超大跨度单跨悬索桥钢桁梁制作与安装研究

朱嘉煜，乔文开，王康宇

［1.浙江工业大学，浙江 杭州 310023；2.中建恒创（北京）科技发展有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310000］

0 引言

随着我国综合国力的不断提升，桥梁建设不断突破创新，在桥梁大国向桥梁强国迈进的路上，也正向着建设大跨度桥梁的方向发展[1-3]。在实际工程中，桥梁将不可避免需要跨越大山谷、大江河地带，这对桥梁的跨度提出了较高的要求。悬索桥由于其较强的跨越能力和独特的造型而受到广大桥梁工程师的喜爱。其主要包括两岸主塔及锚碇、主缆、主梁、吊杆和桥面系。主缆、主塔和锚碇作为悬索桥承重结构承担全部荷载，桥上荷载通过吊杆和索夹传向主缆，继而在斜向上经散索鞍传递到边跨锚碇，竖向上则由主索鞍传递到岸边主塔[4-7]。超大跨度单跨悬索桥的制作、安装一定程度上影响了整体成桥质量，因此，需要对钢桁梁制作与安装过程进行研究。以四川某跨江大桥为例，为类似桥梁主梁、主塔、主缆、索鞍索夹设计与施工过程中山区地形钢构件运输保供提供参考。

1 工程概况

G4216 线宜金高速公路ZX2 合同段起讫桩号为LK2+931.5—LK4+750.3，长1.819km。其中四川某大桥主桥为1030m 单跨悬索桥，桥道系为钢混组合形式，主梁为钢桁梁形式，桁宽28.0m、桁高7.0m。主要钢结构工程有主缆制作安装、索鞍索夹制作安装、锚固系统制作安装、钢格构塔制作安装、附属钢结构制作安装。

一般悬索桥桥塔采用混凝土桥塔、钢结构桥塔及组合桥塔。由于四川位于喜马拉雅—地中海地震带上，易发生地震，在地震作用下，自重大的混凝土桥塔承载力会下降，难以发挥其本身混凝土桥塔承载力高的优势；钢结构桥塔自重较小，利于抗震但对运输条件要求高，同时主塔横梁要具备一定的横向变形抗力和扭转刚度。主索索鞍在施工过程中易受施工荷载影响而产生相对移动，影响施工质量。

因此，需确定一种超大跨度单跨悬索桥构件的制作与安装技术，能合理布置主塔钢构件、钢-混凝土横梁，保证主塔性能的同时提高施工的经济效益。

2 主桁施工

主桁结构形式为华伦式结构对称布置，包括上、下弦杆，竖腹杆及斜腹杆。主桁桁宽28.0m、桁高7.0m，宽跨比1/36.8，高跨比1/147.1。主梁标准节间长度6.9m，每一节间处设一道横梁，横梁包括上、下弦杆及两侧斜腹杆。横梁上弦杆、上纵梁与钢-混组合桥面板相结合构成主梁的强劲上平联，主梁下平联采用传统K 型体系，如图1 所示。

图1 四川某大桥钢梁断面（单位：mm）

3 主塔施工

四川某大桥塔身采用2 层门式刚架结构，具有较强抗震性能，同时，承受来自索鞍的竖向荷载及活载、风载等顺桥向和横桥向水平荷载。四川岸的主塔塔身高度为175m（主缆IP 点到承台顶面），顺桥向钢管中心距由塔顶的5.6m 变为塔底的11.255m，横桥向由塔顶的4m（钢管中心距）变为塔底的7.358m，如图2 所示。云南岸主塔塔身高度为197m（主缆IP 点到承台顶面），顺桥向钢管中心距由塔顶的5.6m 变为塔底的12.0m，横桥向由塔顶的4m（钢管中心距）变为塔底的7.8m。上下横梁高均9.0m（混凝土顶板顶面到混凝土底板底面）；四川岸、云南岸塔顶尺寸、横梁尺寸及塔柱截面变化斜率一致。

图2 四川某大桥钢管混凝土组合塔（四川岸，单位：mm）

钢结构相比混凝土成本较高，通过合理布置塔身杆件，减少塔身杆件数量，降低了塔身施工成本。塔身为钢管混凝土格构空心柱，截面形式为四肢格构柱与柱间混凝土肋板组成的单箱单室截面，其采用四根钢管（根据受力需要不同区段采用不同的尺寸，从上到下采 用φ1600mm×34mm、φ1700mm×36mm、φ1800mm×38mm、φ1800mm×40mm）与型钢横撑、斜撑形成骨架，骨架采用型钢构件，与立柱钢管焊接连接，横向设置水平支撑，纵向设置水平支撑和交叉对角支撑，如图3、图4 所示。

