拱箱悬索吊装方案文档格式.docx

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2.2、吊重的确定

根据设计图纸提供，拱箱节段最大净重量为40吨，在吊装计算中，按拱箱40吨控制设计，计算重量Pmax＝（40+5）×

1.2＝54吨，5吨为吊具、配重及施工荷载，1.2为冲击系数。

2.3、主索

主索按静力平衡原理进行计算，先假定主索初始垂度，计算重索垂度。

初始（空索）垂度（f0）自定以后，空索长度（S0）为定值，在荷载作用下必然引起弹性伸长，受载后的总长度S应等于空索长度S0加上由于荷载引起的弹性伸长值ΔS，即S=S0+ΔS。

重索长度有两个途径计算：

一是按假设重索垂度，以图形几何关系算得S；

二是按假设重索垂度，以计算主索内张力得到弹性伸长ΔS算得重索长度S’=S0+ΔS。

当S≈S’（在要求的精度内），则假设重索垂度为所求解，重索垂度求出后，其它需要值即可解出。

在垫梁顶布置1组4∮56.5mm（6×

37+1）的麻芯钢索作为主索，公称抗拉强度170kg/mm2。

单根钢绳破断拉力为164吨。

悬索跨度L＝217.04m，空索垂度f0＝8.5m，矢跨比为L／25.53，当吊至跨中时，主索垂度fmax＝14.834m，矢跨比L／14.63，主索最大张力Tmax＝2063.448KN，安全系数K＝3.18>

[3]。

主索用量4×

300米。

为使悬索受力均匀，主索通过120吨大吨位滑轮串联，使张力自动调整均匀，见图（18）～（20）。

主索按预制场起吊、右岸拱脚段就位、运输构件至索跨跨中共计算三种工况。

计算初始数据及计算结果如下：

初始数据

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

吊装跨径＝217.04米

前后两吊点间水平距离（单吊点取零值）＝13米

起吊岸主锚距塔架水平距离＝20米

非起吊岸主锚距塔架水平距离＝18米

两岸塔顶高差（起吊岸低取正值，等高取零值）＝-4米

起吊岸主索后拉索与水平面夹角＝14.2257度

非起吊岸主索后拉索与水平面夹角＝2.5044度

主索弹性模量＝75.6千牛/平方毫米

安装期与吊运期最大温差（温度升高取正值）＝0摄氏度（不考虑温度影响）

起吊结构重量（包括吊具及动力系数）＝540千牛

主索单位重量＝.444千牛/米

主索破断拉力＝6560千牛

主索截面面积＝4712.4平方毫米

拟定的主索跨中安装垂度＝8.5米

主索计算结果

空索情况:

────

空索跨中垂度F0=8.5米

空索初始长度S0=256.6125米（不含后拉索回头长度）

空索后拉索张力（较大岸）T0=312.3085千牛

起吊岸塔架空索水平力差H10=4.897429千牛

起吊岸塔架空索竖直力V10=130.608千牛

非起吊岸塔架空索水平力差H20=-2.628216千牛

非起吊岸塔架空索竖直力V20=56.09152千牛

结构后吊点距起吊岸塔架25米时的情况:

（预制场起吊）

──────────────────

1、不计温度影响

后吊点垂度F1=8.272924米

前吊点垂度F2=10.19949米

跨间主索水平张力H=1523.849千牛

主索最大张力T=1616千牛

起吊岸塔架主索水平力差H1=-42.59636千牛

起吊岸塔架主索竖直力V1=935.0219千牛

非起吊岸塔架主索水平力差H2=-1.720321千牛

非起吊岸塔架主索竖直力V2=165.2047千牛

结构后吊点距起吊岸塔架149米时的情况:

（右岸拱脚段就位）

后吊点垂度F1=13.38049米

前吊点垂度F2=12.42452米

跨间主索水平张力H=1873.236千牛

主索最大张力T=1915.583千牛

起吊岸塔架主索水平力差H1=43.10965千牛

起吊岸塔架主索竖直力V1=699.7939千牛

非起吊岸塔架主索水平力差H2=-40.51717千牛

非起吊岸塔架主索竖直力V2=484.2585千牛

结构吊运至跨中时的情况:

