松岙大桥钢管拱肋吊装方案.docx

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松岙大桥钢管拱肋吊装方案

松岙大桥钢管拱肋吊装方案

二00六年二月

编制：

付长江、牟友兵、李超

复核：

审核：

第一节前言

松岙大桥主桥为提篮式钢管混凝土中承式拱桥，主跨为260m，理论矢高48m（考虑了预拱度的影响），成桥后矢高为47.764m，矢跨比为1/5.443。

两桁拱肋拱顶处拱轴线中心距离7m，起拱点处拱轴线中心距为20.492m。

设计考虑拱肋安装方案为缆索无支架吊装方案。

我公司根据现场实际施工条件，制订了详细的拱肋施工技术方案，主要分为三个部分：

一、吊装系统的布设；二、吊装方案设计验算；三、钢管拱肋的安装。

1、吊装系统的布设：

根据施工工况的预测，初步确定主索、扣索、索塔及主地锚的结构形式、尺寸等。

2、吊装方案设计验算：

根据吊装荷载及荷载组合进行结构验算：

一、主索验算；二、扣索验算；三、索塔验算；四、主地锚验算；五、其它结构补充验算资料。

3、钢管拱肋的安装：

按设计的安装顺序，对安装工艺、操作程序及施工安全进行详细的说明。

第二节缆索无支架吊装系统布置

拱肋吊装系统分为主塔（包括塔顶构造）、索（主索、工作索、压塔索、风缆及扣索）和主地锚三大部分。

1.索塔

a.松山岸索塔高度确定:

松山岸索塔设置在桥台前，索塔高度以吊装中跨钢结构为设计控制高度：

中跨拱顶到塔脚的高差45.5m

骑马滑车高度1m

上骑马滑车至三角滑车之间的安全距离3m

三角滑车和卸扣高度1.5m

捆绳高度3m

主索垂度23.42m

则索塔高度45+1+3+1.5+5+4.2+23.42=81.97m

根据现场拼装的实际情况，利用万能杆件拼装80m，适当调整塔脚基础高度，保证主索标高92.2m。

b.岙山岸索塔高度确定:

岙山岸索塔设置在桥台前，索塔高度以吊装中跨钢结构为设计控制高度：

中跨拱顶到塔脚的高差47.5m

骑马滑车高度1m

上骑马滑车至三角滑车之间的安全距离3m

三角滑车和卸扣高度1.5m

捆绳高度5m

中段梁从最高点至最低点高度4.2m

主索垂度23.42m

则索塔高度47.55+1+3+1.5+5+4.2+23.42=85.67m

根据现场拼装的实际情况，利用万能杆件拼装84m,适当调整塔脚基础高度，保证主索标高

92.2m。

C索塔塔体的组拼

索塔采用M型万能杆件组拼成双柱门式索塔，松山岸塔高80米，岙山岸塔高84米，每柱截面为4m×4m；中部设一道横梁；两柱之间的中心距离为16m；索塔塔顶顺河向宽度为24m。

塔顶分配梁采用I45b工字钢组拼。

其布置图详见附后《索塔总体布置图》。

D索塔塔顶索鞍及塔脚铰脚的布置

1）索鞍布置及结构设计

①索鞍布置

塔顶索鞍包括吊装主索、缆风索（压塔索）、工作天线主索、牵引索、起吊索等索鞍。

所有索鞍均采用单轮滚动结构形式的索鞍；在万能杆件吊塔塔顶采用I45b工字钢铺设两层分配梁，由于拱肋内倾，为满足吊装需要，主索索案采用移动索鞍。

为此，在塔顶分配梁上在设立一型钢平台，用来安放主索索鞍。

扣索索鞍直接安放在塔顶分配梁上。

索鞍布置详见《塔顶索鞍构造图》所示。

②索鞍结构

*a设计指标及技术标准（以吊装主索受力控制设计）

Ⅰ、主索直径φ56mm；

Ⅱ、单索垂直压力T=413KN；

Ⅲ、索鞍轮直径D与主索直径φ之比为：

D/φ=15；

Ⅳ、索鞍轮接触应力安全系数K1=2.15;

