涪陵烏江二橋主橋設(shè)計(jì)

涪陵烏江二橋主橋設(shè)計(jì)

1拉索、塔塔和斜拉索設(shè)置涪陵吳江二橋位于距長(zhǎng)江口500米的地方。大橋東岸與陵江區(qū)相連，直接與富豐公路相連，西側(cè)與嶺陽(yáng)市市長(zhǎng)密切相關(guān)。主橋采用100m+340m+150m雙塔單索面斜拉橋,主橋全長(zhǎng)590m,主跨跨徑340m,邊跨分別為100m和150m,采用塔梁固結(jié)形式。主梁采用等高度的預(yù)應(yīng)力C60砼斜腹板箱形截面梁,梁頂全寬25.82m,2%橫坡。箱梁在中心線處梁高3.5m,翼緣長(zhǎng)度為7.0m。箱梁錨索位置設(shè)置橫隔板,同時(shí)在翼緣上設(shè)置托梁;橫隔板上設(shè)置拉索錨箱。橫隔板間距視斜拉索間距而確定為6.0m、4.4m、4.2m三種,橫隔板厚度在中跨均為0.3m,邊跨隔板厚度為0.5m;翼緣托梁的厚度均為0.3m。中跨箱梁頂板厚度為0.28m,腹板厚度為0.36m,底板厚0.24m。為平衡施工中的不對(duì)稱,主梁兩個(gè)邊跨范圍內(nèi)箱梁截面按需要加厚,大跨加厚數(shù)據(jù)為:頂板0.75m,腹板1.17m、底板0.9m;小跨加厚數(shù)據(jù)為:頂板0.75m,腹板0.72m、底板0.7m。所有主梁箱體外側(cè)翼緣頂板均采用0.28m厚。根據(jù)索距的不同,主梁上拉索錨點(diǎn)位置處按相應(yīng)間距設(shè)置橫梁,分別為6.0m、4.4m、4.2m。大橋?yàn)楦?、低?dú)柱式橋塔形式,塔高分別為130m和178.4m。下塔柱為箱型空心墩截面,1#塔為單箱雙室截面,2#塔為單箱四室截面。1#塔截面尺寸由根部的6×10m變?yōu)橹髁旱酌嫣幍?×9.5m,然后從橋面處的5×5m變?yōu)樗谔?×4m;2#塔則由9×13m逐步變?yōu)橹髁旱酌嫣幍?.5×9.5m,然后從橋面處的5×7.5m變?yōu)樗谔幍?×5m。1#塔在橋面以下的高度為63m,2#塔為73m。兩塔在橋面以上均為單箱單室變截面,1#塔截面外壁厚在順橋向?yàn)?.0m,橫橋向?yàn)?.8m;2#塔順橋向壁厚為1.4m,橫橋向在第一根拉索以下部位為1.9m厚,其余部位厚0.8m。兩塔空心截面的隔板厚度均為0.5m,在塔頂均設(shè)置成實(shí)心段。斜拉索錨固于塔壁內(nèi)側(cè),錨固區(qū)內(nèi)設(shè)置環(huán)向預(yù)應(yīng)力。主塔采用C50(下塔柱)及C60(上塔柱)高性能砼。斜拉索采用扇形布置,主跨上的順橋向標(biāo)準(zhǔn)間距是6.0m,邊跨索距分別加密為4.4m和4.2m,塔上的索距為2.0m。斜拉索采用Φ7(1670級(jí))高強(qiáng)鍍鋅平行鋼絲束,雙層PE套防護(hù)。斜拉索采用LZM7系列冷鑄墩頭錨,張拉端設(shè)在梁上,錨固端置于塔內(nèi)。全橋拉索縱向位于同一個(gè)平面內(nèi),共106根,最長(zhǎng)拉索230.66m,最重拉索20.967t。2斜拉索設(shè)計(jì)方案比選斜拉索是斜拉橋的主要受力構(gòu)件之一,其施工質(zhì)量決定了全橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀況和使用壽命。斜拉索的掛設(shè)和張拉是斜拉橋施工的難點(diǎn)之一,要求施工安全、細(xì)致,既不能損傷拉索外包PE防護(hù)層和鋼絲,又要保證機(jī)具、設(shè)備正常運(yùn)作,操作簡(jiǎn)便,視野清晰,各支撐點(diǎn)受力明確,特別注意確保施工人員的人身安全。斜拉索施工關(guān)鍵的工序是:(1)、斜拉索提升至橋面;(2)、斜拉索錨固到粱、塔兩端的錨板處;(3)、斜拉索的張拉與索力調(diào)整。本橋斜拉索施工與其他斜拉橋相比,有以下特點(diǎn):①本橋?yàn)閱嗡髅嫘崩瓨?拉索直徑較大(181mm),單位重量大,成盤直徑大,起吊運(yùn)輸困難。