───────────

跨中主索最大垂度F=14.83389米

跨间主索水平张力H=2032.567千牛

跨中主索最大张力T=2063.448千牛

主索安全系数K=3.179146

起吊岸塔架主索水平力差H1=32.39443千牛

起吊岸塔架主索竖直力V1=862.727千牛

非起吊岸塔架主索水平力差H2=-17.33549千牛

非起吊岸塔架主索竖直力V2=370.3897千牛

（1）、考虑主索弯曲作用应力

构件运输至跨中时主索张力最大，按此阶段控制计算。

σ＝Tmax/An＋V×

其中：

主索最大张力：

Tmax＝2063.448KN。

垫梁座滑轮位置主索受到的最大垂直作用力：

V=862.727KN。

钢索截面积：

An＝4712.4mm2。

钢索弹性模量：

E＝75.6KN/mm2。

塔顶主索滑轮数量：

n＝4。

代入上式得到：

＝1.0393×

103MPa。

主索钢丝公称抗拉强度：

σmax＝1.7×

则、考虑主索弯曲作用应力安全系数

K＝1.2σmax/σ＝1.2×

1.7×

103/1.0393×

103＝1.96≈[2]。

可见，考虑主索弯曲作用应力安全系数基本满足要求。

（2）、考虑主索接触作用应力

σ＝Tmax/An＋Ce×

E×

δ/D

钢丝直径：

δ＝2.6mm。

滑轮直径：

D=450mm。

钢索弹性模量折减系数：

Ce=0.104+0.04×

2d/D。

钢索直径d＝56.5mm。

σ＝Tmax/An＋（0.104+0.04×

2d/D）×

δ/D＝0.488×

则、考虑主索接触作用应力安全系数

K＝σmax/σ＝1.7×

103/0.488×

103＝3.48>

[2]

考虑主索接触作用应力安全系数满足要求。

2.4、工作索

工作索的计算原理和方法与主索相同。

考虑到吊运扣索、检修滑车及运送小型机具，在塔顶布置了1根∮47.5mm（6×

37+1）工作索，公称抗拉强度170kg/mm2，破断拉力＝117.5t，工作索安装垂度f0＝6.5m，按计算重量8t进行控制，吊重跨中垂度fmax＝13.500m，最大张力Tmax＝360.434KN，安全系数K＝3.26>

工作索用量300米。

工作索按吊篮位于预制场内侧、右岸引桥台尾及索跨跨中共计算三种受力工况，计算初始数据及计算结果如下：

前后两吊点间水平距离（单吊点取零值）＝0米

安装期与吊运期最大温差（温度升高取正值）＝0摄氏度

起吊结构重量（包括吊具及动力系数）＝80千牛

主索单位重量＝.07943千牛/米

主索破断拉力＝1175千牛

主索截面面积＝843.47平方毫米

拟定的主索跨中安装垂度＝6.5米

主索计算结果

空索跨中垂度F0=6.5米

空索初始长度S0=256.2455米（不含后拉索回头长度）

空索后拉索张力（较大岸）T0=72.65142千牛

起吊岸塔架空索水平力差H10=1.543598千牛

起吊岸塔架空索竖直力V10=27.80107千牛

非起吊岸塔架空索水平力差H20=-.2996841千牛

非起吊岸塔架空索竖直力V20=10.45567千牛

结构吊点距起吊岸塔架20米时的情况:

吊点垂度F=6.642359米

跨间主索水平张力H=242.2478千牛

主索最大张力T=256.9648千牛

起吊岸塔架主索水平力差H1=-6.837136千牛

起吊岸塔架主索竖直力V1=148.8609千牛

非起吊岸塔架主索水平力差H2=-.0425296千牛

非起吊岸塔架主索竖直力V2=22.12581千牛

结构吊点距起吊岸塔架181米时的情况:

