受限空间塔顶猫道承重绳转索鞍的设计

李清培，王小祎，周咏凯

（四川路桥华东建设有限责任公司 四川 成都 610200）

0 引言

猫道是悬索桥施工过程中最重要的临时设施之一。作为悬索桥上部构造施工最重要的高空工作通道和临时作业场地,在整个上部结构施工期间，猫道是索股牵引、索股调整、主缆紧固、索夹及吊索安装、钢桁梁吊装、主缆缠丝防护等施工的作业平台[1]。

三跨连续式猫道的特点是在塔顶处设转索鞍，相对于三跨分离式猫道具有明显的优势。一是减少了塔顶预埋件的数量，对塔顶原有构造的影响很少。二是缩小了猫道承重绳在塔顶的水平力差，便于整个猫道线形的调整，线形调节装置数量可以减少。三是在猫道改吊后能较好的保持线形，和主缆基本保持等间距，便于施工[2-3]。

1 工程背景

湖北省白洋长江公路大桥是宜昌至张家界公路在湖北省宜昌市境内跨越长江的通道。宜张高速公路宜昌段是湖北省“753”骨架公路网中规划纵6线——郧县至五峰高速公路的重要组成部分[4]。主桥为主跨1 000 m的单跨悬索桥，跨江主桥主缆跨度布置为276 m+1 000 m+296.5 m。大桥桥型布置图见图1。

该项目桥跨布置为271.45 m+1 000 m+264.62 m，主缆安装矢度为100.476 1 m，中跨主缆中心间距为36 m，锚碇处主缆中心间距为45 m。在左右幅对应的主缆中心线下方各设置一幅猫道，猫道线型与主缆安装线型一致。结合项目自身情况，选用三跨连续式猫道系统。猫道总体布置图见图2。白洋岸与宜都岸猫道面层距主缆中线的设计距离为1.7 m（铅锤方向），中跨猫道面层距主缆中心线设计间距为1.5 m，猫道设计宽度为4 m。

1 塔顶转索鞍的设计

1.1 塔顶布置方案比选

该桥主塔塔顶尺寸为5.5 m×7.62 m。主塔门架立柱底部为箱形，尺寸为90 cm×72 cm。塔顶主索鞍底座宽度为3.82 m，塔顶横向单侧剩余宽度为84 cm。要将主塔门架与塔顶同时布置在84 cm宽度范围内，显然是不可能的，因此，以下提出三种方案进行比选，具体见表1。

通过对塔顶布置方案进行研究和比选，充分考虑到现场环境和条件，拟选用方案三进行转索鞍的设计。

2.2 转索鞍的设计

转索鞍是猫道承重绳在塔顶的转向装置，是三跨连续是猫道的重要组成部分，主要承受猫道承重绳传递的竖向荷载和不平衡水平力。转索鞍包括上、下夹具，鞍体，连接梁以及预埋件组成，如图4所示。

图1 湖北省白洋长江公路大桥桥型布置图（单位：cm）

图2 猫道总体布置图（单位：cm）

表1 塔顶布置方案比选表

图3 三方案布置图

上、下夹具是固定猫道承重绳的装置，上、下夹具间采用高强螺栓进行连接，通过对高强螺栓施加预紧力，以满足猫道承重绳的锚固受力需要。

鞍体为钢板焊接的成的箱形结构，包括顶板、底板、腹板以及加劲板。上、下夹具直接焊接于顶板上，底板通过预埋件锚固于塔顶混凝土上。

转索鞍顺桥向沿塔顶中心线对称布置，为减少转索鞍不平衡水平力，在转索鞍中间设计连接梁，连接梁由钢板焊接而成。

图4 转索鞍构造图

2.3 转索鞍制造与施工

塔顶转索鞍应分段加工，转索鞍预埋件安装应先于塔顶索鞍鞍体吊装,以确保现场焊缝质量，预埋件安装位置应精确，严禁占用主索鞍安装位置；下夹具横桥向位置需精确定位。

所有焊缝均采用E5016焊条施焊，施工时严格控制焊缝质量。

转索鞍鞍体与下夹具在加工厂加工成整体运至现场，通过塔吊吊装至塔顶安装。

为确保塔顶转索鞍的顺利安装，塔顶转索预埋时，先进行预埋定位板及预埋螺栓的施工，随后将其余构件焊接于预埋定位板上。

3 塔顶转索鞍的计算分析

3.1 模型建立

在整个施工过程中，猫道承重绳与转索鞍的接触关系具有几何非线性特征，并涉及摩擦问题，对这一过程的分析比较复杂，且通过建模分析也比较耗时。因此，这里对转索鞍受力进行简化，将猫道承重绳的张力简化为压力，作用在转索鞍下夹板上。

3.2 荷载分析

转索鞍是猫道承重绳在塔顶的转向结构，主要承受来自猫道承重绳的张力以及自重。转索鞍均为钢结构，自重按7.85 kN/m3计算。根据猫道设计计算结果，猫道承重绳的张力最大为2 650 kN，中跨猫道承重绳竖向角度约60°，单个塔顶转索鞍承受竖向荷载为1 325 kN，不平衡水平力824.96 kN。

3.3 结果分析

采用Midas Fea建立塔顶转索鞍实体分析模型，边界条件根据实际对锚杆孔进行固结，荷载以压力荷载形式施加于转索鞍上。计算结果见图5、图6所示。

图5 索鞍位移图

图6转索鞍等效应力图

图5 为转索鞍位移图，从图中可以得出。转索鞍最大位移为0.69 mm，最大位移点位于转索鞍顶部。图6为转索鞍等效应力图，从图中可以得出，转索鞍最大等效应力为152.3 MPa。

5 结语

转索鞍是形成三跨连续式猫道的重要构件，由于塔顶空间受限，本文介绍了三个塔顶布置方案并进行对比，认为方案三最合适。在方案三中将转索鞍加高并向内悬挑，与主塔门架交叉布置。经过分析计算，转索鞍能够满足受力要求。因此，塔顶转索鞍的这种方式可行。