抚溪江大桥悬拼拱架缆索吊装系统计算书讲解.docx
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抚溪江大桥悬拼拱架缆索吊装系统计算书讲解
抚溪江大桥缆索吊装系统计算书
一、设计慨况：
抚溪江大桥上部结构采用5×20米（预应力砼空心板）＋120（钢筋砼箱形拱）＋2×20米（预应力砼空心板），拱上采用15×8.35米（预应力砼空心板）。
下部结构主孔采用现浇钢筋混凝土拱座及现浇混凝土基础，拱上设钢筋混凝土排架墩，5、6号交界墩和两岸引孔桥墩为钢筋混凝土双柱式圆形实心墩，挖孔桩基础，拱座基础为明挖扩大基础，两岸桥台为重力式U型桥台，铜仁岸基础为承台桩基础，玉屏岸基础均为明挖扩大基础。
箱拱主拱圈采用现浇方案，支架采用34段×6组钢拱架，拱上空心板采用缆吊安装。
吊装系统由主索、索鞍、跑车、起重滑车组、牵引索、卷扬机、锚锭等组成，索塔布置在两岸4＃、7＃墩盖梁上端（见抚溪江大桥施工总体布置图），主索设计跨度为165.41m，拱架拼装期间缆索吊最大吊运重量为81.6KN。
二、索塔高度计算：
H=h1+h2+h3+h4+h5+f
其中：
h1为索塔底面到吊物需越过的障碍物最高点之高差，取2m
h2为重物最低点到需通过的障碍物最高点之间的安全距离，取1.5m
h3为重物的最大高度，取4m
h4为吊钩、扣绳的高度，取4m
h5为天线滑车和起吊滑车组构造高度，取1.2m
f为主索最大吊重时在跨中的挠度，取f=L/16=10.34m（L=165.41m）
所以，H=2+1.5+4+4+1.2+10.34=23.04m。
索塔实际高度至少保证≥23.04m
根据使用材料设备和扣绳需要，实际塔高控制最低为24.47m，满足要求。
两岸索塔顶面高差为37cm，基本持平。
三、钢拱架各构件计算重量：
本方案中需用钢拱架材料见下表：
钢拱架拼装材料统计表
序号
构件名称
单位
单件重Kg
数量
总重Kg
备注
1
标准节段
片
1212.4
180
218232
2
调节节段
片
673.1
6
4038.6
3
拱顶调节段
片
1214
6
7284
不含调节砂筒
4
拱脚节段
片
1289.2
12
15470.4
5
平联（P1）
片
38.9
520
20228
6
横联（H1）
片
51.4
260
13364
7
平联（P2）
片
42.45
130
5518.5
比P1宽30cm
8
横联（H2）
片
59.8
65
3887
比H1宽30cm
9
调节砂筒
片
136
12
1632
10
钢拱架上弦连接螺栓
套
7.9
792
6256.8
φ38×650
11
平联、横联连接螺栓
套
0.36
3900
1404
φ22×120
12
拱顶调节段联结螺栓
套
0.46
288
132.48
φ26×100
13
上弦阳端调节螺杆
个
8.8
396
3484.8
φ94×218
14
上弦阴端调节螺杆
个
9.4
396
3722.4
φ94×207
合计
304655
四、主索的受力计算：
主索拟采用1φ52（6×37+1）钢丝绳，起重索拟采用1φ19.5（6×37+1）
钢丝绳，牵引索拟采用1φ19.5（6×37+1）钢丝绳。
缆索吊装尺寸示意图
1、荷载：
⑴均布荷载：
主索自重：
q1=1×943.6×10-2×9.8×10-3=0.0925KN/m；
起重索自重：
q2=1×132.7×10-2×9.8×10-3=0.013KN/m；
牵引索自重：
q3=1×132.7×10-2×9.8×10-3=0.013KN/m；
支索器自重：
q4=50×10×9.8×10-3/157.84=0.031KN/m；
均布荷载总量为：
q=q1+q2+q3+q4=0.15KN/m。
⑵集中荷载：
