橋梁施工吊橋設(shè)計(jì)

唐文海

(成都興城投資集團(tuán)有限公司, 四川成都 610041)

橋梁施工吊橋設(shè)計(jì)

唐文海

(成都興城投資集團(tuán)有限公司, 四川成都 610041)

文章主要是以某特大橋施工吊橋作為研究案例，詳細(xì)介紹了吊橋的設(shè)計(jì)步驟，希望對于相關(guān)的工程具有參考與指導(dǎo)意義。

大橋施工； 吊橋； 設(shè)計(jì)

某特大橋的主橋是(110+200+110) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。項(xiàng)目8#墩位于河灘上,承臺(tái)標(biāo)高常年低于水面標(biāo)高，7#墩位于河堤上，筑島完成后高程約為233 m，但遇到春夏時(shí)節(jié)為漲水季節(jié)平均漲水高程約為240 m。考慮8#墩春夏時(shí)進(jìn)行懸臂掛籃施工，筑島高度不能保證正常施工高度，同時(shí)汛期洪水漂浮物較多，若進(jìn)行棧橋作業(yè)存在較大安全隱患。通過采用懸索吊橋，節(jié)約了地泵管輸送距離、降低地泵澆筑混凝土的高程，減少了人員從駐地到墩底的上下班時(shí)間，節(jié)約了工程的施工成本、加快了工程的施工進(jìn)度。

1 初步設(shè)計(jì)原則

人行施工吊橋安裝在7#墩與8#墩之間,長度為103 m，采用φ36.5鋼繩4根作為平臺(tái)主繩，2根φ17.5鋼繩作為扶手繩。主繩之間每隔1.5 m采用普管連接，其余間距搭設(shè)木板，在木板上鋪設(shè)防滑鋼筋網(wǎng)片。扶手立桿采用φ28螺紋鋼筋(圖1)。

圖1 施工場地平面布置

2 計(jì)算內(nèi)容

2.1 計(jì)算參數(shù)

(1)結(jié)構(gòu)形式：4根φ36.5鋼繩間距60 cm寬，橋面搭設(shè)寬度1.8 m。2根φ17.5鋼繩作為扶手繩。

(2)使用功能：施工吊橋主要為人員上下通道，并提供輸送泵的混凝土運(yùn)輸。

(3)荷載計(jì)算

根據(jù)材料手冊,4根φ36.5 mm(6×37S+FC型)主鋼絲索單位重：0.217 kN/m；2根φ17.5 mm扶手繩0.027 kN/m。

根據(jù)廠家數(shù)據(jù),泵管重17 kg/m；

泵管及管內(nèi)混凝土重：0.17+3.14×0.125×0.125/4×26=0.49 kN/m；

施工人員重:人自重取80 kg，人員載重取50 kg，單位重：1.3 kN/m；

索道上方木厚5 cm、寬2 m，方木根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》取6 kN/m3，鐵絲網(wǎng)重量為0.2 kN/m;

木板及鐵絲網(wǎng)單位長度重：2×0.05×1×6+0.2=0.8 kN/m；

總線荷載:q=0.217+0.027+0.49+1.3+0.8=2.834 kN/m。

2.2 吊橋計(jì)算

2.2.1 主索計(jì)算

2.2.1.1 主索總破斷力

鋼絲繩采用φ36.5 mm(6×37S+FC型)的鋼芯鋼絲繩，最小破斷拉力為770 kN。

(查：GBT 20118-2006 一般用途鋼絲繩)

4×770=3 080 kN

查表得換算系數(shù)為1.283

則總破斷力為：Tn= 3 080×1.283 =3 951.64 kN

2.2.1.2 主索最大張力和強(qiáng)度驗(yàn)算

(1)主索最大張力計(jì)算：

跨中主索垂度設(shè)計(jì)為：fmax=4 m

由公式H=M/f可知主索最大水平拉力為：

Hmax=Mmax/f·cosβ

Mmax=gL2/8

Mmax=2.834×1032/8=3 758.24 kN·m

β=arctg(C1/L)=arctg(4/103)=2°13′26″

Hmax=3 758.24/4·cosβ=938.85 kN

主索A、B點(diǎn)最大軸力：

不考慮沖擊系數(shù)，主索的安全系數(shù)為：

k=Tn/TA=3 951.64/956.39=4.13

(2)主索強(qiáng)度驗(yàn)算：

由控制主索安全系數(shù)k=3.5(不考慮沖擊系數(shù))

T’max=Tn/k=3 951.64/3.5=1 129.04 kN

取H’max≈T’max

f’max=M/H’=3 758.24/1 129.04=3.33 m

由T’max=1 129.04 kN>Tmax=956.39 kN,得主索強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求。

