淇澳大桥换索施工技术.pdf

全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议论文集换索施工方法表1索号总体方案方案确定原因塔端千斤顶松索旧索粱端拆除索长、索径比较小，索力不大#拆除塔端拆除张拉杆牵引松索长度短。只需0 2 O 4 m，不需张拉1 7 号索杆接长I塔端挂设需要的张拉空间较小l新索粱端挂设塔端便于张拉设备拆装新索安装拆除塔端张拉梁端千斤顶松索旧索粱端拆除拆除索长、索径比较大。索力较大，塔端拆除张拉杆牵引松索长度需0 5 2 o m，张拉杆需接长8 2 4 号索塔端挂设需要的张拉空间较大新索粱端便于张拉设备转运新索安装安装梁端挂设粱端硬牵引、张拉1 2 换索顺序确定淇澳大桥斜拉索呈单索面布置，每个锚固点2 根斜拉索。为了最大限度的确保结构安全，我们充分利用了单索面桥的结构上的优势，每个锚固点一次更换1 根索，保留一根斜拉索受力。由短索向长索依次边、中跨对称换索，1 -,1 4 号索南北两塔同步换索，1 5 2 4 号索南北两塔交替换索。2 换索牵引力分析与计算换索牵引包括拆除旧索牵引及安装新索牵引，拉索放松及张紧过程，其受力体系本身为空间非线性，同时加上荷载变化引起主梁及主塔线形、位移变化，其受力情况非常复杂，换索前应通过理论分析、计算出各牵引、张拉工况下牵引力的大小。以此作为确定牵引方式并选择张拉设备的依据。牵引设备及牵弓I 索夹的合理配备对于斜拉索的安装是至关重要的，因此，应尽可能接近的模拟实际牵引过程，牵引力计算应尽量准确。斜拉索为轴向受力单元类型，不具有弯曲刚度和剪切刚度(弯曲刚度和剪切刚度很小，可以忽略)，因此，斜拉索受力，形态可用悬链线方程表示，见图2。图中H 为拉索水平力，y 为设定长度内的拉索总重，T 为拉索轴向拉力。按照悬链线方程两点受力平衡有：塞一普，熹=一刍(鬈)盂。一耳丽2 一再l 五J设鬈=g，则有索牵引力计算模型：丽d 2：r=一番(1)d v 2H“7此外，令斜拉索单位质量为伽，则有：?r 圈2 斜拉索牵引力计算模型誊=一棚=一灞(2)淇澳大桥换索施工技术3 4 5解悬链线万程得：y-1 E c o s H D-c o s H(D 一已)d，y：s i n H(D C r)其中：D=s i n H _ 1(鑫)+9驴=譬c=吾那么，斜拉索长度L c 及弹性伸长工c 表示如下：L c=1(s i n-D s i n H(D 一2 秽)L c=虿瓦H L+(雎+砰)甓+(雎一H 2)一厂=学c 无应力索长：k。k A L c按以上理论计算结果确定淇澳大桥换索施工过程中的牵引索力。3 换索牵引系统设计采用悬链线殚论计算各索牵引力与牵引距离的关系。贝表2、表3 1 7 号索牵引力(t)、牵引距离(m)关系裹表2(3)(4)(5)、距离(m)嬲o 00 1o 20 3o 40 51 0C l2 5 7 62 8o 90 70 60 5C 22 2 5 07 21 71 2o 9o 9C 32 5 0 13 6 63 O2 01 61 4C A3 0 0 07 7 76 03 42 72 2C 53 0 4 71 0 0 8lo 24 93 73 1C 63 0 7 31 1 9 9l&l6 74 94 02 4c 73 0 8 51 3 5 53 2 09 16 35 02 98 2 4 号索牵引力(t)、牵引距离(m)关系襄表3、距离(m)嬲0 0o 51 0l-52 