而且單索面的錨點(diǎn)偏差將引起梁體橫向傾斜和塔頂橫向偏位。②本橋橋面寬度為25.5m,兩側(cè)翼緣板寬度為7m,翼緣板厚度均為28cm,無(wú)法在橋面邊緣安裝大型起吊設(shè)備,以整體將拉索提升上橋,并在橋面展索。③斜拉索由于單位自重大,掛索力大(最大為189t),斜拉索的設(shè)計(jì)張力較大(最大為832.2t),所有的配套張拉、支撐設(shè)備較大,安全風(fēng)險(xiǎn)大。④本橋主梁施工方法為后支點(diǎn)掛籃懸臂澆筑,拉索在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度以及齡期后,一次張拉到設(shè)計(jì)索力。本橋?yàn)椴粚?duì)稱結(jié)構(gòu),而且主塔長(zhǎng)細(xì)比大(柔性較大),索力誤差對(duì)塔頂偏位以及梁體標(biāo)高影響明顯。⑤梁體和主塔皆為箱型斷面,受拉索豎向角度和箱型空間的限制,部分拉索需在梁內(nèi)張拉,部分在塔內(nèi)張拉,對(duì)于梁內(nèi)和塔內(nèi)張拉空間都不夠的拉索,采用分部不對(duì)稱張拉的方式張拉。根據(jù)以上特點(diǎn),經(jīng)過(guò)多種方案比選,力爭(zhēng)做到方案經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。對(duì)于拉索自重小于6t的拉索,利用塔吊直接提升上橋面,在橋面展索。對(duì)于自重大于6t的拉索,在橋下展索,索盤正上方的橋面上安裝轉(zhuǎn)向滑輪,橋面卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引上橋。所有拉索都是先掛設(shè)塔端,然后掛設(shè)梁端。掛索力小于30t的拉索,利用橋面卷?yè)P(yáng)機(jī)壓錨掛設(shè),對(duì)于掛索力大于30t的拉索,利用橋面卷?yè)P(yáng)機(jī)和硬牽引法配合掛索。采用650t或900t的千斤頂對(duì)同一主塔兩側(cè)的拉索對(duì)稱同步張拉,將設(shè)計(jì)索力分成10個(gè)等級(jí),每個(gè)等級(jí)檢驗(yàn)是否同步,通過(guò)張拉千斤頂?shù)挠捅碜x數(shù)初步控制索力,利用頻譜法和壓力傳感器精確測(cè)量索力,并且通過(guò)梁體標(biāo)高和塔頂偏位復(fù)核索力。3拉索懸掛3.1拉索掛設(shè)及掛索本斜拉橋共計(jì)106根斜拉索,自重從2.84t至26.36t每根不等,其中高塔66根,矮塔40根。高低塔各安裝一臺(tái)塔吊,主要用來(lái)起吊運(yùn)輸張拉工具、斜拉索,但是由于塔吊最大起吊能力在45m處(即河岸距離塔吊中心的距離)為6t,因此對(duì)于本橋拉索重量小于6t的拉索,利用塔吊整盤吊裝上橋,然后在橋面展開并掛設(shè)。斜拉索整盤起吊時(shí),采用專用吊裝帶捆綁拉索盤,避免硬物與拉索接觸以損傷拉索,而且吊點(diǎn)必須居中,避免起吊過(guò)程中失穩(wěn)或者滑動(dòng)。吊運(yùn)至橋面的拉索放在特制放索盤中,錨頭端安裝牽引頭,通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)拖移前行。為了保證斜拉索在前移過(guò)程中,拉索的PE材料不被破壞,在拉索移動(dòng)軌道上設(shè)置三向防滑托輥,托輥用硬質(zhì)PE材料包封,如圖2所示。采用以上方法將拉索平鋪于橋面上,拉索的張拉端、和固定端分別至于張拉端、和固定端附近。自重大于6t的拉索,由于受塔吊起吊能力的限制,不能整盤起吊。本橋由于翼緣板寬度為7m,而且翼緣板厚度為28cm,因此不可能在橋側(cè)安裝大型起吊設(shè)備,將拉索整體提升上橋。但是拉索必須提升上橋,而且必須展開,才能完成掛索工序。綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)特性、塔吊起重能力、地形地貌等特點(diǎn)。