钢管混凝土拱桥缆索吊装系统分析

摘要: 应用于钢管混凝土拱桥主拱肋施工的缆索吊装施工法主要是扣塔分离斜拉扣挂法和扣塔一体化斜拉扣挂法两种施工方式。本文主要研究了扣塔分离斜拉扣挂法在某大跨径钢管混凝土拱桥施工中的应用，对缆索吊装系统进行了受力分析，确定了合理的结构体系。

关键词：钢管混凝土拱桥；缆索吊装

中图分类号：U443.38 文献标识码：A

1工程概况

缆索吊装施工法是根据缆索吊机的吊装能力，将拱肋分节段预制，由缆索吊机先将两岸拱脚段吊装就位，使用扣索将其固定，再依次吊装其余各段进行对接，直接吊装完毕。对于净跨100m左右的拱肋，通常可分为3~5节段吊装，跨径较大时，可以根据缆索吊重的能力合理增加相应的节段数。本文介绍缆索吊装在跨径270m的上承式钢管混凝土拱桥中的应用，如图1.1。

图1-1缆索吊装施工法

2缆索吊装系统

钢管拱肋的安装体系是由主吊装系统（承重主索、起吊索、工作索、牵引索、风缆系统）、扣索系统、塔架及其基础、地锚等组成。

2.1主吊装系统

本桥缆索吊装跨径布置为80m+270m+80m，可以满足拱肋及其上部结构任一部位的吊装要求，额定吊装重量140吨。沿着横桥方向，在塔架顶端布置2组主索，每组上设置前后两个吊点，每组中心正对所安装拱肋轴线；每组主索内侧0.8m各设置1根工作索，以方便施工；每个吊装段设置一道扣索，每道扣索为两根，分别与两拱肋钢管连接，以增强扣挂的稳定性，扣索座滑轮对称布置于两组主索外侧，中心距离主索1m；风缆设置于扣点下缘的主拱钢管上，上下游亦分别设置。吊扣点采用钢索捆绑连接。主索、工作索、扣索和塔架后缆风等进入锚桩锚固，锚桩相对左右幅桥轴线对称布置。

2.1.1主索

在塔顶布置2组356.5mm(6×37+FC)的麻芯钢索作为主索，公称抗拉强度1700MPa，单根钢绳破断拉力为1640KN。主索与安装拱肋的拱轴线上下平行布置，在塔顶通过座滑轮后进入主锚碇锚固。为使各主索受力均匀及避免横移后重复调索，每组3根主索通过大吨位转向滑轮串联在一起，如图2.1所示。

主索

2.1.2工作索

吊运扣索、检修滑车及运送小型机具的需要，在塔顶每组主索内侧0.8m位置布置1根47.5mm(6×37+1)工作索，公称抗拉强度1700 MPa，破断拉力为1175KN。工作索在塔顶通过座滑轮后进入主锚碇锚固。

2.1.3扣索

扣索皆采用6×37+1的麻芯钢索，公称抗拉强度1700 MPa。拱脚段采用243mm钢索，破断拉力Tp=2×971.7KN(钢丝破断拉力总和的0.82倍)；第二段采用260.5mm钢索，破断拉力Tp=2×1902.4KN。两岸扣索皆通过塔顶座滑轮锚固于主锚碇上。扣点采用捆绑的形式与拱肋连接；扣索长短采用滑车组卷扬机调整。

2.1.缆索

为了克服塔架纵向水平，两岸塔头分别设置4道6根19.5mm后缆风，后缆风进入锚桩锚固。在两岸塔架两侧设置6根19.5mm横向风缆绳，横向风缆与地面夹角呈30度左右布置。后缆风初张力为80kN，侧缆风初张力为150kN。

2.2塔架系统

（1）塔架

本桥的塔架采用常备M型万能杆件组拼成四柱式钢桁架结构，钢材总重467.669吨。东岸塔架高37.287m，西岸塔架高35.287m，塔架底部全宽36m，塔顶全宽40m，纵向立柱宽4m。如图2.2所示

塔架（单位：m）

（2）滑轮组

主索滑轮采用3门座滑轮，全桥两组主索共4个；扣索座滑轮采用2门座滑轮，全桥8根扣索需4个；工作索滑轮采用单门座滑轮，全桥2组工作索需4个。座滑轮采用φ500mm铸钢轮，45号钢轴承套及45号钢销轴，销轴直径为φ90mm，肋板为20mm钢板，底板为36mm钢板，外侧撑板为12mm钢板，钢板材质Q345。

图2.3滑轮组.

（3）锚碇系统

两岸主锚碇设计皆采用桩式锚碇。主锚碇布置于左右半幅桥轴线上，分别距全桥轴线9.95m，对称布置，对于吊装左右幅拱肋时，分别利用所对应的锚碇。两各岸设置2×5根直径1.5m的钢筋混凝土锚桩；每根桩长10m，每根锚桩之间横向中心距离为3.5m，横向皆通过素混凝土托板连接成整体。锚桩采用C40混凝土,两岸用量约671.5立方m,钢材用量约30.6吨。主锚碇的作用是对主索、工作索、扣索、起吊索及塔架后风缆等的锚固。

3吊装系统受力分析

本桥全桥共由8榀拱肋构成，每4榀构成南、北两幅。拱肋节段在加工厂加工成型后，运送到现场进行节段拼装。简化吊装过程为：将预拼成型的拱肋节段通过运送平台运送至东岸塔架前15m处，对拱肋进行捆绑，起吊，匀速运送至安装位置，下落，定位，对拼，焊接。

3.1缆索系统计算分析

拱肋节段吊装过程中，塔架根部为主要的受力杆件，所以将根部0.846m采用梁单元模拟，塔架其余桁架采用桁架单元模拟，分配梁与塔架弹性连接，上下分配梁刚性连接。

3.1.1塔架根部应力

对于起吊岸的塔架，基于上述塔架的受力荷载，根据塔架受力计算情况按照下面三个工况进行分析，即:

第一工况：主索在空索作用下状态;第二工况：在塔前15m起吊时状态;第三工况：在吊装拱肋到达跨中时状态。

工况一：在空索作用下

图3.1第一工况塔架应力

塔架根部最大压应力为75.73Mpa；

工况二：塔前15m起吊

图3.2第二工况塔架应力

塔架根部最大压应力为91.06Mpa；

工况三：拱肋吊运至跨中

图3.3 第三工况塔架应力

塔架根部最大压应力为113.51Mpa。

4.1.2各工况下塔架位移：

工况一：最大横向位移：，最大竖向位移：。

工况二：最大横向位移：，最大竖向位移：。

工况三：最大横向位移：，最大竖向位移：。

在各工况塔顶最大纵向位移为：

可见塔架最大位移满足规范要求。

结论

拱肋吊装时，考虑到空中的稳定性，大桥采用将双拱肋与横撑拼装成整体，双索道抬吊安装。该方案的优点如下:

1、在预拼场地同时加工两片拱肋，将临时横撑和永久横撑一次性完成拼装，焊接，从而减少了空中焊接工作量。

2、在地面上进行拼装、焊接施工，焊接的质量会比在空中焊接高，提高了人员施工时的安全性。

3、便于进行扣索的挂扣，这样不仅不需要考虑扣索与单个拱肋的角度设置，而且将两片内倾拱肋节段的水平力转为横撑内力，保证了结构的稳定性。

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