大跨徑拱橋纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

孟 云 黃坤全 劉 彬

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 555004； 2.貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001)

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大跨徑拱橋纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

孟 云1黃坤全1劉 彬2

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 555004； 2.貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001)

結(jié)合香火巖特大橋工程實(shí)例，介紹了纜索吊裝系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，從索塔系統(tǒng)、纜索系統(tǒng)分項(xiàng)設(shè)計(jì)、錨碇設(shè)計(jì)等方面，闡述了大跨徑拱橋纜索吊裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，對(duì)提高施工效率、縮短工期、降低成本等有一定的意義。

拱橋，纜索，索塔，錨碇

0 引言

拱橋由于其跨越能力大、施工相對(duì)簡單、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，近年來如野山河特大橋、大寧河特大橋等多座大跨徑拱橋被應(yīng)用于西部橋梁建設(shè)的工程實(shí)踐中。此類橋梁在拱肋等主要構(gòu)件的施工過程中，受建設(shè)場(chǎng)地地形的限制，難以應(yīng)用支架安裝、浮船吊裝等常規(guī)安裝方法，纜索吊裝系統(tǒng)有其自身特點(diǎn)，可以作為此類結(jié)構(gòu)施工的方案之一。

1 工程概況

香火巖特大橋橋址位于貴陽市，橫跨香火巖峽谷，主橋采用跨徑300 m 的上承式鋼管混凝土變截面桁架拱，拱軸線采用懸鏈線，拱軸線系數(shù)m=1.543，矢高h(yuǎn)=54.545 m，矢跨比f=1/5.5。主拱圈采用等寬度變高度空間桁架結(jié)構(gòu)，斷面高度從拱頂5 m變化到拱腳 9 m(中到中)。單片拱肋寬度2×5 m(中到中)，橫橋向兩片拱肋間的中心距為17 m。肋間設(shè)置橫聯(lián)和米撐。上、下弦拱肋均采用變截面鋼管，拱肋管徑由拱腳φ1 200 mm×26 mm 變至拱頂φ1 200 mm×32 mm。鋼管拱肋對(duì)接接頭采用內(nèi)法蘭盤栓接、管外焊接的形式進(jìn)行連接。管內(nèi)灌注 C55 自密實(shí)微膨脹混凝土。

2 纜索吊裝系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

香火巖特大橋施工纜索跨徑確定為190 m+410 m+360 m，主纜吊重為130 t。纜索系統(tǒng)主要由索塔系統(tǒng)(H形鋼塔及萬能桿件塔)、錨固系統(tǒng)、繩索系統(tǒng)、天車和支索器系統(tǒng)、卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)和索鞍橫移系統(tǒng)等組成。

3 索塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)

索塔系統(tǒng)兩岸橋塔高度分別達(dá)62.11 m和56.91 m，索塔系統(tǒng)采用西乙型萬能桿件索塔鉸結(jié)于H形鋼支撐塔頂組拼而成的桁

架結(jié)構(gòu)，滾動(dòng)索鞍設(shè)置在萬能桿件塔頂，用于放置承重索、起重索、牽引索等，如圖1所示。

索塔結(jié)構(gòu)計(jì)算采用Midas/Civil建立空間模型，采用梁單元模擬橋塔構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算和穩(wěn)定性分析，模型共有節(jié)點(diǎn)850個(gè)，單元2 434個(gè)(見圖1)。計(jì)算中主要考慮索塔結(jié)構(gòu)自重、纜索設(shè)備自重、吊重及起吊牽引等產(chǎn)生的荷載，同時(shí)考慮了背索安裝后初張拉力對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，索塔最大壓應(yīng)力為上部桅桿式塔架根部的豎桿，為77 MPa，最大拉應(yīng)力為上部桅桿式塔架的分配梁，為142 MPa；支撐塔最大拉應(yīng)力為47 MPa，最大壓應(yīng)力為96 MPa；塔頂最不利荷載工況下最大位移88 mm；第一階穩(wěn)定系數(shù)11.1。各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果表明索塔系統(tǒng)剛度和強(qiáng)度均能滿足正常工作時(shí)的要求。

4 纜索系統(tǒng)分項(xiàng)設(shè)計(jì)

4.1 承重索設(shè)計(jì)

