連續(xù)鋼桁拱雙懸臂架設(shè)用水平拉索設(shè)計(jì)與施工

何軍民

（中鐵大橋局集團(tuán)第四工程有限公司 南京 210031）

1 工程概況

南京大勝關(guān)長江大橋主橋［1］按6線（京滬高速雙線、滬漢蓉雙線、南京地鐵雙線）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，全長1 615m，其中4～10號墩為108m＋192m＋2×336m＋192m＋108m連續(xù)鋼桁拱，見圖1。主橋采用3片主桁連續(xù)鋼桁拱結(jié)構(gòu)，桁寬2×15 m。主拱拱圈矢高84m，跨中拱圈桁高12m，拱腳處拱圈桁高56．8m。除主墩兩側(cè)各4個節(jié)間長度為15m外，其余均為12m。平弦部分桁高16m。

圖1 6跨連續(xù)鋼桁拱橋跨布置（單位：m）

主橋7號墩墩頂4個節(jié)間鋼梁采用浮吊進(jìn)行對稱架設(shè)，其余節(jié)段均采用架梁爬坡吊機(jī)雙懸臂架設(shè)，跨中設(shè)合龍段。在鋼梁拼裝過程中沿高度方向設(shè)有3層水平拉索（見表1），每層水平拉索沿橫向分為3排，每排由4根拉索組成。

表1 水平拉索技術(shù)參數(shù)表［2］

2 拉索設(shè)計(jì)

2．1 計(jì)算理論

假設(shè)拉索索長L、鋼梁兩端索孔錨板中心的幾何距離為L0、張拉端錨杯距錨墊板的距離為a，則在牽引力T作用下，其彈性伸長量為TL／EA，垂度影響的伸長量近似為因此可得：

式中：L0為上下兩端索孔錨板中心的幾何距離；L為拉索的長度；LX為L0的水平投影長度；E為垂直索的彈性模量；w為鋼索單位長度重量；A為鋼索中鋼絲的截面積；T為牽引力。

2．2 拉索索力計(jì)算

2．2．1 第一層水平拉索計(jì)算方法

首先驗(yàn)算200kN牽引力能否使張拉端錨頭戴帽，當(dāng)滿足要求時(shí)，直接利用卷揚(yáng)機(jī)牽引將拉索錨頭戴帽；當(dāng)不滿足要求時(shí)，需計(jì)算出200kN牽引力將拉索錨頭牽引的最大位置，根據(jù)該位置確定張拉桿Ⅰ長度。張拉桿的螺紋及直徑根據(jù)水平拉索的戴帽索力確定。

第一層水平拉索計(jì)算過程為：將第一層水平拉索的參數(shù)及T＝200kN帶入式（1）可得a＝607 mm，為使張拉端能戴滿一個螺帽的長度，此時(shí)a＝－5mm，因此僅靠200kN卷揚(yáng)機(jī)無法將第一層水平拉索戴帽，此時(shí)需設(shè)置張拉桿。

以200kN牽引力所對應(yīng)的a1值為下限，以張拉端錨頭戴帽至設(shè)計(jì)位置的a2值為上限，采用Mathcad數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行區(qū)間內(nèi)張拉索力的計(jì)算，分析第一層水平拉索索力變化，見表2。

表2 第一層水平拉索張拉過程索力變化一覽表

2．2．2 第二、三層水平拉索計(jì)算方法

第二、三層水平拉索在既有水平拉索上進(jìn)行展開，此時(shí)需驗(yàn)算200kN牽引力能否將待掛水平拉索張拉至脫離放索滑道，如200kN牽引力能將待掛拉索張拉至脫離放索滑道，則張拉桿I的長度跟第一層水平拉索計(jì)算方法相同；如200 kN牽引力不能將待掛拉索張拉至脫離放索滑道，則張拉桿I的長度根據(jù)幾何距離確定。

第二層水平拉索計(jì)算過程為：

以適配張拉桿長度a1為下限，以張拉端錨頭戴帽至設(shè)計(jì)位置的a2為上限，采用Mathcad數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行區(qū)間內(nèi)張拉索力的計(jì)算，分析第二、三層水平拉索索力變化，見表3。

表3 第二、三層水平拉索張拉過程索力變化一覽表

2．3 水平拉索受上層拉索展索影響分析

第二、三層的水平拉索依次在已經(jīng)掛好的第一、二層水平拉索上展開，會使得已經(jīng)掛設(shè)的水平拉索索力增大，因此需對展索過程中已掛水平拉索的索力增大情況進(jìn)行分析。根據(jù)已知的張拉索力和水平拉索的跨徑可以得出水平拉索的線形方程為：

將水平拉索的自重帶入式（2）可以求出自重狀態(tài)下水平拉索的跨中垂度f1，再分別計(jì)算待掛水平拉索展開至已掛水平拉索的中點(diǎn)和完全展開2種狀態(tài)下已掛水平拉索的跨中垂度f2，取兩者的最大值。然后根據(jù)水平拉索的無應(yīng)力長度為定值求出已掛設(shè)水平拉索受展索影響的索力增長量，采用Mathcad數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行已掛水平拉索索力增量的計(jì)算，見表4。

