中承式钢管混凝土拱桥缆索吊装系统计算分析.pdf

公路交通技术 2 0 1 0年 4月 第 2期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t A p r 2 0 1 0 N o 2 中承式钢管混凝土拱桥缆索吊装系统计算分析 向正松 ，陈 斌 2 ,3 ，李 涛 ，田军伟 2 ,3 ( 1 重庆交通 大学 ，重庆4 0 0 0 7 4 ；2 招商局重庆交通科研设计 院有限公司，重庆4 0 0 0 6 7 ； 3 桥梁工程结构动力学国家重点实验室 ，重庆4 0 0 0 6 7 ) 摘要 ：以主跨 1 7 5 m的 中承式钢管混凝土拱桥一贵阳环城 高速 南环线花溪 I 号特 大桥 工程为对 象，对其缆 索吊 装系统进行有限元计算分析，验算主索、扣索、塔架、地锚等结构的安全性，并对不满足要求的塔架杆件进行局部 加 强 。 关键词 ：钢管混凝土拱桥 ；缆索 吊装 系统 ；计算分析 文章编号 ：1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 5 6 0 4 中图分类号 ：U 4 4 8 2 2 文献标识码 ：A Ca l c u la t i o n a n d An a l y s i s o f Ca b l e L if t i n g Sy s t e m i n Ha l f - t h r ou g h Co n c r e t e F i l le d St e e l Tu b e Ar c h Br i d q e XI ANG Z h e n g s o n g ，C HEN B i n ，L I T a o ，T I AN J u n w e i 0 Ab s t r ac t ：Ai m i ng a t t he h a l t h r o u g h c o n c r e t e fil l e d s t e e l t ub e a r c h b r i d g e wi t h ma i n s p a n o f 1 7 5 m Hu a x i No I S u p e r Ma j o r B r i d g e i n s o u t h l i n k o f G u i y a n g r i n g e x p r e s s wa y ， t h i s p a p e r c a l c u l a t e s a n d a n a l y z e s i t s c a bl e l i fti n g s y s t e m b y me a n s o f t h e F i n i t e El e m e n t M e t h o d t o v e r i f y t he s e c u r i t y o f s t r u c tur e s s uc h a s m a i n c a b l e s ，g r i pe c a b l e s ，p yl o n s a n d gr o u n d a n c h o r s ，e t c ，a n d r e i n f o r c e s l o c a l l y t h e p yl o ns a nd r o d s wh i c h a r e n o t i n c o mp l i a nc e wi t h t h e r e q ui r e me n t s Ke y wor d s ：c o n c r e t e fil l e d s t e e l tube a r c h b r i d g e； c a b l e l i fti ng s y s t e m ； c a l c u l a t i o n a n d a n a l ys i s 贵阳花溪 I 号大桥是跨越花溪水库的一座特大 桥 ，桥跨布置为 2 X 4 0 m+1 2 m+1 7 5 m+1 2 IT I ， 主跨 为 1 2 m+1 7 5 IT I +1 2 IT I 中承式钢管混凝土平 行拱桥 ，计算矢高 厂 =4 0 ， f L=1： 4 3 7 5 ，m=2 2 ， 拱轴线为悬链线。主桥施工采用无支架缆索吊装斜 拉扣挂悬拼施工工艺 ，每肋分 9段制作安装 ，其中 包括 1 7 m( 轴线长 ) 的拱脚段 、1 9 3 5 i n的合龙段和 3个普通 吊装段 。全桥拱肋共 有 1 8个 吊装节段 ， 另外有 9组横撑 吊装节段 ，最大吊重 6 9 1 t ，钢拱 牛郎关岸 肋 总重 1 1 2 7 1 t 。 整个缆索吊装系统的塔架采用 吊塔与扣塔合二 为一，主体结构用 N型万能杆件拼制而成。牛郎关 岸搭设 2 座独立的塔架( 同岸塔架之间无任何横向联 系 ) ，塔架高 7 0 、7 2 m，横 向宽 6 m，纵向宽 4 m， 2座塔架 中心距为 3 1 5 I n ，距拱脚中心 6 0 m；金竹 镇岸搭设 2 座独立塔架，高均为 5 8 m，横向宽 6 m， 纵向宽 4 m，2座塔架中心距为 3 1 5 m，距拱脚中心 为 3 8 1 I ! 。缆索 吊装系统总体布置见图 1 。 金竹镇岸 单位 ：m 图 1 缆索吊装系统总体 布置 收稿 日期：2 0 0 9 0 7 2 8 作者简介：向正松( 1 9 8 4 一 ) ，男 ，湖南 省湘西 自治州人，在 渎研究生 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 2期 向正松 ，等：中承式钢管混凝土拱桥缆索吊装 系统计算分析 5 7 表 1 主要钢索组成参数 1 主要技术参数 上下游单独布设 l 套缆索吊装系统 ，每套 吊装 系统 由 2个主地锚 、2个独立 的 N型万能杆件塔 架 、2 套行走主跑车和 2套吊重升降机构组成。 