猫道线形计算实用方法及偏差分析

何 伟

（1.西安公路研究院，陕西西安 710065；2.长安大学公路学院，陕西西安 710054）

0 引言

随着桥梁施工技术、施工水平的提高，交通领域的发展，大跨径的跨江、跨海桥梁逐步增多。悬索桥这一大跨径桥型也越来越多地被应用使用。猫道是悬索桥上部结构中重要的高空作业平台，虽然为临时结构，但它的使用几乎贯穿悬索桥上部结构施工的始终。它承担着悬索桥索股架设、调索、紧缆、索夹及吊索安装、钢箱梁吊装和主缆缠丝等一系列重要工作，因此猫道的线形计算准确与否对悬索桥上部结构施工起了至关重要的作用。

1 猫道构造

猫道由承重索、扶手索、转索鞍、锚固装置、门架、门架支承索、猫道面层、横向天桥等主要部件组成。从结构上看主要分为分离式和连续式两类[1]。两种形式各有优劣，其各自特点如下。

1.1 分离式结构

分离式猫道承重索分为三段，每跨各自架设，边跨承重索分别在锚锭处与主塔上锚固，中跨承重索在两主塔上锚固。这种形式结构比较轻便，承重索长度短，省去了变位刚架等结构，但也存在线形调节时复杂，塔顶预埋件较多，人员操作方面不便，以及对主塔受力影响较大等方面的问题。

1.2 连续式结构

连续式猫道承重索与主缆类似，为通长索，两端分别在两锚锭处锚固，在主塔顶部设置转索鞍以便转向。连续式猫道虽然承重索长度长，且多了变位刚架等装置，但方便线形的调整，同时节约了预埋件与调节设备的数量，而且在猫道改挂之后线形保持优于分离式猫道，人员通行方便，便于施工操作，对主塔受力影响也较小。

两种形式各有优劣，应根据施工现场实际情况进行选用。

2 实例分析

采用通用软件Midas Civil对某三跨悬索桥连续式猫道进行承重索线形计算。该桥两塔等高，矢跨比为1/10。猫道采用连续式结构，在塔顶处设转向鞍座。猫道（见图1）低于主缆中心线1.5 m，猫道面宽4.0 m，每条猫道由6根φ48 mm钢丝绳支承，设置2根φ40门架支承索，2根φ22扶手索。猫道面网底层用大方眼焊接钢丝网，面层用小方眼铁丝网。扶手索采用φ22 mm的钢丝绳，侧网采用高1.1 m的大方眼钢丝网。

猫道门架由门架支承索固定，保证猫道索相对位置，增强整体稳定性，同时其横梁下方安装导轮组，用于主缆索股架设。猫道不设抗风缆，为了增加猫道的抗风稳定性，用7道横向天桥增加上下游猫道刚度。

猫道横向天桥按照150 m一道，猫道门架按照50 m一个布置。全桥共布置横向天桥7道，猫道门架共54个。一侧猫道承重索6φ48，扶手索2φ22，门架支承索2φ40。索股托轮6 m一个。

2.1 模型建立

单幅承重索共6根，按照仅受拉索单元进行模拟，因只进行线形计算，故横向天桥，变位刚架等设施均采用集中荷载的形式添加，不会对结果造成影响。承重索的索力的水平向分力可以通过塔顶的调节装置进行调节，可以保持主塔水平分力基本均匀[4]，因此可忽略主塔水平向的位移，为一中心受压结构（见图2）。根据猫道建成后实测数据，此模拟方法精度可以达到要求。

图1 猫道构造平、立面图（单位：mm）

图2 Midas模型

2.2 边界条件

连续式猫道承重索在锚锭处通过锚固体系锚固于底面上，而在主塔上，承重索通过转索鞍处也要进行锚固（见图3），因此连续式猫道承重索的边界条件与三跨分离式类似，分别在锚锭处与塔顶固结，可以看作为三跨分离式体系[2]。

