大跨径拱桥缆索吊装系统设计与分析

孟 云 黄坤全 刘 彬

(1.贵州高速公路集团有限公司,贵州 贵阳 555004； 2.贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550001)



大跨径拱桥缆索吊装系统设计与分析

孟 云1黄坤全1刘 彬2

(1.贵州高速公路集团有限公司,贵州 贵阳 555004； 2.贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550001)

结合香火岩特大桥工程实例，介绍了缆索吊装系统的总体设计方案，从索塔系统、缆索系统分项设计、锚碇设计等方面，阐述了大跨径拱桥缆索吊装系统的设计计算方法，对提高施工效率、缩短工期、降低成本等有一定的意义。

拱桥，缆索，索塔，锚碇

0 引言

拱桥由于其跨越能力大、施工相对简单、外形美观等优点，近年来如野山河特大桥、大宁河特大桥等多座大跨径拱桥被应用于西部桥梁建设的工程实践中。此类桥梁在拱肋等主要构件的施工过程中，受建设场地地形的限制，难以应用支架安装、浮船吊装等常规安装方法，缆索吊装系统有其自身特点，可以作为此类结构施工的方案之一。

1 工程概况

香火岩特大桥桥址位于贵阳市，横跨香火岩峡谷，主桥采用跨径300 m 的上承式钢管混凝土变截面桁架拱，拱轴线采用悬链线，拱轴线系数m=1.543，矢高h=54.545 m，矢跨比f=1/5.5。主拱圈采用等宽度变高度空间桁架结构，断面高度从拱顶5 m变化到拱脚 9 m(中到中)。单片拱肋宽度2×5 m(中到中)，横桥向两片拱肋间的中心距为17 m。肋间设置横联和米撑。上、下弦拱肋均采用变截面钢管，拱肋管径由拱脚φ1 200 mm×26 mm 变至拱顶φ1 200 mm×32 mm。钢管拱肋对接接头采用内法兰盘栓接、管外焊接的形式进行连接。管内灌注 C55 自密实微膨胀混凝土。

2 缆索吊装系统总体设计

香火岩特大桥施工缆索跨径确定为190 m+410 m+360 m，主缆吊重为130 t。缆索系统主要由索塔系统(H形钢塔及万能杆件塔)、锚固系统、绳索系统、天车和支索器系统、卷扬机系统和索鞍横移系统等组成。

3 索塔系统设计

索塔系统两岸桥塔高度分别达62.11 m和56.91 m，索塔系统采用西乙型万能杆件索塔铰结于H形钢支撑塔顶组拼而成的桁

架结构，滚动索鞍设置在万能杆件塔顶，用于放置承重索、起重索、牵引索等，如图1所示。

索塔结构计算采用Midas/Civil建立空间模型，采用梁单元模拟桥塔构件进行结构承载能力验算和稳定性分析，模型共有节点850个，单元2 434个(见图1)。计算中主要考虑索塔结构自重、缆索设备自重、吊重及起吊牵引等产生的荷载，同时考虑了背索安装后初张拉力对结构受力的影响。

根据计算结果，索塔最大压应力为上部桅杆式塔架根部的竖杆，为77 MPa，最大拉应力为上部桅杆式塔架的分配梁，为142 MPa；支撑塔最大拉应力为47 MPa，最大压应力为96 MPa；塔顶最不利荷载工况下最大位移88 mm；第一阶稳定系数11.1。各项计算结果表明索塔系统刚度和强度均能满足正常工作时的要求。

4 缆索系统分项设计

4.1 承重索设计

承重索支承于两岸塔架的索鞍上，最大工作垂度L/16，拉索截面采用8φ60纤维芯钢丝绳(6×37+PPC)，共设2组。单根截面积为16.93 cm2，弹性模量为8.0×104MPa，公称抗拉强度为1 870 MPa，破断拉力222 t。作用于承重索上的荷载，按作用形式分为集中荷载和均布荷载，其中集中荷载Q=183.243 t；均布荷载q=0.26 t/m。

承重索计算基本假定包括：承重索在塔顶索鞍处可以自由纵向活动且不计摩阻力，索体为理想柔性索且不考虑结构几何非线性、在自重作用下其轴线为抛物线。将承载索等效为承受均布荷载和集中荷载的梁，根据弯矩和竖向力平衡计算得到承载索最大水平张力和支点反力，并得到承重索最大张力及其安全系数，根据计算结果承重索安全系数：

4.2 起重索设计

起重索用于控制吊运构件的垂直运输(见图2)，其两端跨过两侧主塔分别与两岸卷扬机相连接，拉索截面采用φ28纤维芯钢丝绳，采用定5动4走8方式穿绕。单根截面积2.95 cm2，弹性模量8.0×104MPa，破断拉力50.7 t，选用4台10 t起重卷扬机进行牵引。

起重索上的荷载包括：最大吊重120 t、下挂及扁担重12 t和起重索共10.243 t，不计偏载系数，可知每台跑车承担荷载38.061 t。

4.3 牵引索设计

牵引索用于控制吊运构件的水平运输(见图3)，拉索截面采

用φ32纤维芯钢丝绳(6×37S+PPC)，采用走4方式穿绕；此外为平衡主索吊重时产生的水平力设置了缆风系统。单根截面积3.93 cm2，弹性模量8.0×104MPa，破断拉力66.2 t，采用4台15 t起重卷扬机进行牵引。

5 锚碇设计

该桥缆索锚碇采用岩锚锚碇，单个锚碇布置24束6-φ15.2岩锚，锚索锚固长度25 m，钻孔孔径为110 mm，注浆浆体采用M40水泥浆，杆体为6-φ15.2高强低松弛压应力钢绞线，标准强度为1 860 MPa，单根钢绞线截面面积为140 mm2。

6 结语

通过本桥缆索吊装系统设计，解决了西部山区特殊地形条件下施工过程中拱肋等大型构件施工平台，对提高施工效率、压缩工期、降低施工过程成本具有积极意义,为后期西部山区大跨径拱桥的使用积累了相关设计和施工经验，可进行广泛推广。

[1] 冉茂学，许红胜.山区大跨悬索桥施工缆索的设计要点[J]．中外公路，2009(4)：101-103.

[2] 孙重光，贺晓红.公路施工材料手册[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3] 魏 磊.瀑布沟大桥工作索的设计及工作原理[J].山西建筑，2007，33(6)：336-337.

[4] 岩土锚杆(索)技术规程[M].北京：中国计划出版社,2005.

The design and analysis on long-span arch bridge cable hoisting system

Meng Yun1Huang Kunquan1Liu Bin2

(1.GuizhouHighwayGroupLimitedCompany,Guiyang555004,China; 2.GuizhouBridgeConstructionGroupLimitedLiabilityCompany,Guiyang550001,China)

Combining with Xianghuoyan super bridge engineering as an example, this paper introduced the overall design scheme of cable hoisting system, from the cable tower system, component design cable system, anchorage design and other aspects, elaborated the design calculation method of long-span arch bridge cable hoisting system, had certain significance to improve the construction efficiency, shorten the construction period, lower cost etc..

arch bridge, cable, cable tower, anchorage

1009-6825(2016)11-0165-02

2016-02-01

孟 云(1979- )，男，硕士，高级工程师； 黄坤全(1956- )，男，研究员； 刘 彬(1976- )，男，研究员

U448.22

A