缆索设计最大吊重 1 0 0 t ，包括主跑车 、吊点 、 定滑轮、最大吊重及主索 自重 ，采用双吊点起吊。 主索最大工作垂度 ：1 9 i n 3 o ，满足施工规范 3 o 】 的规定。 另外，对在起重索和牵引索最大吊重时进行受 力 分析 。由计 算 可知 ，起 重索 张 力 的安全 系数 6 9 【 5 06 0 1 ，牵引索的安 全系数 5 5 3 3 0 ，均 满足相应施工规范要求 ，具有一定的强度储备 。 2 2 扣索计算 全桥两岸分别对称设置 3根扣索 ，将 1 、2 、 3 扣索分别布置在塔架的不同位置 ，即在塔顶及其 往下 1 0 、2 0 m 3处各布置 2排扣索 索鞍。 1 、2 扣索索鞍通过螺栓固定在 2根连接成一体的 2 2 b工 字钢分配梁上 ；3 扣索索鞍直接通过螺栓连接到塔 架顶部工字钢 分配梁上 ，分配梁焊 接到 N 4横杆 上。各段拱肋之间在 吊装阶段采用直接焊接，只有 拱脚采用临时铰接 ，故整个体系属于超静定结构 ， 且随着施工推进其超静定次数逐渐增多。采用空问 有限元软件 M I D A S 7 0模拟拱 肋实 际 吊装施 工过 程 ，运用倒装分析方法计算 吊装阶段各段拱肋端点 在达到拱肋 吊装控制标高时的索力 ，单根索力如表 3 、表 4所示。模型中 ，扣索采用 只能受拉 的桁架 单元 ，弹性模量 近似取 7 5 61 0 MP a ，其 与拱肋 的连接只用约束位移的刚性连接。 扣索均采用双线 63 7+F C ，1 7 7 0级普通钢 丝绳 ，且 1 、2 扣索( 4 8 ram) 的最小破断力均 为 1 2 0 0 k N，3 扣索( ( ) 5 2 m m) 的单根最小破断力为 1 4 1 0 k N。通过表 3可以得到 1 、2 、3 扣索所受的 最大索力分别为 2 2 3 7 、3 1 4 3 、4 6 8 5 k N，安全系 数分别为 K ：5 3 ， 2 ：3 8 ， 【 2 0 1 。 2 0 0 1 L 一 J 抗滑稳定安全系数 ： = = 0 6 x( 2 6 4 6-2 0 0 1 ) x 4 5 x 7 x 1 5 0 3 4 6 5 1 5 1 4 】 。 由计算可知，主索地锚的抗拔 、抗滑稳定性均 满足现场施工要求。 3结论 目前 ，花溪 I 号特大桥已经安全架设纵梁。整 个缆索吊装系统运行 良好 ，达到了预期 目标。本 吊 装系统的设计 、理论计算经验证均合理可行 ，可为 同类缆索 吊装系统的设计计算提供借鉴。 1 )索塔采用空间有限元软件计算分析 ，可直 接得到索塔各个杆件在最不利工况下的应力 ，防止 塔架杆件的局部屈曲，有效保证结构的安全性。 2 )通过在塔架的关键杆件上安装钢弦式应变 传感器 ，对塔架在实际吊装过程 中的应力进行实时 监测 ，发现其测量值与理论计算值都较为接近 ，结 构在整个施工过程中处于安全状态。 3 )为确保扣 索在 吊装过程 中处于安全状态 ， 优化调索 ，在各个 吊装阶段利用振动频率法对扣索 现场测试 、M A T A L B编程处理得 出实测索力值 ， 发现其与理论计算值吻合较好。 参 考 文 献 1 】 周水兴， 何兆益， 邹毅松 路桥施工计算手册 M 】 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 1 【 2 】 马祖桥，杨东海， 梅山水库金桃大桥无支架缆索吊装系 统设计 l J J 桥梁建设 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 4 5 4 8 【 3 牛润明， 张耀辉， 张志围东莞水道特大桥无支架缆索吊 装系统设计I J J 建筑机械 2 0 0 6 ( 9 ) ： 7 7 8 3 4 】 段雪炜 ，邬恒银芜湖长江大桥吊索塔架的设计与施工 f J 1 中国铁道学 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 5 0 5 3 【 5 王铭琪 ， 张佐安 ， 王 平云特大跨 径钢管混凝 土拱桥 施 工新措施 一吊扣搭共体的设计与施工 J 公路交通技 术 ， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 7 9 8 2 6 】 邬晓光 桥梁缆索吊装设备主索安全度分析I J l _ 桥梁建 设 ， 1 9 9 9 ( 1 ) ： 1 8 1 9 【 7 】 马必利钢管混凝土拱肋 吊装的施丁控制l J 1中外公路 ， 2 0 0 4， 2 ( 1 ) ： 1 7 1 9 【 8 】 中铁八局集团有限公司贵阳市环城高速公路南环线花 溪 I 号桥吊装方案【 R 】 贵阳： 贵阳南环线花溪 I 号桥项 目指挥部 ， 2 0 0 8 9 林世发黑石铺大桥扣挂施T系统分析计算 J 1 湖南交 通科技 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 9 9 1 0 1 【 1 0 】王成双支井河特大桥钢管拱肋 拼装斜拉扣挂 系统设计 铁道标准设计 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 6 3 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m