图3 下塔柱断面结构

图4 下塔柱横撑断面结构（单位：mm）

在骨架主钢管内浇筑C80 高性能混凝土，钢管外侧浇筑20cm 厚C30 混凝土作为保护层，钢管之间浇注C30 腹板（上下塔柱腹板厚度分别为40cm 和50cm）；塔柱每23.8m 设置一道横隔板（上下塔柱横隔板厚度分别为50cm 和60cm），两道横隔板中间11.8m 位置，设置一道60cm 高加劲肋，同时在横梁上下顶板对应的塔柱内设置70cm 厚横隔板。

主塔由上至下设置两根横梁，均采用钢-混凝土组合结构。四肢水平钢管与塔身主钢管焊接形成横梁骨架，其水平顶板和底板为预应力混凝土结构，垂直腹板则采用波形钢腹板。

上横梁每侧设置一道28mm 厚的波形钢腹板，下横梁每侧及中间各设置一道28mm 厚的波形钢腹板，上下横梁高均为9.0m（钢管中心距8.3m），如图5 所示。同时在横梁内设钢横隔板，以提高横梁整体的横向抗变形能力与抗扭刚度。

图5 上、下横梁断面结构（单位：mm）

4 主缆施工

主缆由五跨组成，分别为四川岸锚跨、四川岸边跨、中跨、云南岸边跨、云南岸锚跨。成桥状态时，跨径组成为18.579+240+1030+309+18.579（m），如图6 所示。主跨在成桥状态下的矢跨比为1/9.5。

图6 主缆线形

主缆采用双主缆形式，每根主缆中索股共有169股，四川岸边跨增设6 根索股作为背索与四川岸主索鞍相连。主缆在空缆状态下竖向截面近似正六边形，紧缆后主缆为圆形，如图7 所示。

图7 索股截面

5 索鞍索夹施工

5.1 索鞍施工

索鞍主要分为主索鞍与散索鞍，其上座采用肋板式的弧形铸钢铸造制成，上设有索槽，鞍体下放置不锈钢板-聚四氟乙烯滑动板，以适应施工中的相对移动。为了增加主缆与鞍槽之间的摩擦，同时便于索股定位，在鞍槽内设置竖向隔板。待所有索股就位并调整好后，在顶部填入锌块，然后用拉杆夹紧鞍槽侧壁。

5.2 索夹施工

由于各跨主缆的缆径、索夹安装倾角不同，要求的夹紧力、索夹长度及螺杆数量也均不相同，为了制造方便，将全桥的索夹共分11 种类型，其中有吊索索夹7种，无吊索索夹4 种，编号为SJ1～SJ11。其中SJ1～SJ5、SJ10 为中跨带吊索索夹，SJ6、SJ7 为边跨一般索夹，SJ8、SJ9 为缆套处密封索夹，SJ11 为中央扣索夹，如图8所示。

图8 索夹立面布置

索夹采用左右对合的骑跨式结构，两个半索夹间用M48 螺杆连接并夹紧在主缆上，接缝处填充橡胶防水条，起到防水作用。为适应活载作用下与主缆、主梁连接的吊索沿桥体角度位移，有吊索索夹承索槽设计开口角为±3.5°。

6 结语

本文以四川某大桥工程为依托，大桥采用华伦式结构钢桁梁主桁，上平联加强布置，主梁下平联采用传统K 型体系，提高整体强度；以钢管混凝土格构空心柱作为主塔塔身，采用钢-混凝土组合结构，解决了传统混凝土桥塔在地震作用下承载能力下降的问题；合理布置钢构件，减少施工成本；主塔从上往下依次设两道道钢-混凝土组合结构横梁，在横梁内设钢横隔板，来增强横梁的横向变形抗力和扭转刚度；主索鞍与散索鞍鞍体下放置不锈钢板-聚四氟乙烯滑动板鞍体下方，解决了施工荷载引起的相对运动难以适应的问题。该大桥具有较为广阔的应用前景，为类似桥梁主梁、主塔、主缆、索鞍索夹设计与施工提供参考。