在距離主塔45m的岸側(cè)主梁翼緣板外側(cè)安裝一轉(zhuǎn)向架,拉索在橋面翼緣板下方的河岸上解盤,利用橋面卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引拉索的一端,通過(guò)轉(zhuǎn)向架,一邊解盤,一邊牽引上橋。3.2拉索錨頭及錨墊板間距離和索力間的關(guān)系斜拉索的通常掛設(shè)方法為,先利用卷?yè)P(yáng)機(jī)或塔吊等配合工作將拉索的一端安裝在錨板上,然后利用卷?yè)P(yáng)機(jī)、千斤頂、牽引桿等配套設(shè)備牽引并安裝好另外一端。斜拉索掛設(shè)過(guò)程中,斜拉索的索力必須克服垂度變化及彈性伸量的變化所產(chǎn)生的反力。也就是說(shuō)錨頭和錨墊板之間的距離不同,則牽引力發(fā)生變化。如果不能準(zhǔn)確計(jì)算錨頭和錨墊板之間距離和索力的關(guān)系,則不能正確選擇牽引設(shè)備,甚至造成重大安全事故。根據(jù)系統(tǒng)分析,拉索一端按照設(shè)計(jì)位置錨固后,另外一端錨頭與錨墊板距離和牽引索力間存在如下關(guān)系:ΔL=已經(jīng)安裝好一端錨固點(diǎn)外索長(zhǎng)-兩錨點(diǎn)間距離-垂度產(chǎn)生的索收縮量+索變形產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量ΔL=L?L0?ω2L2XL024T2+TL0AEΔL=L-L0-ω2LX2L024Τ2+ΤL0AE公式(2)ΔL:拉索錨頭與錨墊板間的距離,m;L:已經(jīng)安裝好一端錨固點(diǎn)外索長(zhǎng)(包括錨頭長(zhǎng)度),m;L0:兩錨點(diǎn)間距離,m;ω:斜拉索單位長(zhǎng)度自重,N/m;LX:斜拉索兩錨點(diǎn)間的水平投影長(zhǎng)度,m;T:牽引索力,N;A:拉索橫斷面積,m2;E:為鋼絲彈性模量,Pa。采用疊代法求解方程(2):T=(ω2L2XL0/24)/(TL0AE+(L?L0?ΔL))??????????????????????????????√Τ=(ω2LX2L0/24)/(ΤL0AE+(L-L0-ΔL))3.3拉索、錨索的安裝所有拉索都是先掛設(shè)塔端,然后掛設(shè)梁端。部分拉索在塔上張拉,部分在梁內(nèi)張拉,塔上既有張拉端的冷鑄錨頭,也有固定端的冷鑄錨頭。由于張拉端冷鑄錨有內(nèi)螺紋,設(shè)計(jì)一牽引頭,牽引鋼絲繩通過(guò)牽引頭與冷鑄錨相聯(lián)接。標(biāo)準(zhǔn)固定端冷鑄錨并無(wú)內(nèi)螺紋,為了方便地完成牽引掛設(shè)工作,將固定端錨頭加長(zhǎng)2cm,形成5cm長(zhǎng)的內(nèi)螺紋,以方便牽引。在每個(gè)塔頂安裝3臺(tái)8t卷?yè)P(yáng)機(jī),兩臺(tái)分別起吊河、岸側(cè)的拉索,中間設(shè)置一臺(tái),在塔內(nèi)通過(guò)索道管牽引拉索進(jìn)錨頭。首先將塔頂中間卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩從索道管放出,用連接牽引頭與斜拉索塔端錨頭相連,利用塔頂起重卷?yè)P(yáng)機(jī)配合塔吊將拉索提升至塔端索道管口。吊鉤通過(guò)索夾與拉索相聯(lián),并且在所外側(cè)需墊襯橡膠皮,以免損傷拉索。而且,吊點(diǎn)位置選定時(shí),必須考慮:吊點(diǎn)外側(cè)拉索長(zhǎng)度能夠滿足拉索的張掛長(zhǎng)度;不會(huì)由于吊點(diǎn)距離錨頭過(guò)長(zhǎng),拉索自重引起拉索彎曲半徑過(guò)小而損傷拉索。然后收緊塔頂牽引卷?yè)P(yáng)機(jī),將拉索牽引至錨墊板后,并帶好錨頭螺母。