O3 O6 O1 0 0(2 83 5 7 7&34 0C 93 5 9 59 24 83 4 6全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议论文集续上表、距离(m)嬲o 00 51 01 52 03 o6 ol O oC 1 03 9 0 69 86 14 6C 1 13 9 2 o1 0 77 o5 24 4C 1 23 9 3 21 2 48 o6 05 0C 1 33 9 2 51 4 39 16 75 64 3C 1 44 1 6 51 7 51 1 O8 16 75 23 6C 1 54 1 5 91 9 71 2 29 07 45 84 oC 1 64 1 5 32 3 71 4 09 98 26 44 4C 1 74 1 6 43 5 61 5 0l O 99 o7 04 8C 1 84 6 9 34 5 61 9 01 3 11 1 28 75 94 7C 1 94 7 4 15 3 32 1 01 4 91 2 29 46 15 1C 2 04 7 8 58 0 42 3 o1 4 71 1 89 07 44 8C 2 14 4 9 o6 1 _ 52 4 01 7 31 4 11 0 97 45 8C 2 24 4 5 96 8 o2 4 o1 8 61 5 11 1 77 96 2C 2 34 4 5 97 5 82 8 12 0 o1 6 21 2 58 46 6C 2 43 5 2 95 6 92 8 02 0 31 6 71 3，o8 97 o根据以上牵引力与牵引距离关系，经综合分析比较选择如下换索牵引方式：(1)7 号索塔端锚头下放0 4 m 后。剩余索力仅6 3 t。因此，塔端松索采取先用张拉杆硬牵引下放拉索0 2-一0 4 m，再用卷扬机穿滑车组直接将索放松至自然下垂状态。(2)8 2 4 号索梁端松出2 m 后，剩余索力仅1 6 t。因此，梁端松索采取先用张拉杆放硬牵引放松拉索2 m 的距离，再用卷扬机穿滑车组直接将索放松至自然下垂状态。斜拉索的放松是换索工作的关键。为了保证塔梁的受力均衡，放索时一般要求成对、对称同步进行，而且松张拉杆时必须准备好配套的千斤顶、油泵、张拉杆、连接件。换索前对全桥索力、线形进行通测。准确测定每一根拉索索力，利用全站仪对全桥主梁线形、塔肢变形等进行测量。换索同时对拆除索及周边索要进行实时监控，观测索的应力变化。4 换索施工关键设备设计与安装斜拉索拆除及安装均为大吨位起重、张拉，绝大部分属高空作业。因此，设备、设施选择和设置是否合理，是否安全可靠，能否保证施工效率，是顺利实施换索工程的首要保证和必要前提。结合以往斜拉索挂设施工经验，我们对本斜拉索更换工程所需的设备进行了精心的选择和布置。4 1 塔顶起吊设备的设计塔顶吊为塔顶主提升设备，与桥面上的卷扬机共同构成旧拆除下放，新索安装的主要提升设备，结构形式见图3 所示。换索施工，因无起重设备，塔顶吊的安装采用首先在塔顶立简易人字扒杆，并配置5 t 卷扬机作为塔顶吊安装的吊装设备。塔顶吊受力分析计算见图4 所示。4 2 牵引，张拉系统设备的选择、设计与加工(1)放索机放索机为舒展索体的主要设备。根据施工需要，本桥采用卧式放索机。卧式放索机由放索转 9；I|、放索转盘底座及轴承三部分组成。放索盘用型钢加工而成。(2)放索小车淇澳大桥换索施工技术3 4 9后予以确定。撑脚用钢板焊制而成，撑脚使用时通过螺栓固定在锚板上。