Ⅴ、滑动轴承钢销抗剪安全系数K2=3.0。

*b索鞍结构设计（以吊装主索索鞍为例）

索鞍结构如图2.1所示。

图2.1索塔塔顶索鞍构造图

2）索塔塔脚铰脚设计

①铰脚的布置

索塔铰脚布置在桥台台身混凝土内的预埋钢板上，在位置确定后铰脚与预埋钢板焊接相连，索塔铰脚的连接如图2.2所示。

②铰脚的结构设计

铰脚由铰座、铰板、钢销等几部分组成，其结构设计如图2.2所示。

图2.2索塔铰脚设计图

E索塔避雷设施布置

两岸索塔高度极大，达84m，因此必须设置避雷设施。

按照Ⅱ级结构物避雷要求设置，通路电阻小于4Ω。

吊塔防雷装置由接闪器、引下线和接地装置等三部分组成。

采用φ22圆钢制作接闪器，其长度为1.5m，每塔的两根立柱上分别设置一根；同时用φ16圆钢外套PVC防护管作为引下线，接至地面与相应的接地装置相连接，接地装置采用型钢L100×100×10打入地中设置，打入深度不小于1.5m。

2主索

每段拱肋采用前后两吊点吊安，由于安装需要将拱肋内倾8°,使两吊点不能利用一组天线来吊装，故两个吊点天线分离设置，以利于安装。

全部共设置4组主索，对应于两拱肋各两组。

每组主索采用2根φ56mm满充式钢丝绳（CFRC8×36SW-56mm），两端锚固在两岸主地锚上。

3扣索

拱肋扣索均选用钢绞线，钢绞线配置见表2.1“扣索索力汇总表”