悬拼钢拱架时,每次最大悬拼重量组成为:
6段标准节+12片平联及螺栓+3片横联及螺栓+24套上弦连接螺栓+上弦阴阳调节螺栓各12套,其总重量为:
1212.4×6（片）+（38.9+0.36×4）×12（片）+（51.4+0.36×4）×3（片）+7.9×24（套）+（8.8+9.4）×12（套）=8325kg=81.6KN
吊运一片空心板重量为74.3KN
取81.6KN作为验算依据
跑车滑车组自重：
0.8×9.8=7.84KN
下垂起重索自重：
0.013×4×6=0.312KN
最大集中荷载总重量：
81.6+7.84+0.312=89.8≈90KN
2、缆索最大拉力T（KN）：
缆索最大拉力在跨中且起吊90KN的时候,则:
T=
+
（P为起重小车和索具重力及最大吊重=90KN，G为索具自重力）
=463.1KN
查《起重吊装常用手册》，采用内查法得使用钢丝绳φ52（6×37+1）强度等级为1700MPa的破断拉力为1706.5KN。
换算系数C＝0.82（《起重吊装常用数据手册》），
（R）破断拉力技术数据为：
R=1706.5×0.82=1399.33KN
则主缆索安全系数K=
=
=3.02＞3（满足要求）。
3、缆索的弯曲应力δ弯（MPa）验算：
δ弯=
式中δ拉→缆索的拉伸应力，其值为：
δ拉=
=
=46.13KN/cm2=461.3MPa
Q+P→集中荷载（N）
n→起重小车上车轮数，本方案中n=4
A→缆索的截面积10.038cm2
E→在弯曲时缆索的弹性模数其值为79800MPa
δ弯=
＝29.48KN/cm2
=
=0.639＜1（满足要求）。
五、牵引索的计算：
1、索力：
F1=（P+Q）sinθ
式中P→起重小车及索具重力（KN）
Q→起重力
θ→缆索坡度
根据sinθ=
设a=
=16.541发m,h=
=2.068m
h→起重小车在极端位置时，缆索在荷载作用下的垂度
a→从起重小车至支柱之间的距离
f→缆索在跨度中央荷载下的垂度
θ=arc（
）=arcsin（
）=7.182°
F1=90sin7.182°=11.25KN
2、牵引小车上牵引索返回绳段的拉力F2≈5KN。
3、索具绕过滑轮的摩擦力F3≈0.15（Q+P）=0.15×90=13.5KN。
4、牵引索最大拉力F牵=F1+F2+F3=29.75KN<50KN（采用5T卷扬机）。
5、计算牵引索的安全系数：
内查法查得钢丝绳（φ19.5）（6×37+1）强度等级为1670MPa的破断拉力F破=235.74KN。
换算系数C＝0.82
K牵=F破/F牵=
=6.5＞3～4（满足要求）。
六、起重索的受力计算
起重索拟采用1φ19.5（6×37+1）钢丝绳（公称抗拉强度按合格证上取1670MPa），破断拉力F破总和＝235.74KN,换算系数C＝0.82。
在实际施工中，工作绳数4根，工作滑轮3个，导向滑轮5个。
查《起重吊装常用手册》P73页，计算吊装用滑车组系数K＝3.07。
最大起重力Q=90KN
卷扬机一端绳索作用力P=
=
=29.32KN<50KN（采用5t卷扬机）
起重绳安全系数=
=6.59＞5～6（满足要求）。
安装钢拱架期间最大吊重43.2+7.84+0.312=51.35KN,因此在安装拱架期间拟采用φ17.5（6×37+1）钢丝绳（单根破断拉力总和为162.44KN，抗拉强度为1550MPa）走两线。
此时起重安全系数
=5.19＞5～6（满足要求）。
在安装空心板时再换用φ19.5（6×37+1）钢丝绳，可提高拱架安装时的工作效率。
七、索塔受力稳定计算
对索塔有影响的是缆风索和扣于塔上的一道永久扣索以及缆吊在施工期间产生的最大水平分力。
大方岸
拼装阶段（单位:
吨）
加载阶段
临时扣索C扣上且悬拼2段后
3＃扣索扣上且悬拼2段后
临时扣索D扣上且悬拼2段后
