缆索吊在某山区桥梁改造中的应用研究.pdf

1320232023年陕西交通科教研究NO.3第3期缆索吊在某山区桥梁改造中的应用研究任圆圆（陕西交通职业技术学院公路与铁道工程学院，陕西西安7 10 0 18）摘要：以蜀河汉江大桥危桥改造缆索系统安装设计与施工为工程依托，根据现场踏勘及地形情况，桥梁跨汉江，两岸均为山区，无法采用常规方式对桥梁进行改造，受施工场地及资源制约，拟采用缆索吊+静力切割法对桥梁结构物进行分块切割，重点阐述缆索吊在山区拆桥施工中的设置、索塔基础及主锚锭施工、安装工艺流程及计算分析，为类似工程提供借鉴。关键词：缆索安装；工艺流程；主塔强度；稳定性验算中图分类号：U445.4文献标识码：A文章编号：(2 0 2 3)0 3-0 0 13-0 0 0 61引言缆索吊机作为桥梁施工建设中比较重要的设备，主要由基础部分（主塔基础、主索锚固和缆风地锚）、缆风系统、主塔、缆索系统（主索、牵引索、起重索、跑车、索鞍、吊点)组成1。随着我国桥梁工程的迅速发展，桥梁施工中缆索系统的设计与施工也得到了越来越广泛的关注和应用。随着道路和桥梁施工技术的不断发展进步，桥梁以及缆索吊系统的跨径、运行速度和起吊重量也随之变得越来越大 2】。但因为桥梁施工中所用到的缆索吊机是根据不同桥梁的不同情况单独进行设计，其在构造和安全性能上都有很大不同，且没有对应统一的规范,因此在桥梁施工中所使用的缆索吊结构也对应有相对差异 3。同时因为缆索吊机在使用的过程中环境复杂且不稳定因素多，所以缆索系统安装与施工 4显得尤为重要。本文基于某蜀河汉江大桥危桥改造项目，该项目旧结构拆除采用静力切割结合缆索吊装法。缆索吊上跨既有线路施工，运营施工过程中可能有杂物、油污坠落，造成行人伤害；且桥梁断开造成两岸车辆通行困难。主要应对措施为在缆索吊主索上跨既有线路部分路段设置防护棚，在蜀河岸锚基础施工区域设置被动防护网，桥梁断开后对两岸交通保畅制定合理方案，保障通行。2工程实例某大桥桥址处原桥桥梁全长314.7 m，跨径组成为(12.2 4+11.8 7)+2 净12 0+(10.8 1+10.5+8.0 9)m，主桥上部结构为2 12 0 m中承式钢管混凝土拱桥，引桥的上部梁板采用了钢筋砼预制板，于1999年建成通车。设计荷载等级为汽车-2 0 级、挂车100；桥面布置为2.3m（人行道及护栏）+9m（行车道）+2.3m（人行道及护栏），桥梁总宽13.6 m。原桥梁在1999年施工完成后，经过检测发现其钢管拱肋横向偏位以及桥面的线形不满足“公路工程质量检验评定标准（JTJ071）”的对应要求，在正式投人运营后，经过反复多次检测和加固维修，该桥梁的主桥拱肋的横向偏位相对严重，无法进行有效纠正，拱肋防腐涂层局部脱落、锈蚀，部分吊杆出现横向弯曲，钢套筒、防水罩锈蚀，不锈钢护套挤压变形，参照公路桥梁技术状况评定标准，将其整体技术 5 状态划分为4级，对其进行改造，是非常有意义的。3缆索吊施工3.1缆索吊设置原旧桥拆除及新桥架设均采用缆索吊运架设方案。缆索吊设计按照吊装重量设计（2 套2 5t），缆索吊装系统的组成包括：承重索、吊塔、锚、起重收稿日期：2 0 2 3-6-2 8作者简介：任园园（198 6-），女，陕西交通职业技术学院公路与铁道工程学院讲师。14202320233年陕西交通科教研究NO.3第3期索、行走天车、牵引索、起重、吊具和自动化控制系统等，主要用于原桥结构物的拆除及新桥主拱和桥面纵、横梁安装。缆索吊主索跨径组合为0+450+6 0.5m。缆索架设需在旬阳侧山体设置后锚和扣塔索锚点，旬阳岸不设塔架，主索及扣索均直接锚于岩锚上；白河岸设置一个门式塔架，塔柱中心距等于上下游拱肋中心距,即10.4m。主索（承重索）：主索上下游各一组，采用2 356（6 37 S+FC）钢丝绳组成。最大吊重时垂度34.62m，垂跨比f/L1/13；主索按照索鞍支承在塔顶并且连接于主地锚处。