注意通常情況下錨頭螺母外露錨頭長(zhǎng)度應(yīng)等于標(biāo)準(zhǔn)值,但是為了避免索長(zhǎng)誤差或其他原因,引起另外一端錨頭的外露量誤差,施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)復(fù)核,并根據(jù)已經(jīng)施工拉索的實(shí)測(cè)值,調(diào)整后期拉索錨頭外露量。而且拉索掛設(shè)時(shí),必須使拉索錨頭中心位于錨墊板中心。3.4拉索掛設(shè)重構(gòu)根據(jù)掛索力計(jì)算可知,隨著斜拉索編號(hào)的增大,掛索力不斷增加。梁端錨頭掛設(shè)以前,已經(jīng)掛設(shè)好塔端,因此梁端掛設(shè)時(shí),需要較大的牽引力。本橋?qū)焖髁π∮?0t的拉索定義為短索,利用橋面卷?yè)P(yáng)機(jī)壓錨完成掛設(shè)工序。掛索力大于30t的拉索定義為長(zhǎng)索,長(zhǎng)索掛設(shè)先利用壓錨法將錨頭盡量靠近錨墊板,然后利用硬牽引法完成掛索。長(zhǎng)索有兩種情況:一種張拉端在梁內(nèi);一種為固定端在梁內(nèi)。3.5梁端錨頭安裝短索本身的自重輕,在掛設(shè)過(guò)程中受力較小,利用橋面10t卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑車組、鏈滑車、索夾、拉索頂管、托索支架等配合進(jìn)行壓錨,將梁端錨頭安裝錨固于梁端錨墊板處,梁端錨頭安裝如圖。卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑車組主要是牽引拉索,索夾的作用聯(lián)結(jié)牽引鋼絲繩與索體,頂管的作用是將索夾對(duì)索的牽引力傳遞給錨頭,以避免索夾撕裂拉索PE保護(hù)層。鏈滑車和托索支架主要用來(lái)調(diào)整拉索方向,避免拉索死彎或則拉索與索道管摩擦。3.6硬牽引掛設(shè)構(gòu)建根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖以及斜拉索掛索力的計(jì)算可知,固定端在梁內(nèi)的拉索為拉索豎向傾角較大的拉索,其最大掛索力不超過(guò)110t。因此,采用牽引頭、牽引頭轉(zhuǎn)換器和牽引桿能夠完成斜拉索的硬牽引掛設(shè),各構(gòu)建之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系如下圖所示。先利用卷?yè)P(yáng)機(jī)壓錨法,將錨頭壓入索道管內(nèi),然后利用張拉千斤頂和撐腳,將拉索逐節(jié)張拉,直到錨頭螺母帶好3～4絲。千斤頂?shù)男谐虨?0cm,因此每次張拉不宜超過(guò)19cm,每張拉一次,需倒一次千斤頂。3.7牽引張拉接長(zhǎng)的選擇張拉端在梁內(nèi)的拉索,其錨頭的內(nèi)螺紋可直接與張拉桿聯(lián)結(jié),張拉桿之間能夠通過(guò)螺紋逐級(jí)接長(zhǎng),根據(jù)需要可以分為50cm或80cm一段接長(zhǎng),接長(zhǎng)時(shí)特別注意,接縫之間必須保證螺紋的順接,以便螺母能夠順利過(guò)渡接縫。張拉桿后端車有內(nèi)螺紋,可以聯(lián)結(jié)牽引桿。先利用卷?yè)P(yáng)機(jī)壓錨將錨頭盡量靠近錨頭,然后逐級(jí)張拉,使錨頭帶好螺帽3～4絲,完成掛索。4斜拉體拉4.1斜拉索張拉及預(yù)留空間斜拉索的張拉端可以設(shè)置于梁上或塔上,對(duì)于箱形截面梁或塔來(lái)說(shuō),由于截面閉合,可能存在箱內(nèi)凈孔小于張拉需要的空間。隨著懸臂施工節(jié)段數(shù)量的增加,斜拉索力逐漸變化,拉索傾角也在不斷變化。索力不斷變化則需要不同的張拉設(shè)備,不同張拉設(shè)備需要不同的張拉空間,如圖所示。