吊点垂度F=9.181421米

跨间主索水平张力H=290.1024千牛

主索最大张力T=298.426千牛

起吊岸塔架主索水平力差H1=7.657899千牛

起吊岸塔架主索竖直力V1=98.85617千牛

非起吊岸塔架主索水平力差H2=-8.038572千牛

非起吊岸塔架主索竖直力V2=83.03056千牛

跨中主索最大垂度F=13.50027米

跨间主索水平张力H=356.1845千牛

跨中主索最大张力T=360.4342千牛

主索安全系数K=3.259957

起吊岸塔架主索水平力差H1=6.802881千牛

起吊岸塔架主索竖直力V1=143.7595千牛

非起吊岸塔架主索水平力差H2=-2.131799千牛

非起吊岸塔架主索竖直力V2=57.7288千牛

工作索应力安全系数亦满足规范要求,计算过程略。

2.5、座滑轮支承垫梁、滑梁（见附图02～06）

根据地形的特殊性和节约施工措施费用，两岸不设置塔架，仅在锚碇前缘20m（右岸18m）位置（左岸桩号：

K0+70.98，右岸桩号：

K0+288.02）设置钢筋砼排架垫梁来支承座滑轮滑行分配梁。

座滑轮顶面标高由拱顶标高191.75+fmax+工作高度来决定，即为191.75+14.834+10=216.584m，实际左岸座滑轮顶面高程为225.17m，垫梁顶面高程224.35m，右岸座滑轮顶面高程为221.17m，垫梁顶面高程220.35m，可见工作高度很富余。

垫梁宽度1.1m，高度1.1m，垫梁下设置3根Ф1.0m钢筋混凝土立柱，基础为与立柱等直径的桩基础，桩基深度按嵌入基岩深度不小于2.5m控制，同时垫梁顶面应与该桩号处桥轴线位置的地面高度基本一致，同时立柱地面以上高度应不大于4米，否则应对垫梁顶面标高进行一定的调整。

垫梁为C30钢筋混凝土，左岸混凝土数量为23.2立方米，右岸混凝土数量为26.3立方米。

两岸垫梁横向按吊中箱、次边箱、边箱，纵向按拱箱预制场起吊、运输至索跨跨中、右岸拱脚段就位分别计算了九个工况，经比较分析，最大受力工况为左岸预制场拱箱起吊时左岸垫梁受力工况，在主索、二扣扣索、工作索及起吊、牵引千斤索的共同作用下，该工况垫梁最大承受竖直力1509.109KN，纵向水平力-91.284KN（向岸），横向水平力370.332KN。

垫梁利用《微机结构分析通用程序SAP2000》按空间梁单元计算内力（轴力N、弯矩M和剪力Q）并进行配筋设计，计算模型见图

（1）；

桩基础利用同济大学启明星软件《EToolsv2.0工程计算器》按m法计算内力（轴力N、弯矩M和剪力Q），并进行配筋复核。

垫梁及立柱内力计算结果见图

（2）。

图

（1）、立柱垫梁计算模型

（拉伸模型）

图

（2）、立柱垫梁内力图

（平面内弯矩图）

（平面外弯矩图）

（轴力图）

（平面内剪力图）

（平面外剪力图）

（1）、垫梁内力计算结果：

最大弯矩M3=-997.69KN.m，相应M2=-187.08KN.m；

最大剪力Q2=739.644KN，相应Q3=74.975KN；

最大轴力N=-418.876KN。

（2）、立柱内力计算结果：

最大弯矩M3=169.57KN.m，相应M2=-26.88KN.m；

最大剪力Q2=-48.544KN，相应Q3=16.309KN；

最大轴力N=-1033.065KN。

滑梁为2Ⅰ32b工字钢（材质A3钢），主要用于座滑轮在不同肋位时的横移和支承，滑梁接长采用坡口对接焊，保证等强度连接，同时为便于座滑轮在空索状态下横移，滑梁接头及上翼缘应用砂轮打磨光滑，上表面涂抹黄油，座滑轮横移到位后，与滑梁间用连接螺栓固定。