主索上设有2 台起吊跑车，设有共用的牵引系统及独立的起重系统。扣索、牵引索和起重索：扣索由15.24mm钢绞线组成。桥梁拆除时靠岸边拱肋由4根背索扣挂，两岸扣索由主地锚出发，河岸经塔侧转向轮转向之后，固定在扣索锚锭上，旬阳岸直接锚固在锚锭基础上。牵引索是用2 120（6 37 S+FC）的钢丝绳构成，通过“4”的形式穿绕，全套桥梁配备2 台8t牵引卷扬机，并且两跑车之间用短钢丝绳连接，使两台跑车同步进行工作。起重索采用2 2 24（637S+FC）钢丝绳组成，每台跑车配一个6 轮动滑轮组作为吊具，单根起重索走“4”线的方式穿绕。全桥配8 t起重卷扬机4台。缆塔：根据现场条件，设计缆、扣分离结构，缆塔高49.56 m。缆塔间设置横撑结构。缆塔结构组成：缆塔均为贝雷梁结构，缆塔单柱为16 片贝雷梁，贝雷梁间距为5x0.45m，用特制花架作为连接杆系；缆塔设置2 道平连，第一道设置在距离承台2 8 m处，第二道设置在缆塔顶；结构中钢板焊材为Q345，型钢材质为Q235，平连钢管材质为Q235；缆塔横向各分设两组侧向风缆，纵向设置两组通风揽及后风缆。锚系统设计：扣索锚锭基础均分开设置，采用预应力岩锚；塔架缆风锚、拱肋缆风锚碳均采用重力式锚锭。3.2缆索吊索塔基础及主锚施工塔架基础采用混凝土扩大基础，承台为14.15mx3.5m2.0m钢筋砼，承台顶预埋与塔架连接铁板，塔架基础结构形式见图1。塔底顶理佳横桥向布百图塔低顶理件顾桥向布置图21750315022501E451800-2502030245.52700205036002050270012350014150塔底顶伴件牛南布置图里钣刺礼中2 2 mm材料汇总表以个基础计OSO编名称图号或规格数放总重（kg）CJO99.05m2基钢筋SHUI-00919602.09602.03预理板门2700-250-204106.0424.04预理板2C36:00250 x202141.3282.65SHU-01040106.44256.052527002050360020502700525钢材4962.6kg,199.05m钢4筋96 0 2.0 kg14150图1白河岸塔架基础形式图两岸主索地锚均采用预应力岩锚，主锚锭结构形式见图2。202320233年陕西交通科教研究NO.3第3期550,11005502501桥梁中心线800OSS300000010001150000S100锚旋底标高B=+314.28830192200图2主索地锚3.3缆索吊缆索系统安装3.3.1各缆索穿绕原理牵引索由摩擦式卷扬机双向驱动，循环牵引，以实现跑车沿主索在主跨内双向行走。起重索穿绕于定滑轮组（位于跑车处）和动滑轮组（位于配重块处)之间，通过起重索的收放，实现吊具的升降。各缆索穿绕原理如图3所示。起重索走线布置图（走4）双河侧贷32 施车连捷天车配室家天车正挂锁天车正挂牵引索走线布置图（走4）宜处天车图3起重、牵引走线布置图各缆索安装工艺流程框图如图4所示：导索安装两个配重块（含吊点动滑轮组）放置于白河岸起跑车置于配重块上、跑车与配重块间加起重索由卷扬机引起重索穿绕于动。定滑轮组之间，最终将“死头”锚固于白河岸主锚收紧起重索，使跑车临时锚固在配重块穿绕牵引索，牵引索的两个调整端锚固于两岸主锚旋，但不收紧牵引逐根安装主索，主索锚固端锚固于旬阳岸主锚锭，保持主索处于松地状态（跑车仍位于地面）逐根收紧主索，适时放松起重索，以便“放飞”跑车待跑车接近安装垂度时，收紧起重索，使配重块离地通过主索调整端调索滑轮组反复精调各主索索力。使主索达到安装垂度在索鞍处锁定主索调整牵引索张紧程度工完成缆索安装空载试运图4跑车及相关缆索工艺流程3.3.2缆索安装步骤一：将配重块置于白河岸起吊区。将跑车临时固定于配重块上，跑车与配重块间加垫方木。通过导索将起重索由钢丝绳卷盘引出，经塔顶转向后到达旬阳岸锚锭区域前，然后提升锚固于旬阳岸主锚。