钢绞线前端锚固在拱肋上，拱肋上焊接相应的扣点，扣点处钢绞线采用YMP挤压式锚具。

拱肋后端集中锚固在主地锚上，采用我公司自行开发的“可调索低应力夹片锚固系统”进行锚固。

扣索索力根据施工工况用千斤顶进行调整。

4缆索吊装系统风缆布置

本吊装系统位于台风区，除设置前后风缆外，还需要设置侧向风缆。

拱肋吊装时，需设置侧向风缆来调整拱肋轴线，协助拱肋就位和防止拱肋向侧面倾覆。

拱肋风缆选用2φ28的钢索连接到拱肋上下游的地垄上。

第三节缆索无支架吊装系统设计验算

一.验算说明

本计算书分四部分对整个吊装系统进行施工验算：

1、主索验算；2、扣索验算；3、索塔；4、主地锚验算。

（一）主要计算参数：

M型万能杆件：

编号

截面组成

界面积cm2

栓孔面积cm2

回转半径cm

自由长度cm

长细比

容许外力

受拉（kN）

受压（kN）

4N1

4L120×120×10

93.2

11.2

5.25

200

88

1360

1330

4N3

4L120×120×10

66.8

11.2

3.72

283

79

945

775

2N5

2L75×75×8

23

3.7

2.28

283

124

328

196

全桥吊装系统用的钢索分两种型号：

a）满充式钢索（CFRC8×36SW-56mm），抗拉强度1960MPa，破断拉力2500KN。

b）普通钢索，抗拉强度1550MPa。

岩石土力学参数：

弱风化凝灰岩容许承载力δ0=2000KPa，桩周极限摩擦力τ=150Kpa。

C30混凝土设计抗压强度：

17.5MPa；弹性模量3.0×104MPa。

I级钢筋设计强度：

240MPa；弹性模量2.1×105MPa。

II级钢筋设计强度：

340MPa；弹性模量2.0×105MPa。

设计基准风速取：

40.5m/s，基本风压：

964.8Pa。

（二）、吊装系统计算说明

1、受力分析

吊装工况分为：

最重节段（A节段）吊装及合龙段安装。

最大吊装重量为583KN，合龙段吊装重量为225KN。

主缆索吊装系统以A节段荷载为控制验算荷载。

扣索系统的受力分析，将拱肋合拢前的拱肋接头看为刚接。

根据计算结果采用不同的扣索。

索塔受力包括：

主索、起吊索、牵引索、扣索、风荷载等。

风荷载：

吊装期间，最大风速按40.5m/s考虑，基本风压取965Pa。

吊装避开台风季节。

2、索塔验算

索塔采用万能杆件拼装，塔高80（84）m，采用门形塔架，两立柱断面分别为4m×4m，立柱间设置两道横撑（包括塔顶）。

塔脚与基础预埋钢板铰接。

根据索塔受力情况，两组吊装系统的作用力分别作用于索塔两立柱上，分别对两立柱在各工况作用下进行整体稳定性验算（压杆稳定分析）、单肢杆件稳定性及强度验算。

验算结果：

万能杆件所受最大压应力98MPa。

（三）、主地锚计算说明

根据两岸的地质状况，岸采用桩锚。

桩锚采用嵌岩桩设计，根据基岩顶面力距进行配筋验算。

二、吊装系统

主吊装系统主跨径310。

14m，后锚端跨径为120m（松山岸）与水平线夹角33.09°。

后锚端跨径岙山岸:

102.3m、与水平线夹角29.97°。

全桥两幅拱肋，设置两套主索吊装系统，每套系统各种钢索的规格如下表所示：

主吊装系统钢索规格表

名称

项目

主索

起吊索

牵引索

缆风索（压塔索）

型号

满充式钢丝绳

（CFRC8×36SW-56mm）

6×37+1

6×37+1

6×37+1

根数-直径

2Ф56

8Ф24

2Ф28

2Ф47.5

每沿米重（）（）（）（）（）（）（）

14.98

1.982

2.768

7.929

截面积（）

1667

210.87

294.52

843.47

钢丝直径

Ф1.2～Ф3.0

Ф1.1

Ф1.3

Ф2.2

抗拉强度（MPa）

1960

1550

1550

1550

破断拉力（kN）

2500

326.8

456.5

1305.0

张力安全系数

3.3

5.59

3.01

4

1主索。

如图3.1（主索计算简图）所示。

图3.1主索计算简图

1）荷载分析

作用于主索的作用由两部分组成：

一是集中荷载；一是均布荷载。

集中荷载由吊装节段重P1=1.2×583/2=350KN，考虑1.2的吊重不均衡系数，吊具重P2=3KN、起吊索重P3=6KN、配重P4+=25KN组成。

控制设计荷载：

P=P1+P2+P3+P4

=350+3+6+25

=384KN

均布荷载由主索重G1、起吊索重G2、牵引索重G3、分索器重G4组成：

g=g1+g2+g3

=149.8×2+19.82+27.68

=347.1N/m

2）设计荷载受力分析

①主索垂度取L/13，则此时主索最大垂度为23.86m。

由索鞍处主索弯矩平衡得：

由

Hmax=（PL/4+gl2/8）/f

=（384×310.14/4+0.347×310.142/8）/23.86

=1423KN

上式中为两吊点间距离,x为吊点距索塔距离。

如图3.2所示。

图3.2主索计算示意图

则主索最大张力：

Tmax=Hmax/cosβ=1427KN

上式中β=tan-1（23.86/310.14）=4.56°

主索张力安全系数：

K=2×2500×0.9/Tmax=3.2（满足要求）

②主索应力验算

i）主索在跑马滑车作用下弯曲应力：

式中：

，主索弹性模量，

，主索最大张力，Tmax=1253KN

，集中荷载，P=384kN

，主索截面积，F=2×1667=3334mm2

，跑车轮数，n=4

则:

σ=341+528.5

=869.5MPa

则：

K=[1960]/869.5=2.25>2.0（满足要求）

ii）主索在索鞍处的接触应力：

=801MPa

则：

K=[1960]/801=2.45>2.0（满足要求）

③主索安装张力及安装垂度。

吊点空载时作用于主索的集中荷载

根据索结构张力方程：

其中

对线接触索

上述公式假设钢索在索鞍上不发生滑移，若考虑锚跨端主索滑动对主跨端的影响，则：

Ek=115×310.14/（120+310.14+102.3）=67GPa

―主索截面积。

H=1423KN；；P=385kN；G=310.14×g=108KN；

解得H0=267kN

对应空载垂度为：

f=gl2/（8H0）=0.347×304.52/（8×196）

=15.63m

对应空载相对垂度为：

f/L=1/19.85

2起吊索

1）荷载分析

起吊索仅受到集中荷载P（不含吊具重）的作用，考虑吊装拱