根據(jù)圖7可以看出,斜拉索的張拉空間主要有四部分組成:張拉空間=錨頭外露量+補(bǔ)芯內(nèi)螺紋長(zhǎng)度+張拉桿長(zhǎng)度+預(yù)留量l=A+B+C+0.2公式(3)l:張拉空間,m;A:張拉到位后錨頭外露量,參照斜拉索構(gòu)造尺寸,m;B:補(bǔ)芯內(nèi)螺紋長(zhǎng)度,補(bǔ)芯外螺紋連接于斜拉索冷鑄錨內(nèi),內(nèi)螺紋連接張拉桿;C:張拉桿長(zhǎng)度,張拉桿長(zhǎng)度=撐角高度+千斤頂高度+張拉桿螺帽長(zhǎng)度+D,為了減少?gòu)埨瓧U數(shù)量,可以分為幾個(gè)長(zhǎng)度區(qū)域,每個(gè)區(qū)域用一種類型張拉桿;0.2:張拉到位后,退千斤頂預(yù)留空間,m;根據(jù)對(duì)每根索張拉空間的計(jì)算以及梁內(nèi)和塔內(nèi)實(shí)際空間的測(cè)量,確定高塔中跨H1#索在塔內(nèi)張拉、其余中跨索全部在梁內(nèi)張拉、矮塔所有拉索全部在塔內(nèi)張拉,矮塔中邊跨1#索都在塔內(nèi)張拉,但是塔內(nèi)空間不能滿足兩根同時(shí)張拉,因此對(duì)于該對(duì)索采用分級(jí)不同步張的方式,即分成50t一級(jí),先張拉中跨拉索50t,然后拆除千斤頂,張拉邊跨拉索50t,一次逐級(jí)張拉直到設(shè)計(jì)索力。4.2施工控制及監(jiān)督斜拉索的張拉設(shè)備包括千斤頂、撐腳、變徑螺母、張拉絲桿等,張拉設(shè)備的布置,張拉時(shí)張拉設(shè)備、斜拉索、索道管軸線應(yīng)在統(tǒng)一直線上。張拉要求對(duì)稱的四個(gè)位置同步分級(jí)進(jìn)行,張拉力以設(shè)計(jì)、監(jiān)控提供數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。張拉采用幾何控制法進(jìn)行施工控制,張拉時(shí)通過(guò)斜拉索的安裝長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行控制,以安裝長(zhǎng)度的索力進(jìn)行檢驗(yàn),第一次張拉索力誤差控制在±3%范圍內(nèi)。張拉前后應(yīng)對(duì)橋面高程、塔頂偏位情況進(jìn)行測(cè)量。拉索施工過(guò)程,做好全過(guò)程施工記錄,記錄每天的溫度、濕度、風(fēng)速,特別要記錄軟牽引和張拉過(guò)程的拉伸量和牽引力、張拉力斜拉索的長(zhǎng)度、延伸量、調(diào)整墊片的厚度、鋼箱梁的實(shí)際重量、橋面荷載、橋面線型、索塔傾斜度、橋梁軸線以及施工過(guò)程的調(diào)整情況。5測(cè)量和控制雇主的強(qiáng)度5.1拉索張拉及索力控制方法斜拉橋施工中,索力控制為全橋結(jié)構(gòu)控制的關(guān)鍵點(diǎn),索力誤差將影響梁體標(biāo)高、梁的內(nèi)力狀態(tài)、主塔應(yīng)力等,因此拉索施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制索力誤差。斜拉索索力測(cè)量方法有:油表讀書法、壓力傳感器法、頻譜法、拉索伸長(zhǎng)值復(fù)核法等。油表讀書法是根據(jù)張拉千斤頂?shù)幕钊娣e和油缸內(nèi)的油壓強(qiáng)度能夠算出張拉力的原理測(cè)量拉索張力,該種方法比較直接、準(zhǔn)確,也容易控制。壓力傳感器法運(yùn)用電測(cè)應(yīng)變測(cè)量原理,將索力的大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),并由電子秤顯示,該種方法適用于張拉時(shí)的索力控制,具有較高的精度。頻譜法是根據(jù)索力與其自振頻率之間存在一定的關(guān)系,測(cè)出拉索的自振頻率就可得到其索力值,頻譜法相對(duì)壓力傳感器法是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的索力檢測(cè)方法,其精度也能滿足工程控制精度的需要,但