临时扣索E扣上且悬拼2段后
扣索张拉且悬拼2段后
底板砼浇筑且悬拼2段后
腹板砼浇筑且悬拼2段后
顶板砼浇筑且悬拼2段后
120％底板+50T施工荷载且悬拼2段后
缆风拉力（单位:
吨）
18.49
-22.19
索塔轴向压力
14.83
织金岸
临时扣索C扣上且悬拼2段后
3＃扣索扣上且悬拼2段后
临时扣索D扣上且悬拼2段后
临时扣索E扣上且悬拼2段后
扣索张拉且悬拼2段后
底板砼浇筑且悬拼2段后
腹板砼浇筑且悬拼2段后
顶板砼浇筑且悬拼2段后
120％底板+50T施工荷载且悬拼2段后
缆风拉力
18.49
-21.76
索塔轴向压力
17.42
1、索塔结构
索塔塔高玉屏岸为27.88m，铜仁岸为24.47m.立柱为L160×160×16角钢，水平和斜杆采用L125×125×12角钢，材质均为16锰钢。
单根立柱横断面为1.2m×1.2m，立柱为4根L160×160×16角钢组成，查表得单根L160×160×16角钢横断面积为49.07cm2，单根L125×125×12角钢横断面积为28.91cm2。
。
2、索塔在竖向力作用下的强度验算：
本方案中，在拱圈浇筑阶段，钢拱架为无扣索设计。
但在悬拼钢拱架施工中共有三组临时扣索扣于拱架上，有一组索塔缆风永久扣索。
临时扣索索力总计约为T1=1022KN，玉屏岸两塔自重约470KN，铜仁岸两塔自重约420KN，则施加给索塔竖向压力最大为:
A.索塔在吊装过程中的荷载。
（以河心方向为正;以向下为正。
单塔）
铜仁岸：
η=67.087°
sinθ==0.124
θ=7.126°
式中:
f为挠度
h′为两塔高差，因两塔高差很小，可忽略不计
L为跨度
W=Qsinθ+0.15Q
=90×0.124+90×0.15
=24.66KN
T=T主+W+P
=463.1+24.66+29.32
=517.08KN
水平力H=T×cosθ-T×sinη
=517.08×（cos7.126°-sin67.087°）
=36.81KN
竖直力V=T×sinθ+T×cosη
=517.08×（sin7.126°+cos67.087°）
=265.46KN
玉屏岸：
η=62.323°
sinθ==0.124
θ=7.126°
W=Qsinθ+0.15Q
=90×0.124+90×0.15
=24.66KN
T=T主+W+P
=463.1+24.66+29.32
=517.08KN
水平力H=T×cosθ-T×sinη
=517.08×（cos7.126°-sin62.323°）
=55.17KN
竖直力V=T×sinθ+T×cosη
=517.08×（sin7.126°+cos62.323°）
=304.32KN
B.索塔受到永久扣索的荷载。
（以河心方向为正;以向下为正。
单塔）
铜仁岸：
α=67.087°
β=61.463°
水平力H1=（T1×sinβ-T1×sinα）
=（1022/2×sin61.463°-1022/2×sin67.087°）
=-21.76KN
竖直力V1=（T1×cosβ+T1×cosα）
=（1022/2×cos61.463°+1022/2×cos67.087°）
=443.07KN
玉屏岸：
α=62.323°
β=61.338°
水平力H1=（T1×sinβ-T1×sinα）
=（1022/2×sin61.338°-1022/2×sin62.323°）
=-4.14KN
竖直力V1=（T1×cosβ+T1×cosα）
=（1022/2×cos61.338°+1022/2×cos62.323°）
=482.45KN
C.单扣塔受到的合力（以河心方向为正;以向下为正。
）
铜仁岸：
H=36.81+（-21.76）=15.05KN
V=265.46+443.07=708.53KN
