总第225期交 通 科 技Ser ial No.225 2007年第6期T r anspor tation Science &T echno log y No.6Dec.2007收稿日期:2007-07-17万宜铁路万州长江大桥新制吊索塔架设计与施工赵志尚 李军堂(中铁大桥局股份有限公司 武汉 430050)摘 要 万州长江大桥主桥是一座主跨达360m 的单拱连续钢桁梁桥,吊索塔架是其重要的大型临时辅助设施。
文中介绍新制吊索塔架的设计、计算、拼装及挂索等。
关键词 钢桁梁 单拱 吊索塔架 悬臂施工 承重桁架在大跨度钢梁的悬臂架设中,为使钢梁杆件应力不超标,保证结构的稳定和安全,多辅以吊索塔架。
枝城长江大桥、芜湖长江大桥、长寿长江大桥都采用吊索塔架辅助施工[1],吊索塔架的设计和施工也日益成熟和完善。
以上大桥均是多跨的平弦钢梁,吊索塔架需在钢梁上走行,因而除了支承系统外,尚有走行系统[2]。
但万州长江大桥是一个三跨桁架拱,吊索塔架不需在梁面上走行,因而设计和施工上有别于以往的吊索塔架。
1 工程概况万州长江大桥连接万宜铁路与达万铁路,位于万州市城区边缘,正桥采用3跨168m +360m+168m 单拱连续钢桁梁结构,两侧边跨为平弦桁梁,边跨主桁桁式采用有竖杆的三角形桁式,主桁桁高16m ,桁宽16m,节间长度12m;中间支点处设加劲弦,加劲腿高20m 。
中跨钢桁拱肋采用变高度N 形桁架,中间支点处桁高41m (包括加劲腿高度),跨中拱肋桁高8m ,拱顶至桥面高度63m ,矢高59m ,矢跨比1/6.1。
2拱脚之间设钢系杆,以承受拱肋产生的巨大水平推力,同时又作为铁路行车系。
拱肋与系杆之间采用吊杆连接,吊杆最大长度55m,钢桁梁采用整体节点,其布置图见图1。
图1 万州长江大桥主桥桥式布置图(单位:m)吊索塔架设在2个主墩的墩顶钢梁上。
其中1台为新制,另1台则利用长寿长江大桥的吊索塔架改制。
钢梁由两边墩向2主墩方向半悬臂架设,过主墩后继续向主跨方向架设,同时开始拼装吊索4 结论(1)软弱土层采用钢管加强,将海上石油平台开采工艺改进并用于软弱土加固施工,克服了基础承载力问题。
(2)深水下选用特大型浅基础,配以预制箱筏及空心桥墩,克服了深水基础施工的困难。
(3)塔基与加固地基之间设置砂卵石垫层,使基础能自由滑移或略微倾斜。
桥面系多跨连续,桥塔与桥面系之间用液压减振器及钢横撑连接。
这些措施使结构能适应大的地震荷载、风荷载及两相邻桥塔基础较大的相对错位。
瑞安-安逖瑞安桥设计、施工总耗资8亿美元,由法国VINCI 公司以BOT 方式承建。
全桥于2004年8月建成通车,比合同工期提前4个月完工。
注:本文根据文献[1]编译,并引用文献[2]中部分数据对局部内容作补充修改而成。
参考文献[1] Co mbault J,T ey ssandier J P.T he R ion -A nt irionBr idg e Concept,Desig n and Constructio n[R ].M e -tr opolis &Beyo nd,20051[2] 董学武,周世忠.希腊里翁-安蒂里翁大桥的设计与施工[J].世界桥梁,2004(4):1-41塔架,当向跨中悬拼至120m 后,同时挂设张拉塔架的前后吊索,然后再继续架设直至合龙。
2 吊索塔架的结构设计经试算,确定塔架高度51m (下铰中心到前后索中心线交会点);塔架横向跨度16m 。
吊索塔架铰接于钢梁A14节点上,前后索分别锚固在钢梁A 22、A3节点上。
吊索塔架共分2大部分:承重桁架和吊索系统。
2.1 承重桁架承重桁架由中心立柱及万能杆件构架组成。
中心立柱的横截面为2根焊接H 型钢及连接缀板组成的格构式压杆,是最重要的承受轴向力的构件。
根据运输和起重能力,将中心立柱分为7节:3节10m 节段,2节8m 节段,1节顶节以及1节底节,其中连接缀板采用万能杆件。
经吊索传来的力通过塔架中心立柱顶部拉板分配给中心立柱,中心立柱通过其底节铰座支承在钢梁A14节点上,将力传给钢梁,直至桥墩。
立柱顶节横截面亦为2根焊接H 型钢,其翼缘板上段加宽和顶部拉板设计成整体,拉板上设有直径320mm 销孔,和上锚箱铰接,拉板两侧销孔距离吊索中心线交会点均为2000m m 。
立柱底节是中心立柱到支承铰座的过渡节段,其上段为2根H 型钢,下段为铰座。
铰座支承板和H 型钢翼缘板为一块钢板切割而成。
除万能杆件材质为Q235A 钢外,其余各钢板部件材质均为Q345C 钢。
各段拼接时采用节点板等强拼接,采用直径25.7m m 的精制螺栓。
立柱H 型钢翼缘板上钻有与塔架万能杆件系统主桁节点连接的螺栓孔。