表4 已掛水平拉索索力增量表

3 掛索施工

水平拉索掛索施工主要包括索盤吊裝、拉索展開、固定端戴帽和張拉端牽引錨固及戴帽［4］。

水平拉索掛索施工步驟為：鋼桁梁懸臂架設(shè)第8個節(jié)間后，在鋼桁梁A45HAO號節(jié)點(diǎn)頂部掛設(shè)第一層水平拉索；待第一層水平拉索張拉至設(shè)計(jì)噸位后，架梁吊機(jī)繼續(xù)架設(shè)鋼桁梁至第10個節(jié)間后，在A43號節(jié)點(diǎn)頂部掛設(shè)第二層水平拉索；待第二層水平拉索張拉至設(shè)計(jì)噸位后，架梁吊機(jī)繼續(xù)懸臂架設(shè)鋼桁梁至第12個節(jié)間后，在A41號節(jié)點(diǎn)頂部掛設(shè)第三層水平拉索，見圖2。

圖2 水平拉索立面布置

3．1 拉索展開

將拉索通過水路運(yùn)輸至起吊位置，利用架梁吊機(jī)將索盤整體起吊至鋼桁梁上弦桿上。架梁吊機(jī)尾部吊機(jī)將拉索張拉端錨頭提升出索盤并放置于錨頭小車上，將張拉端錨頭與錨頭小車固定［5］，利用另一側(cè)架梁吊機(jī)尾部卷揚(yáng)機(jī)牽引錨頭小車使其沿放索滑道前行完成水平拉索的展開。其中第一層斜拉索沿鋼桁梁頂面牽引展開，第二、三層水平拉索依次沿第一、二層水平拉索頂面牽引展開，放索過程中須控制索盤轉(zhuǎn)速并能適時(shí)將其制動，防止纜索散盤。

為滿足第二、三層水平拉索展索的要求，依次在第一、二層水平拉索頂面設(shè)有放索貓道，該貓道可用于放索和人員走行使用。

3．2 拉索牽引錨固及戴帽

纜索沿放索滑道全部展開后，利用架梁吊機(jī)尾部吊鉤將固定端錨頭抽出索盤，安裝哈夫夾具、牽引錨頭和鋼絲繩。架梁吊機(jī)尾部吊機(jī)提升固定端水平拉索，調(diào)整水平拉索高程位置，使其對準(zhǔn)錨箱索孔，緩慢驅(qū)動固定端卷揚(yáng)機(jī)張拉水平拉索錨頭使固定端錨頭戴帽至設(shè)計(jì)位置。固定端錨頭戴帽索力控制在200kN以內(nèi)。

固定端戴帽到設(shè)計(jì)位置后，用錨頭小車將梁端錨杯牽引至要求位置，安裝夾具，將錨頭臨時(shí)打梢，安裝張拉端錨頭張拉桿I。張拉桿I的長度需滿足在臨時(shí)鎖定狀態(tài)下能戴滿一個螺帽的要求。張拉桿I戴帽后安裝張拉桿II及硬牽引裝置，用千斤頂牽引張拉桿，直至錨杯帶帽。張拉時(shí)，千斤頂張拉應(yīng)分階段加載，不得一步到位；分段值約500kN，張拉結(jié)束后的各索索力誤差值小于5%。

南京大勝關(guān)長江大橋主橋鋼桁梁已架設(shè)完成，架設(shè)過程中第三層水平拉索實(shí)測索力見表5，實(shí)測索力與計(jì)算值相關(guān)較小。

表5 第三層水平拉索實(shí)測索力值

4 結(jié)語

在京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江大橋主橋連續(xù)鋼桁拱雙懸臂架設(shè)中，首次采用了水平拉索的施工方法，利用已掛水平拉索作為上層拉索的放索平臺有效地減小了上層拉索展索過程的牽引索力，縮短了硬牽引張拉桿的長度，方便了現(xiàn)場施工。水平拉索掛索計(jì)算需考慮上層拉索展索帶來的影響，本文給出了展索工況水平拉索索力增量的計(jì)算方法。

通過實(shí)踐證明：水平拉索的索力計(jì)算準(zhǔn)確，掛索施工方案合理，為以后同類型拉索的施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院有限公司．南京大勝關(guān)長江大橋108m＋192m＋2×336m＋108m連續(xù)鋼桁拱橋鋼梁施工圖［Z］．武漢：中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院有限公司，2007．

［2］ GB／T18365－2001斜拉橋熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索技術(shù)條件［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001．

［3］ 李廉錕．結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］．下冊．5版．北京：高等教育出版社，2010．

［4］ 饒華容，鄧惠斌．千米級斜拉索長索架設(shè)技術(shù)［J］．北京：中國工程科學(xué)，2009，11（3）：71－74．

［5］ 薛 峰．楊浦大橋主橋超長超重斜拉索施工技術(shù) ［J］．武漢：橋梁建設(shè)，1993（4）：15－19．