连续钢桁拱双悬臂架设用水平拉索设计与施工

何军民

（中铁大桥局集团第四工程有限公司 南京 210031）

1 工程概况

南京大胜关长江大桥主桥［1］按6线（京沪高速双线、沪汉蓉双线、南京地铁双线）标准设计，全长1 615m，其中4～10号墩为108m＋192m＋2×336m＋192m＋108m连续钢桁拱，见图1。主桥采用3片主桁连续钢桁拱结构，桁宽2×15 m。主拱拱圈矢高84m，跨中拱圈桁高12m，拱脚处拱圈桁高56．8m。除主墩两侧各4个节间长度为15m外，其余均为12m。平弦部分桁高16m。

图1 6跨连续钢桁拱桥跨布置（单位：m）

主桥7号墩墩顶4个节间钢梁采用浮吊进行对称架设，其余节段均采用架梁爬坡吊机双悬臂架设，跨中设合龙段。在钢梁拼装过程中沿高度方向设有3层水平拉索（见表1），每层水平拉索沿横向分为3排，每排由4根拉索组成。

表1 水平拉索技术参数表［2］

2 拉索设计

2．1 计算理论

假设拉索索长L、钢梁两端索孔锚板中心的几何距离为L0、张拉端锚杯距锚垫板的距离为a，则在牵引力T作用下，其弹性伸长量为TL／EA，垂度影响的伸长量近似为因此可得：

式中：L0为上下两端索孔锚板中心的几何距离；L为拉索的长度；LX为L0的水平投影长度；E为垂直索的弹性模量；w为钢索单位长度重量；A为钢索中钢丝的截面积；T为牵引力。

2．2 拉索索力计算

2．2．1 第一层水平拉索计算方法

首先验算200kN牵引力能否使张拉端锚头戴帽，当满足要求时，直接利用卷扬机牵引将拉索锚头戴帽；当不满足要求时，需计算出200kN牵引力将拉索锚头牵引的最大位置，根据该位置确定张拉杆Ⅰ长度。张拉杆的螺纹及直径根据水平拉索的戴帽索力确定。

第一层水平拉索计算过程为：将第一层水平拉索的参数及T＝200kN带入式（1）可得a＝607 mm，为使张拉端能戴满一个螺帽的长度，此时a＝－5mm，因此仅靠200kN卷扬机无法将第一层水平拉索戴帽，此时需设置张拉杆。

以200kN牵引力所对应的a1值为下限，以张拉端锚头戴帽至设计位置的a2值为上限，采用Mathcad数值计算软件进行区间内张拉索力的计算，分析第一层水平拉索索力变化，见表2。

表2 第一层水平拉索张拉过程索力变化一览表

2．2．2 第二、三层水平拉索计算方法

第二、三层水平拉索在既有水平拉索上进行展开，此时需验算200kN牵引力能否将待挂水平拉索张拉至脱离放索滑道，如200kN牵引力能将待挂拉索张拉至脱离放索滑道，则张拉杆I的长度跟第一层水平拉索计算方法相同；如200 kN牵引力不能将待挂拉索张拉至脱离放索滑道，则张拉杆I的长度根据几何距离确定。

第二层水平拉索计算过程为：

以适配张拉杆长度a1为下限，以张拉端锚头戴帽至设计位置的a2为上限，采用Mathcad数值计算软件进行区间内张拉索力的计算，分析第二、三层水平拉索索力变化，见表3。

表3 第二、三层水平拉索张拉过程索力变化一览表

2．3 水平拉索受上层拉索展索影响分析

第二、三层的水平拉索依次在已经挂好的第一、二层水平拉索上展开，会使得已经挂设的水平拉索索力增大，因此需对展索过程中已挂水平拉索的索力增大情况进行分析。根据已知的张拉索力和水平拉索的跨径可以得出水平拉索的线形方程为：

将水平拉索的自重带入式（2）可以求出自重状态下水平拉索的跨中垂度f1，再分别计算待挂水平拉索展开至已挂水平拉索的中点和完全展开2种状态下已挂水平拉索的跨中垂度f2，取两者的最大值。然后根据水平拉索的无应力长度为定值求出已挂设水平拉索受展索影响的索力增长量，采用Mathcad数值计算软件进行已挂水平拉索索力增量的计算，见表4。

