{l-x}{2{\rm H}}\left(\frac{{\rm P}}{l}+g\right)=0.151(x=36.6\text{m}$处) 。

经计算, 牵引力:

W=W1+W2+W3=421 kN。

牵引索的最大拉力:

T引= (W+2lg) (2-ηn) =592 kN。

牵引索拉力的安全系数:

钢丝绳张力满足要求。

牵引索接触应力验算按:

$\sigma {}_{\max }=\frac{{\rm T}{}_{\max }}{F}+E{}_k\frac{d}{D{}_{\min }}=639$MPa。

其中, D取大于12倍钢丝绳直径。

接触应力安全系数:

牵引索接触应力满足施工要求。

4 结语

该系统通过在卧落大桥的成功运用, 具有以下特点:1) 系统结构简单、施工快捷、操作简便、使用安全;2) 采用该缆索系统布置周期较短;3) 采用该缆索系统成本低。缆索吊装是一种灵活性高、施工较简便、技术较成熟的吊装方法。

参考文献

[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2002.

[2]周水兴, 何兆益, 邹毅松, 等.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社, 2002.

[3]毛伟琦.大跨径钢筋混凝土拱桥吊装设计施工[J].公路, 2007, 35 (9) :56-57.