鋼管混凝土拱橋纜索吊裝系統(tǒng)分析

1、鋼管混凝土拱橋纜索吊裝系統(tǒng)分析邵國濤 杜岳濤（長安大學(xué)公路學(xué)院 陜西 西安 710064）摘要: 應(yīng)用于鋼管混凝土拱橋主拱肋施工的纜索吊裝施工法主要是扣塔分離斜拉扣掛法和扣塔一體化斜拉扣掛法兩種施工方式。本文主要研究了扣塔分離斜拉扣掛法在某大跨徑鋼管混凝土拱橋施工中的應(yīng)用，對(duì)纜索吊裝系統(tǒng)進(jìn)行了受力分析，確定了合理的結(jié)構(gòu)體系。關(guān)鍵詞：鋼管混凝土拱橋；纜索吊裝1 工程概況纜索吊裝施工法是根據(jù)纜索吊機(jī)的吊裝能力，將拱肋分節(jié)段預(yù)制，由纜索吊機(jī)先將兩岸拱腳段吊裝就位，使用扣索將其固定，再依次吊裝其余各段進(jìn)行對(duì)接，直接吊裝完畢。對(duì)于凈跨100m左右的拱肋，通?？煞譃?5節(jié)段吊裝，跨徑較大時(shí)，可以根據(jù)纜索吊

2、重的能力合理增加相應(yīng)的節(jié)段數(shù)。本文介紹纜索吊裝在跨徑270m的上承式鋼管混凝土拱橋中的應(yīng)用，如圖1.1。圖1.1 纜索吊裝施工法2 纜索吊裝系統(tǒng)鋼管拱肋的安裝體系是由主吊裝系統(tǒng)（承重主索、起吊索、工作索、牽引索、風(fēng)纜系統(tǒng)）、扣索系統(tǒng)、塔架及其基礎(chǔ)、地錨等組成。2.1 主吊裝系統(tǒng)本橋纜索吊裝跨徑布置為80m+270m+80m，可以滿足拱肋及其上部結(jié)構(gòu)任一部位的吊裝要求，額定吊裝重量140噸。沿著橫橋方向，在塔架頂端布置2組主索，每組上設(shè)置前后兩個(gè)吊點(diǎn)，每組中心正對(duì)所安裝拱肋軸線；每組主索內(nèi)側(cè)0.8m各設(shè)置1根工作索，以方便施工；每個(gè)吊裝段設(shè)置一道扣索，每道扣索為兩根，分別與兩拱肋鋼管連接，以增強(qiáng)

3、扣掛的穩(wěn)定性，扣索座滑輪對(duì)稱布置于兩組主索外側(cè)，中心距離主索1m；風(fēng)纜設(shè)置于扣點(diǎn)下緣的主拱鋼管上，上下游亦分別設(shè)置。吊扣點(diǎn)采用鋼索捆綁連接。主索、工作索、扣索和塔架后纜風(fēng)等進(jìn)入錨樁錨固，錨樁相對(duì)左右幅橋軸線對(duì)稱布置。2.1.1 主索在塔頂布置2組356.5mm(6×37+FC)的麻芯鋼索作為主索，公稱抗拉強(qiáng)度1700MPa，單根鋼繩破斷拉力為1640KN。主索與安裝拱肋的拱軸線上下平行布置，在塔頂通過座滑輪后進(jìn)入主錨碇錨固。為使各主索受力均勻及避免橫移后重復(fù)調(diào)索，每組3根主索通過大噸位轉(zhuǎn)向滑輪串聯(lián)在一起，如圖2.1所示。圖2.1 主索2.1.2 工作索吊運(yùn)扣索、檢修滑車及運(yùn)送小型機(jī)具

4、的需要，在塔頂每組主索內(nèi)側(cè)0.8m位置布置1根47.5mm(6×37+1)工作索，公稱抗拉強(qiáng)度1700 MPa，破斷拉力為1175KN。工作索在塔頂通過座滑輪后進(jìn)入主錨碇錨固。2.1.3 扣索扣索皆采用6×37+1的麻芯鋼索，公稱抗拉強(qiáng)度1700 MPa。拱腳段采用243mm鋼索，破斷拉力Tp=2×971.7KN(鋼絲破斷拉力總和的0.82倍)；第二段采用260.5mm鋼索，破斷拉力Tp=2×1902.4KN。兩岸扣索皆通過塔頂座滑輪錨固于主錨碇上。扣點(diǎn)采用捆綁的形式與拱肋連接；扣索長短采用滑車組卷揚(yáng)機(jī)調(diào)整。 2.1.4 風(fēng)纜索為了克服塔架縱向水平，兩岸

