玻璃沟大桥缆索吊机设计与施工
2017-04-24
1 概述
玻璃沟大桥为雅砻江两河口水电站库区复建县道X037线溪工沟至尤拉西沟段的一座劲性骨架钢筋砼箱型拱桥，位于甘孜州新龙县境内，在玻璃沟沟口以内约150m附近跨越玻璃沟，沟口为现有X037公路，主孔为净跨170m，拱桥总长247m。雅江岸3×13m连续板引桥位于平曲线上。主桥钢管劲性骨架钢筋砼箱型拱净跨径为170m，矢跨比1/5，净失高34m。主拱圈采用等截面悬链线无铰拱，主拱圈采用在预制吊装完成的钢管劲性骨架上外包钢筋砼工艺施工。劲性骨架为槽钢与钢管混凝土组成的桁架结构，全桥共两片拱肋，两片拱肋间以横联进行连接，拱肋高2.64m，单肋宽2.25m。总体布置图如图1。
2 工作主索的设计
采用2×2？准56mm（6×37S+FC）的合成纤维芯钢索作为主索，2组主索间距5.25m，每组正对拱肋布置；主索公称抗拉强度1770MPa，单根钢绳钢丝截面积A=1178.07mm2，钢丝绳最小破断拉力为Tp=1830kN。悬索跨度L=288.175m，空索垂度f0=12.5m，约为索跨的1/23。每组主索设置前后2个吊点，吊点间间距24m，整个劲性骨架分段由2组主索共4个吊点抬吊安装。
为加快施工进度，同时增强钢管拱肋安装时的稳定性，确保施工安全，吊装设计考虑双肋横向连接成整体吊装。受力分析按钢管劲性骨架按两岸拱脚就位、运输至索跨跨中共计算3个工况计算，并依此得出主索最大张力，由于新龙地处高原，昼夜温差较大，需要考虑温度的作用。
①结构后吊点距新龙岸塔架37.5米时的情况（新龙岸拱脚段就位）：
不计温度影响：主索最大张力T=1800.013kN。
温度降低30度时：主索最大张力T=1830.16kN。
②结构后吊点距新龙岸塔架182.5米时的情况（新龙岸拱脚段就位）：
不计温度影响：主索最大张力T=2117.343kN。
温度降低30度时：主索最大张力T=2149.623kN。
③结构吊运至跨中时的情况：不计温度影响：跨中主索最大张力T=2201.524kN。温度降低30度时：跨中主索最大张力T=2234.501kN。
结果表明：在钢管拱吊运至索跨跨中时，主索最大张力Tmax=2201.524kN，安全系数K=3.32，满足规范主索张力安全系数不小于3的要求。
3 起重索计算
3.1 跑头拉力F计算
根据前面的计算，考虑吊具、配重及1.2倍冲击系数后，起吊重量共计643.272kN，则每个吊点起吊重量G1=G/4=643.272/4=160.818kN。每台起吊滑车走4线布置，动头绕过塔顶及塔脚导向滑轮后均进入80kN起重卷扬机，定头卡于定滑车轴上，起重滑轮效率系数η=0.98（轴承），参考图2，则跑头拉力F为：
F=1.25（不均匀系数）×G1/（η3+η4+η5+η6）=55.025kN[5]，满足规范要求。
3.2.2 起吊索应力安全系数 滑轮直径D=400mm，？准24mm麻芯钢绳（6×37S+FC）钢丝直径δ=1.1mm，截面钢丝面积An=210.87mm2，则：接触应力安全系数：K=σmax/σ=1.77/0.2836=6.24>[3]，结果证明应力安全系数满足要求。
4 牵引索
牵引索每组主索设置一组，每组牵引滑车按来回线走3线布置（不含来回线通线），设置1台80kN中快速卷扬机牵引天跑车，跑头经新龙岸塔顶及塔脚导向滑轮后进入牵引卷扬机。前后两台天跑车之间采用2？准30mm（6×37S+FC1770MPa）钢绳进行连接并同步。塔顶牵引导向滑轮连接固定千斤绳卡在主索后拉索上，使索力直接传入锚碇。
牵引索牵引力由跑车运行阻力、起吊索跑头阻力、后牵引松弛张力三部分组成，按新龙岸及雅江岸拱脚段安装、运输至索跨跨中共计算3个状态的牵引力，最大牵引力发生在雅江岸拱脚就位阶段，计算两组一共的最大牵引力329.515kN，单个跑头最大拉力F=59.534kN，张力安全系数K=5.64>[5]。考虑接触作用应力σ=305.0MPa，应力全系数K=σmax/σ=1770/305.0=5.80>[3]。安全系数皆满足要求。
5 缆索吊机安装与试吊
5.1 缆索吊机安装 缆索系统安装工艺流程见图3。
5.2 缆索吊机试吊方案 根据有关技术规范的规定并结合本桥的实际情况，以本桥劲性骨架节段最大设计吊重G=643.272kN为100%试吊重量，按50%G（322kN）→100%G（643.272kN）→120%G（772kN）确定。
吊重物分别选用：20m空心板边板1块（325kN）→劲性骨架最重节段（643.272kN）→劲性骨架最重节段+129kN钢筋等配重（772kN）。重物行走完索跨全程后再回到起吊位置；试吊过程中，分别在起吊处、索跨跨中位置、及两岸拱脚位置做短暂停留（约5分钟），主要目的是检查加载起吊后至跨中主索的垂度情况与设计是否相符；观测主塔受力变形情况、塔架基础、主锚碇锚索、锚梁的变形数据及各部焊缝受力后变形情况；牵引索、起重索的动作情况，跑车、倒拐滑车、滑车轮组的运转情况，卷扬机组的运行情况等；测试指挥系统的调度配合能力。
缆索吊机相关荷载检验，结构应力、变形实测结果与理论计算基本吻合，各连接及锚固处稳定牢固，滑轮运转正常，结构均处于安全状态，设备及其操控满足设计及使用要求。
参考文献：
[1]魏磊.瀑布沟大桥工作索的设计及工作原理[N].山西建筑，2007，33（6）.
[2]马祖桥，杨东海.梅山水库金桃大桥无支架缆索吊装系统设计[J].桥梁建设，2008（06）.
[3]胡家玲.乌江三桥大跨度缆索吊机安装施工[J].铁道标准设计，2007（03）.