万能杆件构架包括立柱和横向联结系,构件是为增加中心立柱的整体稳定和局部稳定,因而选用了常备式的万能杆件,共设有5道横向联结系。
2.2 吊索系统吊索系统由前后吊索和上下锚箱组成。
吊索塔架共用了4组拉缆:前方2组和后方2组,每组拉缆由6根吊索组成,一个塔架共有24根吊索,上下两端用锚箱同时锚固6根吊索,每根吊索由91根直径7mm 的高强钢丝组成,高强钢丝的抗拉极限强度R b =1570M Pa,锚具为PESM 91-57型冷铸锚具,下端为张拉端。
前索每个锚箱的6根索设计受力共为12000kN,后索每个锚箱的6根索设计受力共为12820kN 。
为保证吊索以后倒用,吊索锚具下采用弧形垫块,在弧形垫块下设置石棉垫板。
锚箱分上锚箱和下锚箱。
预紧及初张拉时千斤顶在下锚箱操作,因此在下锚箱设计有供千斤顶放置的空间。
吊索通过锚箱导向管被牵引预紧。
为防止吊索被管口刮伤,在吊索两端各2m 的范围内设有保护层。
3 中心立柱设计计算中心立柱横截面为2根焊接H 型钢及连接缀杆组成的格构式压杆。
断面形式见图2。
图2 中心立柱断面图3.1 设计荷载及约束条件竖向荷载(V ):前后吊索的竖向分力+自重。
水平荷载(H ):塔架所受风力。
弯矩(M):水平力引起的弯矩。
约束条件:塔底铰接,塔顶考虑前后吊索的共同作用设顺桥向水平约束。
基本风压:W 0=0.3kN/m 2(按全国基本风压分布图)。
3.2 设计计算模式设计计算模式见图3。
图3 塔架计算模式图3.3 程序计算建立空间模型,加入上述荷载,并按上述约束情况计入边界条件,将中心立柱及连接缀杆、顶部拉板均按其实际刚度及截面特性等输入,用ALGOR93程序计算。
中心力柱在最大索力、风力以及塔架自重等共同作用下最大应力为R =107MPa <[R ]=210MPa (中心立柱材质为Q345c 钢),整体稳定系数为9.824,符合结构整体稳定的要求。
4 吊索塔架施工的关键工序4.1 吊索塔架的安装和拆除吊索塔架利用墩旁塔吊安装和拆除。
由于吊索塔架底部与钢梁铰接,因此在安装和拆除过程中设计了临时斜撑,以保证塔架的稳定。
斜撑由万能杆件和部分新制杆件组成。
见图4。
图4 吊索塔架拼装及拆除时临时结构在拼装底节和第一节立柱10m 节段时设置临时缆风,拼装完第一节立柱10m 节段后拼装临时斜撑,继续拼装立柱和联结系,直至顶节。
在正式吊索挂设并预紧后拆除临时斜撑。
拆除时程序则相反。
4.2 吊索安装及张拉(1)吊索塔端挂设 塔吊吊装单根吊索,将塔端锚头喂入上锚箱中,下端由卷扬机牵引运索小车至锚箱处。
(2)前索戴帽,后索牵引杆锚固 用100kN 倒链将前索先后拽出锚箱戴帽,之后安装后索牵引张拉设备,用YCW250B 千斤顶张拉牵引杆,牵引后索。
(3)解除临时斜撑 前索戴帽,后索牵引杆锚固后,解除塔架临时斜撑,使塔架底端形成铰接。
(4)后索戴帽 后索牵引杆戴帽锚固后,用2台YCW250B 千斤顶交替张拉牵引杆,直至锚杯戴帽。
每个锚箱同时用2台千斤顶对称布置。
(5)前索螺帽戴至设计位置 后索戴帽后,用两台YCW250B 千斤顶交替张拉每桁6根前索,直至将螺帽戴至锚头设计位置。
此时单根前索索力约为700kN,单根后索索力约为750kN 。
(6)后索初张拉 前索戴帽至设计位置后,对后索进行初张拉,不断拧紧螺帽直至设计位置。
前索、后索初张拉完毕后,钢梁即可继续伸臂安装直至180m 到钢桁梁跨中。
吊索索力被动增加。
至合龙前,前索力达到12000kN/桁,后索力达到12820kN/桁。
5 监控与检测全桥在施工过程中对钢钢桁梁线形、应力、温度进行了全程监控和检测。
对吊索塔架的索力、塔顶偏移量及压缩量也进行了监控。
在吊索张拉阶段,实测索力与理论计算索力较为吻合,仅万州侧前索上游误差为5.38%,其余各索的最大误差均小于4%,表明吊索的张拉质量控制较好。
在中跨悬臂120~180m 的杆件安装过程中的索力监测结果表明,各阶段的实测索力与理论计算索力非常吻合。
6 结语万州长江大桥已经建成,新制的吊索塔架结构简单,受力明确,其拼装、拆除以及吊索的安装和张拉均不同于以往的吊索塔架,为万州长江大桥的钢梁架设和合龙发挥了重要的作用。
另外,在建的南京大胜关长江大桥主桥的结构型式与此桥有很多类似的地方,其吊索塔架的设计也是采用了这种基本形式。
相信这种新型吊索塔架的应用会日益广泛。
参考文献[1] 李德坤1渝怀铁路长寿长江大桥单层吊索塔架设计[J]1铁道标准设计,2003(3):3-61[2] 段雪炜,邬恒银1芜湖长江大桥吊索塔架的设计与施工[J]1中国铁道科学,2003(3):50-531。