稍微收紧起重索，使跑车临时锚固于配重块上，以免安装主索时，跑车脱离配重块。同理，通过导索安装牵引索。逐根安装主索。主索卷盘放置于白河岸，通过导索，使主索一端翻过白河岸塔架索鞍，依次穿过放置于配重块上的跑车，再由导索牵引过桥，注意主索走桥梁拱肋外侧。如图5所示1620232023年陕西交通科教研究NO.3第3期转向轮$228省道4二廊桥大道索鞍往复式导索主索/牵引索/起重索特制绳夹跑车千斤头连接至卷扬机Q主索塔架方木至卷扬机钢丝绳卷盘配重块图5类似项目缆索安装示意（步骤一）步骤二：步骤二：通过导索，将主索牵提升至旬阳岸主锚（缆索吊地锚采用预应力岩锚，单组缆索岩锚设计6 束9根钢绞线预应力锚索，根据缆索拉力3根主索分别锚固在1根锚梁上），如图6 所示。转向轮$228省道廊桥大道索鞍往复式导索主索/牵引索/起重索主索调整端特制绳夹跑车塔架千斤头连接至卷扬机Q至卷扬机主索调索滑轮组岛方木配重块图6类似项目缆索安装示意（步骤二）步骤三：待主索全部穿完，通过白河岸的主索调索滑轮组（牵引轮、过轮、起重轮采用铸钢件，主索轮采用尼龙轮；主索绳槽56,起重索24，牵引索p20;全桥共需4套跑车及下吊具，单套跑车及下吊具总重3000kg；起重轮配2 个2 0 t轴承），每一根杆的两端都安装了一颗螺母，将两辆跑车的吊绳一点点拉起。在拉紧主缆绳时，采用协同作用调整每个主缆绳的拉力和吊绳的松紧度，保证了跑车的平顺和不会有倾覆。当计垂线与主缆线垂直时，使跑车进人跨中，并调节缆绳的拉紧力和主缆线的垂线。具体见图7 所示。索鞍$228省道廊桥大道主索/牵引索/起重索跑车主索调整端配重索主调素滑轮组替架主索锚固端配重块图7类似项目跑车安装示意（步骤三）4缆索吊施工计算与分析4.1主塔强度、稳定性验算经过相关计算，缆塔所受的竖向力有缆索吊主索、起重、牵引、风缆传递的荷载。(1）缆塔受到的总竖向力P塔顶传递荷载P1=1251.08+222.91+3.5+267.62+254.5=1999.61Kn(单侧)缆塔自重：P2=326.3KN（单肢）P=P1+P2=1999.61+326.3=2325.91KN(2）强度验算塔架截面积F=30519mm=P/F=2325.91*1000/30519=76.2MpaQ=P/F=2325.91*10003019=76.2Mpa o=2 0 0 Mp a（材质16 Mn），强度满足要求。（3）压杆稳定性验算g=P/Fo式中，一折减系数;P一井架承受垂直力；F一井架截面积。17由前文计算，白河岸塔架所受力的风力如下生倾覆力矩。产生推力。另外，假定拼装阶段塔架偏位10 cm，产塔拼装阶段的整体稳定性，拼装阶段主要由风荷载要抵抗横向风荷载。缆塔整体稳定性主要考虑缆缆索吊不同吊装工况的水平力，横向设置风缆，主侧设置后风缆，形成整体受力，主要依靠风缆抵抗缆塔在安装完成后，中跨设置有通风缆，边跨202320233年陕西交通科教研究NO.3第3期求值：先求入，贝雷梁立柱截面参数如图8所示：y00080008北北北1213.01213.030518.6152267427ID35338394696.3867IX17214228301.8867Wx（上）21517785.3773582Iy18124166394.5Wx（下）21517785.3773586ix751.037059162605Wy（左)14941604.6121187iy770.631236325377Wy（右）14941604.6121187绕X轴面积矩11444480.710028绕轴面积矩10300032.6390248左端离形心距离1213右端离形心距离1213上端离形心距离800.00000000下端离形心距离799.999999999993主轴工117214228301.912(1.0000.000)主轴I218124166394.375(0.000,1.000)图8贝雷梁立柱截面参数图查得井架顺桥向I=1721423cm4，井架截面积F=305.19cm,井架顺桥向回转半径r=VF=75.1cm，查得井架横桥向I=1812417cm4,井架截面积F=305.19cm,井架横桥向回转半径r=VF=77.1cm,入1=h/r=4900/75.1=65.2,入2=h/r=2800/77.1=36.3，查得1=0.78,将上述数据代人稳定性验算公式中得出：g=P/F=74.98/0.78=97.69Mpa 2，满足要求。