受限空間塔頂貓道承重繩轉索鞍的設計

李清培，王小祎，周詠凱

（四川路橋華東建設有限責任公司 四川 成都 610200）

0 引言

貓道是懸索橋施工過程中最重要的臨時設施之一。作為懸索橋上部構造施工最重要的高空工作通道和臨時作業場地,在整個上部結構施工期間，貓道是索股牽引、索股調整、主纜緊固、索夾及吊索安裝、鋼桁梁吊裝、主纜纏絲防護等施工的作業平臺[1]。

三跨連續式貓道的特點是在塔頂處設轉索鞍，相對于三跨分離式貓道具有明顯的優勢。一是減少了塔頂預埋件的數量，對塔頂原有構造的影響很少。二是縮小了貓道承重繩在塔頂的水平力差，便于整個貓道線形的調整，線形調節裝置數量可以減少。三是在貓道改吊后能較好的保持線形，和主纜基本保持等間距，便于施工[2-3]。

1 工程背景

湖北省白洋長江公路大橋是宜昌至張家界公路在湖北省宜昌市境內跨越長江的通道。宜張高速公路宜昌段是湖北省“753”骨架公路網中規劃縱6線——鄖縣至五峰高速公路的重要組成部分[4]。主橋為主跨1 000 m的單跨懸索橋，跨江主橋主纜跨度布置為276 m+1 000 m+296.5 m。大橋橋型布置圖見圖1。

該項目橋跨布置為271.45 m+1 000 m+264.62 m，主纜安裝矢度為100.476 1 m，中跨主纜中心間距為36 m，錨碇處主纜中心間距為45 m。在左右幅對應的主纜中心線下方各設置一幅貓道，貓道線型與主纜安裝線型一致。結合項目自身情況，選用三跨連續式貓道系統。貓道總體布置圖見圖2。白洋岸與宜都岸貓道面層距主纜中線的設計距離為1.7 m（鉛錘方向），中跨貓道面層距主纜中心線設計間距為1.5 m，貓道設計寬度為4 m。

1 塔頂轉索鞍的設計

1.1 塔頂布置方案比選

該橋主塔塔頂尺寸為5.5 m×7.62 m。主塔門架立柱底部為箱形，尺寸為90 cm×72 cm。塔頂主索鞍底座寬度為3.82 m，塔頂橫向單側剩余寬度為84 cm。要將主塔門架與塔頂同時布置在84 cm寬度范圍內，顯然是不可能的，因此，以下提出三種方案進行比選，具體見表1。

通過對塔頂布置方案進行研究和比選，充分考慮到現場環境和條件，擬選用方案三進行轉索鞍的設計。

2.2 轉索鞍的設計

轉索鞍是貓道承重繩在塔頂的轉向裝置，是三跨連續是貓道的重要組成部分，主要承受貓道承重繩傳遞的豎向荷載和不平衡水平力。轉索鞍包括上、下夾具，鞍體，連接梁以及預埋件組成，如圖4所示。

圖1 湖北省白洋長江公路大橋橋型布置圖（單位：cm）

圖2 貓道總體布置圖（單位：cm）

表1 塔頂布置方案比選表

圖3 三方案布置圖

上、下夾具是固定貓道承重繩的裝置，上、下夾具間采用高強螺栓進行連接，通過對高強螺栓施加預緊力，以滿足貓道承重繩的錨固受力需要。

鞍體為鋼板焊接的成的箱形結構，包括頂板、底板、腹板以及加勁板。上、下夾具直接焊接于頂板上，底板通過預埋件錨固于塔頂混凝土上。

轉索鞍順橋向沿塔頂中心線對稱布置，為減少轉索鞍不平衡水平力，在轉索鞍中間設計連接梁，連接梁由鋼板焊接而成。

圖4 轉索鞍構造圖

2.3 轉索鞍制造與施工

塔頂轉索鞍應分段加工，轉索鞍預埋件安裝應先于塔頂索鞍鞍體吊裝,以確保現場焊縫質量，預埋件安裝位置應精確，嚴禁占用主索鞍安裝位置；下夾具橫橋向位置需精確定位。

所有焊縫均采用E5016焊條施焊，施工時嚴格控制焊縫質量。

轉索鞍鞍體與下夾具在加工廠加工成整體運至現場，通過塔吊吊裝至塔頂安裝。

為確保塔頂轉索鞍的順利安裝，塔頂轉索預埋時，先進行預埋定位板及預埋螺栓的施工，隨后將其余構件焊接于預埋定位板上。

3 塔頂轉索鞍的計算分析

3.1 模型建立

在整個施工過程中，貓道承重繩與轉索鞍的接觸關系具有幾何非線性特征，并涉及摩擦問題，對這一過程的分析比較復雜，且通過建模分析也比較耗時。因此，這里對轉索鞍受力進行簡化，將貓道承重繩的張力簡化為壓力，作用在轉索鞍下夾板上。

3.2 荷載分析

轉索鞍是貓道承重繩在塔頂的轉向結構，主要承受來自貓道承重繩的張力以及自重。轉索鞍均為鋼結構，自重按7.85 kN/m3計算。根據貓道設計計算結果，貓道承重繩的張力最大為2 650 kN，中跨貓道承重繩豎向角度約60°，單個塔頂轉索鞍承受豎向荷載為1 325 kN，不平衡水平力824.96 kN。

3.3 結果分析

采用Midas Fea建立塔頂轉索鞍實體分析模型，邊界條件根據實際對錨桿孔進行固結，荷載以壓力荷載形式施加于轉索鞍上。計算結果見圖5、圖6所示。

圖5 索鞍位移圖

圖6轉索鞍等效應力圖

圖5 為轉索鞍位移圖，從圖中可以得出。轉索鞍最大位移為0.69 mm，最大位移點位于轉索鞍頂部。圖6為轉索鞍等效應力圖，從圖中可以得出，轉索鞍最大等效應力為152.3 MPa。

5 結語

轉索鞍是形成三跨連續式貓道的重要構件，由于塔頂空間受限，本文介紹了三個塔頂布置方案并進行對比，認為方案三最合適。在方案三中將轉索鞍加高并向內懸挑，與主塔門架交叉布置。經過分析計算，轉索鞍能夠滿足受力要求。因此，塔頂轉索鞍的這種方式可行。