龍門大橋主要纜索計算

重慶交通大學(xué) 400074

摘要：目前常見纜索吊裝施工法是拱橋的施工的一種常見的方法。纜索吊裝方法能夠在地形復(fù)雜的山谷中，大型機(jī)械設(shè)備無法進(jìn)場施工的地方進(jìn)行對預(yù)制拱圈的吊裝施工，然后將各預(yù)制段連接起來形成整體，最終形成主拱圈。對纜索吊裝系統(tǒng)中的纜索進(jìn)行計算。主索的計算，先假定空索和重索的跨中最大垂度，按照相應(yīng)的簡支梁進(jìn)行計算，并進(jìn)行安全系數(shù)核定。工作索的核算方法與主索的算方法一致。起重索的核算是對跑頭拉力F計算及安全系數(shù)校核，再對每臺起吊卷揚(yáng)機(jī)容繩量及單根起吊繩長度計算，最后對起吊索引起的塔架不平衡荷載計算。牽引索復(fù)核驗(yàn)算，首先對最大牽引力驗(yàn)算，然后對牽引索安全系數(shù)驗(yàn)算，再對每側(cè)牽引索長度驗(yàn)算，最后對牽引索作用在索塔上的外力計算。通過驗(yàn)算，證明纜索吊裝系統(tǒng)中的各類索能夠在施工中安全使用。對安裝階段拱箱受力和扣索受力驗(yàn)算。

關(guān)鍵詞：纜索吊裝；主拱圈；牽引索復(fù)核驗(yàn)算；拱箱受力和扣索受力驗(yàn)算

工程概況：

主橋?yàn)殇摻罨炷料湫喂皹?，凈跨徑為L0=135m，凈矢高為f0=22.2m，f0/L0=1/6.08，拱軸系數(shù)m=1.733。兩端引橋均為2跨16m跨預(yù)制吊裝簡支空心板梁，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用六柱式矩形橋墩下接樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋臺采用重力式“U”型橋臺，基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，主拱臺采用實(shí)體式。

龍門大橋位于大興路東段起點(diǎn)處，跨越竹溪河（原黑水灘河），連接西側(cè)已建成大興路和東側(cè)在建大興路東段，道路等級為城市主干道I級。橋梁起始樁號為K2+863.000，終點(diǎn)樁號為K3+085.000，橋梁全長222m，總寬33m。橋位兩側(cè)區(qū)域路網(wǎng)已基本形成。西側(cè)的大興路、方正大道路網(wǎng)已通車2年，東側(cè)大興路東段基本施工完畢。

施工方案：

龍門大橋的最終總體施工方案采用纜索吊裝施工，纜索吊裝施工是無支架施工拱橋中使用最主要的方法之一，優(yōu)點(diǎn)是所用吊裝設(shè)備跨越能力大，水平和垂直運(yùn)輸靈活，適應(yīng)性廣，施工方便、安全，不僅用于單跨大、中型拱橋施工，在修建特大跨徑或連續(xù)多孔的拱橋中更能顯示其加快大橋建設(shè)速度、減少模板用量、降低橋梁造價等方面的優(yōu)越性。其一般程序?yàn)椤肮跋洌ɡ撸┑念A(yù)制、移運(yùn)，主拱圈的吊裝，拱上建筑的施工。

1.主索應(yīng)力計算：

拱箱運(yùn)輸至跨中時主索張力最大，按此階段控制計算。

考慮主索彎曲作用應(yīng)力

其中：主索最大張力，起吊岸塔頂鋼索受到的垂直作用力V較大：V=1483.231KN，鋼索截面積An=5×1178.07=5890.5，鋼索彈性模量：，塔頂主索滑輪數(shù)量：n=10，代入上式得到：，主索鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度。

則考慮主索彎曲作用應(yīng)力安全系數(shù)，彎曲作用應(yīng)力安全系數(shù)滿足要求。

考慮主索接觸應(yīng)力

其中鋼絲直徑δ=2.6mm，滑輪直徑D=450mm，鋼索彈性模量折減系數(shù)為，鋼索直徑d=56.5mm，代入上式得到：。

則考慮主索彎曲作用應(yīng)力安全系數(shù)，接觸作用應(yīng)力安全系數(shù)滿足要求。

2.牽引索復(fù)核驗(yàn)算

方正大道岸拱腳段就位階段牽引力最大，此時牽引力為=225.387kN。

卷揚(yáng)機(jī)有效系數(shù)為0.7，采用100kN的卷揚(yáng)機(jī)做牽引。

由式子：，經(jīng)驗(yàn)算得F=61.694KN<[70]KN。

1、牽引索拉力安全系數(shù)驗(yàn)算

牽引索采用φ26mm鋼索（6×37+FC），鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度為1700，破斷拉力，安全系數(shù)為：，安全。

