1、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 35 节段吊装，跨径较大时，可以根据缆索吊重
2、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
3、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(637+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.
4、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(637+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 637+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=2971.7KN(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=21902.4KN。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。 2.1.4
5、 风缆索 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
6、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 500mm 铸钢轮，45 号钢轴承套及 45 号钢销轴，销轴直径为 90mm，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 25 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
7、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
8、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
9、：，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。 参考文献 1陈宝春.钢管混凝土拱桥发展综述J.桥梁建设,1997, (2 ). 2许晓峰.周汉东.黄福伟;南海三山西大桥主桥拱肋吊装施工控制J,桥梁建设,1998, (1). 3洪流,陈彬.拱桥拱箱缆索吊装的施工控制J.公路交通技术,2004,(5) 4张敬栋.大跨径拱桥缆索吊装施工有关问题的探讨J.华东公路,1995,(2) 5邓志华.大跨度钢筋馄凝土拱桥空间稳定性分析J.四川建筑,2005,(1). 6夏小钢.大跨度钢管混凝土拱桥施工过程的力学分析D.武汉理工大学硕士学位论文.2005