2.3 荷载

单幅猫道横向天桥荷载按节点荷载施加。除自重外，其它荷载按照均布荷载方式均匀地施加于各节点，也可加于承重索容重中。以下为各项荷载值。

（1）猫道面层荷载：q1=38.3 kg/m

（2）猫道栏杆荷载：q2=9.6 kg/m

（3）猫道承重索φ48自重荷载：q3=6×9.63=57.78 kg/m

（4）门架支承索φ40自重荷载：q4=2×6.69=13.38 kg/m

（5）PPWS导向轮及支架：q5=8.5 kg/m

（6）电缆及灯具：q6=2 kg/m

（7）门架及导向滑车：q7=31.0 kg/m

（8）牵引索φ36自重荷载：q8=2×5.42＝10.84 kg/m

（9）扶手索 φ22自重荷载：q9=2×2.02=4.04 kg/m

（10）单根主缆索股自重荷载：q10=21.2 kg/m

（11）横向天桥单侧集中荷载：P=2 207.2 kg

单根承重索所受均布荷载：

其中门架支撑索也承受一定比例门架荷载，根据各桥梁实际情况确定，该桥为1/2。

2.4 线形计算

2.4.1 猫道形成后线形

猫道形成后线形与主缆中心线距离过大，会造成调索时施工不便，不得不采取加立小凳等措施，而距离过小又可能会影响后期紧缆机的行走，故猫道形成后线形距主缆中心线距离取为1.5 m，因此猫道形成后线形为确定的，可用形成后线形反推承重索空缆线形。但主缆中心线形为悬链线，但猫道由于横向天桥，门架等集中荷载的存在，猫道线形不可能与主缆线形完全平行[3]，在线形计算中，可近似以三跨跨中标高低于主缆中心线1.5 m考虑，由此可以方便地计算出承重索无应力索长（见表1）。根据实测验证，精确度可以达到预期的要求。另外，猫道形成线形为恒荷载作用下的线形，因此猫道受到的风荷载，施工临时荷载等都不予考虑[1,4]。

表1 承重索无应力索长值(单位：m)

2.4.2 猫道空索线形

猫道空索状态为6根承重索架设完成后未安装变位刚架前的状态，承受荷载仅为本身自重。通过形成后线形得到的无应力索长值，即可简单求得猫道空索线形。求得空索线形如表2。

2.5 温度

该悬索桥猫道设计温度为20℃，但实际架设过程中温度不可能稳定为20℃，故需计算20℃周围温度下的线形。具体计算值见表3（只列出1#承重索的线形）和表4（标高升高为正，降低为负）。

表2 猫道承重索空索线形（南侧主塔中心里程桩号为2K+005.000）

根据该桥猫道空索时与架成时猫道实测线形和计算线形进行对比，发现此种计算方法精度可以满足设计和施工要求，两者差距极小。

3 产生偏差原因及分析

猫道架设过程中，线形与计算线形难免产生偏差，产生误差的原因主要为以下几方面。

（1）承重索弹性模量计算时取定值，但实际中由于承重索为钢丝绳材料，其弹性模量会随力的大小而产生一定的变化，因此会造成线形偏差的现象[5]。此种原因产生的误差可以通过预张拉时消除钢丝绳非弹性变形后的实测值作为计算值的方法来减小。

（2）在设计中，门架支撑索承受部分门架荷载，在模拟计算中此部分荷载可以精确地施加于门架支撑索之上，但在实际操作中，门架支撑索承受的荷载比例很难十分精确，会造成猫道形成后与计算线形不吻合，即使跨中线形匹配，但四分点处标高也会与计算值产生偏差。这也是造成很多猫道线形偏差的原因。

表3 温度对1#承重索空索线形变化影响(单位：mm)

（3）在测量猫道线形时，如果在白天测量，猫道承重索温度不均匀，即使考虑温度荷载的影响，但也很难考虑如此复杂的温度场，给出一个理想的线形，因此建议猫道线形测量时也按照基准索股测量的方法，在夜间温度稳定时进行测量，以消减承重索通长温度变化造成的影响。

4 结语

表4 温度对猫道形成后线形变化影响(单位：mm)

经过对某悬索桥猫道线形计算模拟，提出了模型模拟和猫道线形、下料长度计算的实用方法。经过与实际线形比对，发现精度可以达到要求，提出了猫道线形产生偏差的原因并进行分析，其结果可以在实际工程施工中使用。

[1]光明.刘家峡大桥三跨连续式猫道设计与架设 [J].中外公路，2013,33(3):135-139.

[2]常英.武汉阳逻长江大桥施工猫道设计与验算[J].公路交通科技，2005,22(12):88-93.

[3]王丰平.猫道设计、架设和静力计算[D].西安：长安大学，2002.

[4]牛和恩.虎门大桥工程—悬索桥[M].北京：人民交通出版社,1998.

[5]黄平明，梅葵花，孙胜江.大跨径悬索桥猫道承重索施工控制计算方法[J].中国公路学报，2000,13(3):45-48.