表4 已挂水平拉索索力增量表

3 挂索施工

水平拉索挂索施工主要包括索盘吊装、拉索展开、固定端戴帽和张拉端牵引锚固及戴帽［4］。

水平拉索挂索施工步骤为：钢桁梁悬臂架设第8个节间后，在钢桁梁A45HAO号节点顶部挂设第一层水平拉索；待第一层水平拉索张拉至设计吨位后，架梁吊机继续架设钢桁梁至第10个节间后，在A43号节点顶部挂设第二层水平拉索；待第二层水平拉索张拉至设计吨位后，架梁吊机继续悬臂架设钢桁梁至第12个节间后，在A41号节点顶部挂设第三层水平拉索，见图2。

图2 水平拉索立面布置

3．1 拉索展开

将拉索通过水路运输至起吊位置，利用架梁吊机将索盘整体起吊至钢桁梁上弦杆上。架梁吊机尾部吊机将拉索张拉端锚头提升出索盘并放置于锚头小车上，将张拉端锚头与锚头小车固定［5］，利用另一侧架梁吊机尾部卷扬机牵引锚头小车使其沿放索滑道前行完成水平拉索的展开。其中第一层斜拉索沿钢桁梁顶面牵引展开，第二、三层水平拉索依次沿第一、二层水平拉索顶面牵引展开，放索过程中须控制索盘转速并能适时将其制动，防止缆索散盘。

为满足第二、三层水平拉索展索的要求，依次在第一、二层水平拉索顶面设有放索猫道，该猫道可用于放索和人员走行使用。

3．2 拉索牵引锚固及戴帽

缆索沿放索滑道全部展开后，利用架梁吊机尾部吊钩将固定端锚头抽出索盘，安装哈夫夹具、牵引锚头和钢丝绳。架梁吊机尾部吊机提升固定端水平拉索，调整水平拉索高程位置，使其对准锚箱索孔，缓慢驱动固定端卷扬机张拉水平拉索锚头使固定端锚头戴帽至设计位置。固定端锚头戴帽索力控制在200kN以内。

固定端戴帽到设计位置后，用锚头小车将梁端锚杯牵引至要求位置，安装夹具，将锚头临时打梢，安装张拉端锚头张拉杆I。张拉杆I的长度需满足在临时锁定状态下能戴满一个螺帽的要求。张拉杆I戴帽后安装张拉杆II及硬牵引装置，用千斤顶牵引张拉杆，直至锚杯带帽。张拉时，千斤顶张拉应分阶段加载，不得一步到位；分段值约500kN，张拉结束后的各索索力误差值小于5%。

南京大胜关长江大桥主桥钢桁梁已架设完成，架设过程中第三层水平拉索实测索力见表5，实测索力与计算值相关较小。

表5 第三层水平拉索实测索力值

4 结语

在京沪高速铁路南京大胜关长江大桥主桥连续钢桁拱双悬臂架设中，首次采用了水平拉索的施工方法，利用已挂水平拉索作为上层拉索的放索平台有效地减小了上层拉索展索过程的牵引索力，缩短了硬牵引张拉杆的长度，方便了现场施工。水平拉索挂索计算需考虑上层拉索展索带来的影响，本文给出了展索工况水平拉索索力增量的计算方法。

通过实践证明：水平拉索的索力计算准确，挂索施工方案合理，为以后同类型拉索的施工提供了宝贵经验。

［1］ 中铁大桥勘测设计院有限公司．南京大胜关长江大桥108m＋192m＋2×336m＋108m连续钢桁拱桥钢梁施工图［Z］．武汉：中铁大桥勘测设计院有限公司，2007．

［2］ GB／T18365－2001斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件［S］．北京：中国标准出版社，2001．

［3］ 李廉锟．结构力学［M］．下册．5版．北京：高等教育出版社，2010．

［4］ 饶华容，邓惠斌．千米级斜拉索长索架设技术［J］．北京：中国工程科学，2009，11（3）：71－74．

［5］ 薛 峰．杨浦大桥主桥超长超重斜拉索施工技术 ［J］．武汉：桥梁建设，1993（4）：15－19．