4 3 桥面卷扬系统的设计为确保旧索拆除及新索安装的安全性、便利、准确，作为主要的起重设备的卷扬机应配置几种类型的卷扬机。下面根据卷扬机的不同用途分别介绍(以一塔为例)：(1)塔顶牵引卷扬机，共l 台，5 t 卷扬机，布置于桥面主塔左(右)侧，通过滑车导向，从塔顶人孔转向进入塔内，用以吊装材料，辅助牵引锚头，见图7。(2)塔顶吊卷扬机，共2 台，5 t 卷扬机，布置于桥面主塔两侧，作为塔顶吊滑车组提升装置，用以提升或下放斜拉索，见图3。(3)桥面斜拉索牵引卷扬机，共4 台，5 t 卷扬机，布置于桥面C 2 4(c 2 4)索套管旁用以旧索拆除时牵引梁端锚头出索套管以及安装新索时牵引梁端锚头入索套管。一卷扬帆。施工区献。I图7 卷扬机和汽车吊布置主桥对称由心线5 桥面展索斜拉索桥面展开的目的一是安装需要，二是舒展索体散去扭力，使索在安装时处于无应力自然状态，使斜拉索安装工程安全顺利进行。(1)斜拉索工厂加工、成盘，用运输车辆运至索塔墩旁，由2 5 t 吊车直接将斜拉索吊至卧式放索盘上。(2)汽车吊吊放锚头至桥面托索小车。(3)在塔端锚头处连接卷扬机钢丝绳，起动卷扬机，牵引梁端锚头至索塔处，桥面展开斜拉索。(4)塔端安装索夹、提升吊具，塔顶吊提升塔端拉索，使之在桥面上完全展开(见图8)。6 换索塔端起吊斜拉索从放索机上展开，塔端锚头拉移索塔处后，安装塔端挂设夹具、连接头，连接塔顶吊滑车组钢丝绳及角度调节手拉葫芦，起动卷扬机提升斜拉索端部。塔顶门架将塔端锚头提升至索套管口处后，从索套管内放出牵引钢丝绳，将其与连接头端头相连，将斜拉索塔端锚头拉入索道孔。7 换索牵引7 1旧索拆除牵引(1)2 台(或4 台)千斤顶同步起动，顶松锚头螺母，并记录锚头螺母刚松动时的油压表读数。通过张拉杆硬牵引同步松出张拉杆，并将张拉杆接长后通过千斤顶松出，直至锚头松出一定的长度(通过索力计算得出的值，C 8 C 1 5 为l m，C 1 6 C 1 7 为1 5 m，C 1 4 C 2 4 为2 m)。(2)安装桥面5 t 卷扬机，穿滑车组走4 线，安装索夹，起动卷扬机收紧斜拉索，至张拉杆螺母松动，然后拆除张拉杆及千斤顶、油泵。(3)卷扬机继续松索，至斜拉索完全松弛，梁端锚头不再受力(见图9)。3 S 2全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议论文集我们通过淇澳大桥换索施工，对斜拉桥换索施工技术进行了研究和总结，以期望对其他同类型桥梁换索施工提供一定的参考借鉴价值。斜拉桥换索具有较高的施工难度和复杂性，换索施工安全和桥梁结构安全至关重要，做好换索工作在以下几方面还应予以注意和多加考虑：(1)随着斜拉桥的索塔形式、主梁结构及跨径变化换索方案应随之作相应的调整，以满足施工安全及桥梁结构安全的需要。(2)换索桥梁大多已经过多年运营，混凝土收缩徐变已完成，桥梁结构已稳定，因而，在主塔及梁体结构无明显病害的情况下，换索施工宜采取有效措施维持原桥线型及结构受力状态不变，以维持结构稳定。(3)斜拉桥为多次超静定的空间非线型结构体系，加上旧桥的原有受力状态很难准确测出，这给旧桥换索施工监控带来了更大的难度和不确定性，要求监控单位在换索过程中适时做好监测并及时分析计算，以确保桥梁结构始终处在安全的受控状态之内。参考文献E 1 淇澳大桥维修雏修工程施工图设计文件 2 交通部第一公路工程总公司桥涵北京：人民交通出版社，2 0 0 0