滑梁利用预埋在垫梁内的地脚螺栓固定。

滑行分配梁局部承压计算满足规范要求。

滑梁未进行横向受力验算，若横向变形较大，可每间隔1米将两根工字梁横向焊接成整体（在腹板上加焊10mm厚横隔板）。

由于两岸锚碇距垫梁很近（20m、18m），采用单组主索吊、扣边箱时主、扣索后拉索将产生较大的横向倾斜，从而产生很大的横向水平分力。

经计算，吊边箱时最大横向水平力为481.405KN。

为克服吊边箱时主索对座滑轮、垫梁的横向荷载作用，在垫梁后2.5m位置的主索上设置夹板和50吨横向牵引滑车组（见图11），通过收紧滑车组使主索座滑轮基本不受横向水平荷载作用。

2.6、锚碇（图07～11）

两岸主锚碇设计皆采用桩式锚碇，一扣采用在桥台基础内埋设锚环。

主锚碇相对于主桥轴线对称布置，用作主索、工作索、二扣扣索及起吊、牵引千斤索等的锚固。

锚桩全部嵌入中风化基岩。

锚桩采用C30砼。

每岸设置3根直径1.5m的钢筋混凝土锚桩，每根桩长7m，桩与桩横向中心距离2.5m，横向通过素混凝土连接成整体。

左岸主锚碇总的拉力为3115.25KN，按图07中钢索布置，单桩最大拉力1159.87KN；

右岸主锚碇总的拉力为3064.04t，单桩最大拉力1148.09KN。

按水平荷载桩利用m（上部2m地基比例系数m取80MN/m4，下部取300MN/m4）法计算锚桩内力（剪力Q和弯矩M），并进行配筋设计；

计算时未考虑前缘托板的作用，偏于安全。

两岸计算单桩承受的最大弯矩Mmax=-2250.3KN.m，最大剪力Qmax=1147KN，侧壁最大土应力0.35MPa（2m以下岩石部分），桩顶最大位移1.0mm。

按图09、10配筋，实际单桩极限抗剪力为1628.1KN；

按最大弯矩计算单桩需均匀配置19根d28mmⅡ级钢筋，实际配置22根d28mmⅡ级钢筋，且受拉区主筋间距为受压区主筋间距的一半。

可见锚桩强度是满足要求的。

一扣锚环预埋于两岸桥台基础内，基础建议通过设计同意改为C25片石混凝土，锚环埋入混凝土中深度1.8米，并在后部弯钩位置埋设两根φ28的螺纹锚筋，锚筋长度1米左右；

锚环使用前做抗拉试验，单个锚环试验抗拉力控制在20吨左右。

每岸桥台共埋设5个锚环，横向间距1.5米，相对于桥轴线对称布置，每道一扣扣索应至少由两个锚环承载（每个锚环锚固1根∅30扣索），锚固位置以扣索力的合力基本与所安装肋在同一竖直面内为原则（及两根扣索尽量与所安装肋对称布置）。