第二道临时风缆第二道临时风缆第一道临时风缆第二道临时风缆图9临时风缆布置图4.2采用软件整体计算缆塔(1)荷载分析缆索吊主索、起重、牵引传递的荷载如下表1缆索吊荷载直接作用在索鞍上，分2 点加载到模型索鞍分配梁上。表1各工况主索对白河岸单个索鞍外力荷载表跨中工况塔前工况项目(kN)主索起重及牵引主索起重及牵引竖向力1181.30210.481251.08222.91额定荷载纵向水平力-300.64-53.57-289.97-51.66竖向力507.5993.54522.5496.29空载纵向水平力-117.24-21.61-114.43-21.09模型如下：18202320233年陕西交通科教研究NO.3第3期图10缆塔计算模型图(2)荷载工况（见表2)表2荷载工况及索鞍位置工况加载距离中线位置工况名称说明编号左线右线工况一左线塔前空载+右线塔前额定5.2m5.2m工况二左线塔前空载+右线跨中额定5.2m5.2m工况三左线塔前额定+右线塔前额定5.2m5.2m工况四左线塔前额定+右线跨中额定5.2m5.2m(3)计算结果缆塔计算分为以上4种工况，分析不同吊装工况下，缆塔的结构受力状态，经过计算，本文以“左线塔前空载+右线塔前额定”工况分析缆塔各个部位结构应力状态，如图11、图12 所示。MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMFORCE轴力4.78611e+0003.90894e+0003.03178e+0002.15462e+0001.27745e+0000.00000e+000-4.76872e-001-1.35403e+000-2.23120e+000-3.10836e+000-3.98552+000-4.86269e+000CB：左塔剪空MAX:1439MIN:1437文件：蜀河汉单位：tonf日期：0 4/12/2 0 2 0教示-方商12:0.259图11“左线塔前空载+右线塔前额定”工况竖杆、斜杆轴力图（单位：t）MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMFORCE轴力-1.85305e+000-4.26230e+000-6.67154e+000-9.08078e+000-1,14900e+001-1.38993e+001-1.63085e+001-1.87178e+001-2.11270e+001-2.35362e+001-2.59455e+001-2.83547e+001CB：连塔前板MAX:3333MIN:3981文伴：河汉单位：tonf日期：0 4/12/2 0 2 0装示方向图12“左线塔前空载+右线塔前额定”工况主弦杆轴力图（单位：t)表3缆塔贝雷梁各部位轴力计算汇总表（单位：t)工况斜杆及工况名称主弦杆说明编号平杆工况一左线塔前空载+右线塔前额定26.754.86工况二左线塔前空载+右线跨中额定26.535.07工况三左线塔前额定+右线塔前额定28.603.35工况四左线塔前额定+右线跨中额定28.353.56从表3可知，塔柱贝雷梁弦杆最大内力值为N=28.6tN=56t,满足设计要求。塔柱贝雷梁竖杆及斜杆最大内力值为N=5.07tN=21t,满足设计要求。5结束语缆索吊机在桥梁建设施工中的使用过程是十分复杂的，想要提高施工的效率和安全性，需要对缆索吊机的系统进行针对性设计与施工。