玉屏岸：
H=55.17+（-4.14）=51.03KN
V=304.32+482.45=786.77KN
根据上述计算索塔竖向力最大为786.77KN，每岸两塔各自重470KN和420KN。
σ铜仁=F总/S立柱面积=（708.53+235）/（49.07*10-4*4）
=4.81×104KN/m2=48.1MPa＜[δ]=210MPa（满足要求）。
σ玉屏=F总/S立柱面积=（786.77+210）/（49.07*10-4*4）
=5.08×104KN/m2=50.8MPa＜[δ]=210MPa（满足要求）。
3、墩柱在竖向力作用下的强度验算
4#和7#墩柱直径为150c，立柱砼参与受力时只考虑立柱的核心砼受力，即砼受力断面为直径134cm的圆，其受力面积为：
S立柱面积=3.1416*（134/2*134/2）=1.41026m2
σ铜仁=F总/S立柱面积=（708.53+235）/1.41026
=669.0KN/m2=0.67MPa＜[δ]=30MPa（满足要求）。
σ玉屏=F总/S立柱面积=（786.77+210）/1.41026
=706.8KN/m2=0.71MPa＜[δ]=210MPa（满足要求）。
4、索塔整体稳定性验算
因玉屏岸竖向受力较大，取玉屏岸进行验算。
∑F立=4F0=4×49.07=196.28㎝2
∑I立=4（I0+b02F0）=4×（1175+602×49.07）=711308㎝4
γ=（∑I立/∑F立）1/2=（711308/196.28）1/2=60.2㎝
λ0=h/γ=27.88/0.602=46.3
λ换=（λ02＋27×∑F立/∑F斜）1/2
=（46.32＋27×196.28/97.6）1/2=46.88
由λ换=46.88查表得：
φ=0.826则
σ2=P/（φ×F立）
=（786.77+210）×10³/（0.826×196.28×10²）=61.48MPa＜[σ]=2OOMPa
（满足要求）
式中φ为轴向受压构件纵向绕曲折减系数，F立为塔架立柱毛截面积，F斜为塔架斜撑截面积。
八、锚桩结构计算
锚碇尺寸为2.5m×3.0m×3.5m，锚碇上设有绕线柱直径为1.7m，绕线柱配有42根Ф25钢筋，且锚碇底部插打有30根Ф25的锚杆，锚碇为C30钢筋混凝土结构。
1、锚碇绕线柱抗剪计算：
a、混凝土抗剪计算
绕线柱混凝土容许抗剪强度
;
绕线柱混凝土的抗剪面积
；
则
;
b、绕线柱钢筋抗剪计算
钢筋容许抗剪强度
；
抗剪面积
；
则
。
则绕线柱容许抗剪能力为：
。
而绕线柱受力情况如下：
缆索吊机主索力：
起重索施加的力：
牵引索施加的力：
所有扣索施加的力：
合计力：
;
则
，绕线柱抗剪能力满足要求。
2、锚碇的抗拔计算
由于锚碇底部插打锚杆入岩层1.5m左右，锚杆根数为30根，抗拔力竖向分力不得大于锚碇抗拔力，此锚碇的抗拔力计算主要由三部分组成：
锚碇自重＋锚碇与岩面的摩擦力＋锚杆的抗拔力，本锚碇底部为无扩底桩计算，计算简图如下：
结构计算简图
锚碇自重：
锚杆抗拔力：
；
则
;
：
极限抗拔承载力；
：
抗拔系数
：
截面周长
。
：
第
层土桩侧面抗压极限桩侧阻力；本锚碇只有一层，取
，根据锚碇位置岩石确定，锚碇位置大多为坚硬的微风化层。
：
折减系数；取0.6。
：
折减系数；取0.6。
则
;
由于锚碇底部无扩底，锚碇的抗拔力
取3.0,最后得：
。
锚碇实际竖向受力情况为：
;
满足要求。
3、锚碇的水平承载能力计算
惯性矩：
；
；
；
计算截面：
；
取
；
将以上带入
；
若水平容许位移
控制在
；
;
;
满足要求。
根据以上结果显示，缆索吊装系统满足施工要求，且安全可靠。
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