承重索支承于兩岸塔架的索鞍上，最大工作垂度L/16，拉索截面采用8φ60纖維芯鋼絲繩(6×37+PPC)，共設(shè)2組。單根截面積為16.93 cm2，彈性模量為8.0×104MPa，公稱抗拉強(qiáng)度為1 870 MPa，破斷拉力222 t。作用于承重索上的荷載，按作用形式分為集中荷載和均布荷載，其中集中荷載Q=183.243 t；均布荷載q=0.26 t/m。

承重索計(jì)算基本假定包括：承重索在塔頂索鞍處可以自由縱向活動(dòng)且不計(jì)摩阻力，索體為理想柔性索且不考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性、在自重作用下其軸線為拋物線。將承載索等效為承受均布荷載和集中荷載的梁，根據(jù)彎矩和豎向力平衡計(jì)算得到承載索最大水平張力和支點(diǎn)反力，并得到承重索最大張力及其安全系數(shù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果承重索安全系數(shù)：

4.2 起重索設(shè)計(jì)

起重索用于控制吊運(yùn)構(gòu)件的垂直運(yùn)輸(見圖2)，其兩端跨過兩側(cè)主塔分別與兩岸卷揚(yáng)機(jī)相連接，拉索截面采用φ28纖維芯鋼絲繩，采用定5動(dòng)4走8方式穿繞。單根截面積2.95 cm2，彈性模量8.0×104MPa，破斷拉力50.7 t，選用4臺(tái)10 t起重卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引。

起重索上的荷載包括：最大吊重120 t、下掛及扁擔(dān)重12 t和起重索共10.243 t，不計(jì)偏載系數(shù)，可知每臺(tái)跑車承擔(dān)荷載38.061 t。

4.3 牽引索設(shè)計(jì)

牽引索用于控制吊運(yùn)構(gòu)件的水平運(yùn)輸(見圖3)，拉索截面采

用φ32纖維芯鋼絲繩(6×37S+PPC)，采用走4方式穿繞；此外為平衡主索吊重時(shí)產(chǎn)生的水平力設(shè)置了纜風(fēng)系統(tǒng)。單根截面積3.93 cm2，彈性模量8.0×104MPa，破斷拉力66.2 t，采用4臺(tái)15 t起重卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引。

5 錨碇設(shè)計(jì)

該橋纜索錨碇采用巖錨錨碇，單個(gè)錨碇布置24束6-φ15.2巖錨，錨索錨固長度25 m，鉆孔孔徑為110 mm，注漿漿體采用M40水泥漿，桿體為6-φ15.2高強(qiáng)低松弛壓應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa，單根鋼絞線截面面積為140 mm2。

6 結(jié)語

通過本橋纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決了西部山區(qū)特殊地形條件下施工過程中拱肋等大型構(gòu)件施工平臺(tái)，對(duì)提高施工效率、壓縮工期、降低施工過程成本具有積極意義,為后期西部山區(qū)大跨徑拱橋的使用積累了相關(guān)設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，可進(jìn)行廣泛推廣。

[1] 冉茂學(xué)，許紅勝.山區(qū)大跨懸索橋施工纜索的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]．中外公路，2009(4)：101-103.

[2] 孫重光，賀曉紅.公路施工材料手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3] 魏 磊.瀑布溝大橋工作索的設(shè)計(jì)及工作原理[J].山西建筑，2007，33(6)：336-337.

[4] 巖土錨桿(索)技術(shù)規(guī)程[M].北京：中國計(jì)劃出版社,2005.

The design and analysis on long-span arch bridge cable hoisting system

Meng Yun1Huang Kunquan1Liu Bin2

(1.GuizhouHighwayGroupLimitedCompany,Guiyang555004,China; 2.GuizhouBridgeConstructionGroupLimitedLiabilityCompany,Guiyang550001,China)

Combining with Xianghuoyan super bridge engineering as an example, this paper introduced the overall design scheme of cable hoisting system, from the cable tower system, component design cable system, anchorage design and other aspects, elaborated the design calculation method of long-span arch bridge cable hoisting system, had certain significance to improve the construction efficiency, shorten the construction period, lower cost etc..

arch bridge, cable, cable tower, anchorage

1009-6825(2016)11-0165-02

2016-02-01

孟 云(1979- )，男，碩士，高級(jí)工程師； 黃坤全(1956- )，男，研究員； 劉 彬(1976- )，男，研究員

U448.22

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