2.7、扣索

两岸二扣扣索采用2∮43.5mm（6×

37+1）的麻芯钢索，公称抗拉强度170kg/mm2，单根破断拉力97.17吨。

一扣扣索采用2∮30mm（6×

37+1）的麻芯钢索，公称抗拉强度170kg/mm2，单根破断拉力47.60吨。

两岸一扣扣索过交界墩顶座滑轮进入引桥台基础内的预埋锚环锚固，二扣扣索皆通过垫梁顶座滑轮锚固于主锚桩上。

右岸扣索与扣点捆绑千斤绳的连接采用H板及转向轮，一扣采用30吨H板及30吨转向轮，二扣采用60吨H板及60吨转向轮；

左岸为拱箱起吊岸，为便于拱箱出台，二扣利用60吨扣架将每道扣索的两根钢索分开，拱箱从两根扣索之间吊运通过，一扣仍采用30吨H板及30吨转向轮与捆绑绳连接。

单肋共计4道（8根）扣索，扣索长短采用滑车组卷扬机调整。

两岸一扣扣索长50m（含回头卡长度），左岸二扣扣索长145m（含回头卡长度），右岸二扣扣索长130m（含回头卡长度）；

全桥扣索用量：

∮43.5mm（6×

37+1）钢索550m，∮30mm（6×

37+1）钢索200m。

扣索张力按静力平衡方法计算，拱脚与各分段点按铰接考虑，扣索与各扣段一起构成一静定结构，每道风缆按初始张力5t进入计算。

每岸按扣挂拱脚段、第二段和拱顶合拢段分别进行计算，每道扣索按各阶段的最大索力控制设计。

计算合拢状态时，合拢段计入一半重量。

同时为保证在扣挂过程中接头处拱箱局部受力的安全，施工时应注意拱箱接头处混凝土土及预埋连接构件的施工质量，最好将设计图中与端头角钢连接的钢筋做一定加强。

各阶段扣索力计算成果及张力安全系数见下表：

各阶段扣索力计算成果表（吨）

扣挂

状态

左岸

右岸

一扣索力（T1）

二扣索力（T2）

第一段

22.440

22.477

第二段

28.646

38.643

28.808

38.213

合拢段

22.386

56.405

22.591

55.777

安全系数K

3.32

3.45

3.30

3.48

可见，各扣索安全系数皆满足大于3的规范要求。

2.8、起重索、牵引索

拱箱两个吊点抬吊，起重索采用∮19.5mm（6×

37+1）的麻芯钢索，公称抗拉强度170kg/mm2，钢绳破断拉力为19.65吨。

起吊滑车组走10线布置，跑头拉力F=2.556t，安全系数K=7.69>

[5]，采用5t卷扬机做起吊动力,起吊卷扬机容绳量700m。

工作起吊仍采用∮19.5mm麻芯钢索，滑车组走2～3线布置，采用5t卷扬机做起吊动力。

牵引索采用∮24mm（6×

37+1）的麻芯钢索，公称抗拉强度170kg/mm2，钢绳破断拉力为29.391吨。

最大牵引力11.30吨，牵引按来回线布置，滑车组走3线（不含通线），跑头拉力F=4.083t，安全系数K=7.19>

[5]，采用8t中快速卷扬机牵引。

工作牵引采用∮19.5mm麻芯钢索，滑车组走1～2线布置（来回线），采用5t卷扬机牵引。

起吊、牵引千斤绳直接进入锚碇。

全桥起吊、牵引索用量：

∮24mm钢索1000米，∮19.5mm钢索2400米（含工作索起吊和工作索牵引）。

2.9、拱箱风缆索

拱箱浪风绳采用2∮19.5mm钢索，风缆与地面夹角不大于30°

，风缆水平投影与桥轴夹角不小于50°

，为减小风缆垂度的非弹性影响，风缆初张力按5吨控制，风缆地垄抗拉力不小于15吨（千斤绳亦按此控制并考虑8倍以上的安全系数）。

全桥考虑两个肋的浪风，全桥需16道浪风绳。

拱箱浪风绳用量约1800m。

2.10、主要钢索组成参数表

主要钢索组成参数表

钢索规格

单位

主索

（工作索）

牵引索

扣索

风缆索

（起吊）

钢索直径d

mm

56.5

24

43.5

30

19.5

钢丝直径δ

2.6

1.1

2.0

1.4

0.9

钢索型号

6×

37+1

37+FC

重量

Kg/m

11.099

1.982

6.553

3.211

1.326

金属截面积FK

mm2

1178.1

210.87

697.08

341.57

141.16

弹性模量EK

MPa

75600

线膨胀系数

1/℃

1.2E-5

破断拉力TP

t

164

29.356

97.17

47.60

19.65

钢丝公称强度

1700

拉力安全系数

应大于

3

5

3（5）

应力安全系数

2

2（3）

3、拱箱的吊装

吊装系统安装完成，正式吊装前，应进行以下几方面的工作：

（1）、复核跨径、起拱线标高，放样拱脚对位大样并画线。

（2）、对拱脚预埋件进行检查和校正。

（3）、检测吊装段拱箱的几何尺寸及预制施工质量。

（4）、对吊装系统进行全