5、塔頭分別設(shè)置4道6根19.5mm后纜風(fēng)，后纜風(fēng)進(jìn)入錨樁錨固。在兩岸塔架兩側(cè)設(shè)置6根19.5mm橫向風(fēng)纜繩，橫向風(fēng)纜與地面夾角呈30度左右布置。后纜風(fēng)初張力為80kN，側(cè)纜風(fēng)初張力為150kN。2.1.5 塔架系統(tǒng)（1）塔架本橋的塔架采用常備M型萬能桿件組拼成四柱式鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼材總重467.669噸。東岸塔架高37.287m，西岸塔架高35.287m，塔架底部全寬36m，塔頂全寬40m，縱向立柱寬4m。如圖2.2所示圖2.2 塔架（單位：m）（2）滑輪組主索滑輪采用3門座滑輪，全橋兩組主索共4個(gè)；扣索座滑輪采用2門座滑輪，全橋8根扣索需4個(gè)；工作索滑輪采用單門座滑輪，全橋2組工作索需4個(gè)。座滑

6、輪采用500mm鑄鋼輪，45號(hào)鋼軸承套及45號(hào)鋼銷軸，銷軸直徑為90mm，肋板為20mm鋼板，底板為36mm鋼板，外側(cè)撐板為12mm鋼板，鋼板材質(zhì)Q345。圖7.13 滑輪組.（3）錨碇系統(tǒng)兩岸主錨碇設(shè)計(jì)皆采用樁式錨碇。主錨碇布置于左右半幅橋軸線上，分別距全橋軸線9.95m，對(duì)稱布置，對(duì)于吊裝左右幅拱肋時(shí)，分別利用所對(duì)應(yīng)的錨碇。兩各岸設(shè)置2×5根直徑1.5m的鋼筋混凝土錨樁；每根樁長10m，每根錨樁之間橫向中心距離為3.5m，橫向皆通過素混凝土托板連接成整體。錨樁采用C40混凝土,兩岸用量約671.5立方m,鋼材用量約30.6噸。主錨碇的作用是對(duì)主索、工作索、扣索、起吊索及塔架后風(fēng)纜

7、等的錨固。3 吊裝系統(tǒng)受力分析本橋全橋共由8榀拱肋構(gòu)成，每4榀構(gòu)成南、北兩幅。拱肋節(jié)段在加工廠加工成型后，運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行節(jié)段拼裝。簡化吊裝過程為：將預(yù)拼成型的拱肋節(jié)段通過運(yùn)送平臺(tái)運(yùn)送至東岸塔架前15m處，對(duì)拱肋進(jìn)行捆綁，起吊，勻速運(yùn)送至安裝位置，下落，定位，對(duì)拼，焊接。3.1 纜索系統(tǒng)計(jì)算分析拱肋節(jié)段吊裝過程中，塔架根部為主要的受力桿件，所以將根部0.846m采用梁單元模擬，塔架其余桁架采用桁架單元模擬，分配梁與塔架彈性連接，上下分配梁剛性連接。3.1.1 塔架根部應(yīng)力對(duì)于起吊岸的塔架，基于上述塔架的受力荷載，根據(jù)塔架受力計(jì)算情況按照下面三個(gè)工況進(jìn)行分析，即:（1）第一工況：主索在空索作用下狀

8、態(tài);（2）第二工況：在塔前15m起吊時(shí)狀態(tài);（3）第三工況：在吊裝拱肋到達(dá)跨中時(shí)狀態(tài)。工況一：在空索作用下圖7.17 第一工況塔架應(yīng)力塔架根部最大壓應(yīng)力為75.73Mpa；工況二：塔前15m起吊圖7.18 第二工況塔架應(yīng)力塔架根部最大壓應(yīng)力為91.06Mpa；工況三：拱肋吊運(yùn)至跨中圖7.19 第三工況塔架應(yīng)力塔架根部最大壓應(yīng)力為113.51Mpa。3.1.2 各工況下塔架位移：工況一：最大橫向位移：，最大豎向位移：。工況二：最大橫向位移：，最大豎向位移：。工況三：最大橫向位移：，最大豎向位移：。在各工況塔頂最大縱向位移為：可見塔架最大位移滿足規(guī)范要求。結(jié)論拱肋吊裝時(shí)，考慮到空中的穩(wěn)定性，大橋采用將雙拱肋與橫撐拼裝成整體，雙索道抬吊安裝。該方案的優(yōu)點(diǎn)如下:1、在預(yù)拼場(chǎng)地同時(shí)加工兩片拱肋，將臨時(shí)橫撐和永久橫撐一次性完成拼裝，焊接，從而減少了空中焊接工作量。2、在地面上進(jìn)行拼裝、焊接施工，焊接的質(zhì)量會(huì)比在空中焊接高，提高了人員施工時(shí)的安全性。3、便于進(jìn)行扣索的掛扣，這樣不僅不需要考慮扣索與單個(gè)拱肋的角度設(shè)置，而且將兩片內(nèi)傾拱肋節(jié)段的水平力轉(zhuǎn)為橫撐內(nèi)力，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)1陳寶春.鋼管混凝土拱橋發(fā)展綜述J.橋梁建設(shè),1997, (2 ).2許曉峰.周漢東.黃福偉;南海三山西大橋主橋拱肋吊裝施工控制J,橋梁建設(shè),1998, (1).3洪流,陳彬.拱橋拱箱纜索吊裝