本文以蜀河汉江大桥危桥改造为工程依托项目，并对施工中使用的缆索吊机的各结构件进行了分析，得到以下几点结论：（1)文章对各缆索穿绕原理进行详细阐述并绘制相关缆索工艺流程图，这对提高缆索吊机的使用有很好的借鉴意义。（下转第35页）35上接第18 页）202320233年陕西交通科教研究NO.3第3 期秀传统文化主题活动，使学生在轻松愉悦的心情下学习和展示中华优秀传统文化。其次，要加强学生公寓、学校食堂、校报校刊、校史馆、图书馆等的建设和管理，例如：人学仪式增加古代礼仪环节，在学生公寓的走廊张贴古诗词，校广播站开辟传统文化节目专栏，为学校校服、工服设计传统文化特色标志，校园食堂档口开展“猜字谜赢美食”小活动等等，从物质和精神上同时加强校园环境的建设和管理，打造有传统文化特色的校园文化环境。最后，还要将中华传统文化素养教育与学校网站、微信公众号、抖音等新媒体相结合，以灵活多样的方式将中华优秀传统文化中所蕴含的道德品质和责任意识表达出来。教育部印发的完善优秀传统文化教育指导纲要中指出，要建设不断适应时代需要的中华优秀传统文化网络教育平台。4 使用线上线下相结合的文化宣传方式，使学生沉浸在浓郁的传统文化氛围中，潜移默化地感受传统文化的价值和魅力。3.3开展丰富多样的实践活动“道不可坐论，德不能空谈”，高职院校学生中华传统文化素养的培育，不仅要内化为学生的精神追求，更要外化为学生的自觉行动。学校要积极组织多样的实践活动，创新活动形式，优化活动内容，开展一些文化韵味浓厚，吸引力强的文化宣传教育活动，给予学生更多的自我感受、自主评价和自我表达的空间，充分发挥优秀传统文化以文化人的作用。例如，中华经典文化诵读，特色民俗风物调研，(2)文章采用软件整体计算缆塔，对荷载进行分析，通过缆塔的计算模型图，分析不同吊装工况下缆塔的结构受力状态，进一步确保缆索吊机的稳定，确保施工过程中的安全性，减少意外事故的风险，对于提高施工效率也有一定的帮助。参考文献1朱秋妍.缆索吊机结构件有限元分析与瞬态动力学仿真D.西安：长安大学,2 0 2 1.2段良策.简易架空缆索吊【M.北京：人民交通出版地方传统工艺实践学习，等等，引导大学生在趣味中感悟积淀的文化内涵，并在参与活动过程中展示个性，发展能力，体验生命，从而实现知识、思想到行为的转化。4结语“习近平强调：决决中华，历史悠久，文明博大。中华优秀传统文化绵延不绝，历久弥新，是中华民族的“根 和魂”。”5 高职院校学生是继承和弘扬中国优良传统文化的重要力量，开展中华传统文化素养教育不仅能推动高职院校学生文化素养整体水平的发展，而且对坚定高职院校学生文化自信，增强我国文化软实力有着重大意义，因此，加强高职院校学生中华传统文化素养培育势在必行。参考文献1赵银平.文化自信-言一习近平提出的时代课题 J.理论导报,2 0 16(0 8):7.【2】中共中央办公厅，国务院办公厅.关于实施中华优秀传统文化传承发展工程的意见 N.人民日报,2 0 17-0 1-26(2).3王岩.高职生学习心里特点与教育教学策略研究 J.天津职业院校联合学报，2 0 18（11）：6 9.4】教育部.完善优秀传统文化教育指导纲要N.中国教育报,2 0 14-0 4-0 2.5】习近平.在庆祝澳门回归祖国15 周年大会暨澳门特别行政区第四届政府就职典礼上的讲话 N.人民日报，2014-12-20(02).社,19 8 6.3张明闪.山区峡谷悬索桥主梁安装施工技术分析 J.公路,2 0 18,6 3(12)：13 0-13 4.【4】裴炳志，胡佳安，谢春生.贵州洪家渡水电站六圭河公路特大桥创新设计J.桥梁建设，2 0 15，0 1（0 4）：2 7-30.5董传洲，冯仲仁.重庆巫山大宁河桥16 5 t缆索吊机设计J.交通科技,2 0 13,0 2(11)：4 2-4 5.6】秦大燕，冯智，陈光辉，等.合江长江一桥缆索吊机设计J.公路,2 0 13,0 3(3)：6 2-6 5.