2、牽引索應(yīng)力安全系數(shù)驗(yàn)算

鋼索彈性模量折減系數(shù)為：。鋼索直徑d=26mm，鋼絲直徑δ=1.2mm，滑輪直徑400mm。

接觸應(yīng)力為：

接觸應(yīng)力安全系數(shù)為應(yīng)力安全系數(shù)滿足要求。驗(yàn)算結(jié)果與計算書計算結(jié)果一致。

3結(jié)構(gòu)幾何模型、荷載的簡化及約束處理

各分段點(diǎn)按照鉸接考慮，使扣索與扣段形成平面靜定結(jié)構(gòu)。吊裝過程中荷載主要為拱肋自重和風(fēng)纜初張力。

考慮接頭加厚及橫隔板以及吊裝過程中的臨時荷載，拱肋自重系數(shù)取1.15，

每道風(fēng)纜初張力按照50KN計入，風(fēng)纜空間幾何位置為與地面夾角30°，水平投影與橋軸線夾角為50°，將每段上1道風(fēng)纜荷載沿橋縱向水平荷載為：

每段上一道風(fēng)纜荷載沿橋豎向水平荷載投影為：

邊箱拱段重量為55.23t，按一半重量作用在兩岸第三段端頭，每個端頭作用的豎向集中荷載為：55.23/2/2=13.8075t=135.3135KN

表1 各節(jié)段扣索索力計算結(jié)果

計算狀態(tài)方正大道岸扣索索力（KN）復(fù)興岸扣索索力（KN）

1扣2扣3扣1扣2扣3扣

拱角段299.06 297.44

安裝第2段452.27447.41 440.54480.30

安裝第3段227.11601.67724.73203.39623.06793.58

安裝合攏段197.01485.021033.85171.91489.691128.18

4.扣索安全系數(shù)計算

扣索安全系數(shù)根據(jù)以下公式進(jìn)行計算：

鋼絲破斷拉力總和=公稱抗拉強(qiáng)度鋼絲總斷面積；

鋼絲破斷拉力=鋼絲破斷拉力總和換算系數(shù)；

安全系數(shù)K=Tp/Tmax；

其中，本橋所用鋼索公稱抗拉強(qiáng)度1700MPa，換算系數(shù)取值為0.82；

兩岸1扣扣索采用239mm的麻芯鋼索，39mm的麻芯鋼索鋼絲總斷面積564.63mm2，因此，破斷拉力Tp=21700564.630.82=1574.188KN，方正大道岸1扣扣索安全系數(shù)KFZ1=1574.188÷452.27=3.48。復(fù)興岸1扣扣索安全系數(shù)KFX1=1574.188÷452.27=3.57。

兩岸2扣扣索采用243mm的麻芯鋼索，43mm的麻芯鋼索鋼絲總斷面積697.08mm2，因此，破斷拉力Tp=21700697.080.82=1943.459KN，方正大道岸2扣扣索安全系數(shù)KFZ2=1943.459÷601.67=3.23。復(fù)興岸2扣扣索安全系數(shù)KFX2=1943.459÷601.67=3.12。

方正大道岸3扣扣索采用256.5mm的麻芯鋼索，56.5mm的麻芯鋼索鋼絲總斷面積1178.07 mm2，因此，破斷拉力Tp=217001178.070.82=3284.459KN，方正大道岸3扣扣索安全系數(shù)KFZ3=3284.459÷1033.85=3.18。復(fù)興大道岸3扣扣索采用260.5mm的麻芯鋼索，60.5mm的麻芯鋼索鋼絲總斷面積1366.28 mm2，因此，破斷拉力Tp=217001366.280.82=3809.189KN，復(fù)興岸3扣扣索安全系數(shù)KFX3=3809.189÷1128.18=3.38。

由以上計算可知，各扣索安全系數(shù)均滿足規(guī)范安全系數(shù)大于3的要求，扣索在施工過程中能夠安全使用。

結(jié)論：

近年來，隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，拱橋施工采用無支架纜索吊裝的施工方法得到了更廣泛的應(yīng)用。本文是以龍門大橋?yàn)橐劳泄こ?，對混凝土箱型拱橋的施工控制計算以及施工控制檢測，通過深入分析，得到一下幾點(diǎn)主要結(jié)論：

1、對主索、扣索、起重索以及牽引索等主要受力構(gòu)件進(jìn)行了應(yīng)力和變形驗(yàn)算，符合設(shè)計要求，為施工能順利進(jìn)行提供了保障；

本文得出的結(jié)論，有效的保證了龍門大橋在規(guī)定的施工期限內(nèi)能夠的順利合攏通車。