2.2.1.3 空載狀況下安裝張力和初始安裝撓度計(jì)算

使用狀態(tài)：預(yù)計(jì)人行及機(jī)具集中荷載Q=2 kN，G=g’L=2.834×103=291.902 kN；

空狀態(tài)：Q0=0，不計(jì)溫度，Δt=0，由于錨固端長度較長，主索按兩跨計(jì)算。

查表得主索彈性模量EK=75 600 MPa，

鋼繩截面F=4×A=4×503.64=2 014.56 mm2。

換算彈性模量：Eη=El/∑L=103×7.56×107/(103+10)=6.891×107kPa，則有：

K1=EηFcos2β/24=

6.891×107×2014.56×10-6×

cos22°13′26″/24=5 775.95 kN

K2=3Q(Q+G)=3×2(2+291.902)=1763.412 kN

A=K1K2/H2-H=

5 775.95×1 763.412/938.852-938.85=-927.287

B=K1G2=5 779.95×291.9022=492490914

K3=12Q0(Q0+G)=0

C=K1K3/L2=0

B+CX(L-X)=492490914

將上述計(jì)算結(jié)果代入張力計(jì)算公式得：

解得：H0=1 248.86 kN，初始安裝垂度f0為：

f0=M/H0=3 758.24/1 248.86=3 m

2.2.2 錨碇計(jì)算

由主索拉力計(jì)算得Ta=956.39 kN，cosα=0.6247，sinα=0.7809，α=51°20′25″。

垂直方向TH=T·sinα=956.39×0.7809=746.845 kN

水平方向TV=T·cosα=956.39×0.6247=597.457 kN

錨碇體積計(jì)算：

取K1=1.4，K2=2

V=TV·K1/γ=597.457×1.4/24=34.85 m3

TH·K2/γ=746.845×2/24=62.24 m3>34.85 m3，取V=62.24 m3。

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，我部決定將錨碇設(shè)置在承臺(tái)上，保證抗拉強(qiáng)度。

(查：《路橋施工計(jì)算手冊》)

2.2.3 風(fēng)載影響計(jì)算

2.2.3.1 風(fēng)載計(jì)算

水平風(fēng)荷載按下式計(jì)算： 作用于吊橋上的水平風(fēng)荷載，按下式計(jì)算：

Wk=0.7μzμsW0

式中：Wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)；

μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GBJ9)規(guī)定采用，按規(guī)范表7.2.1取，μz=1.67；

μs為風(fēng)荷載體形系數(shù)，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取值；μs本計(jì)算中取1.3；

W0為基本風(fēng)壓(kN/m2)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GBJ9)規(guī)定采用；本計(jì)算中按達(dá)州市50年一遇，取W0=0.3。

Wk=0.7μzμsW0=0.7×1.67×1.3×0.3=0.46 kN/m2

最大水平風(fēng)力為:F=Wk×103×1.2=56.86 kN

按吊橋長取103 m長，1.2 m高。

隔30 m安裝一道風(fēng)纜，風(fēng)纜成對稱布置，纜風(fēng)繩采用φ17.5 mm的鋼絲繩，鋼絲繩最小破斷拉力為189.6 kN，風(fēng)纜繩與索道截面成30°角布置。

根據(jù)橋長可知共設(shè)置單邊2道纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩受到的拉力：

F=56.86/cos(30°)=65.66 kN<189.6×2=379.2 kN。

2.2.3.2 抗風(fēng)錨碇

由計(jì)算得纜風(fēng)繩受到的拉力T’=65.66 kN,α=30°,

垂直方向T’H=T’·sinα=65.66×0.5=32.83 kN

水平方向T’V=T’·cosα=65.66×0.866=56.86 kN

錨碇體積計(jì)算：

取K1=1.4，K2=2

V=T’V·K1/γ=56.86×1.4/24=3.32 m3

T’H·K2/γ=32.83×2/24=2.74 m3<3.32 m3

取V=3.32 m3。

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，在砂礫石土質(zhì)層中挖長1.5 m寬1.5 m深2 m的錨坑，并澆筑C30混凝土。

3 結(jié)束語

文中通過研究和探討橋梁施工用吊橋設(shè)計(jì)計(jì)算，以表明該方法利于橋梁建設(shè)施工效率的提高，有效地解決汛期對橋梁施工的影響，從而使企業(yè)可獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。在未來的施工建設(shè)中，可將該方法應(yīng)用于大跨度的、環(huán)境較復(fù)雜的且不便進(jìn)行棧橋施工的項(xiàng)目之中，從而使施工單位的競爭能力得到進(jìn)一步提升。

[1] 江正榮. 建筑施工計(jì)算手冊[M]. 中國建筑工業(yè)出版社, 2007(7).

[2] JTJ 025-86 公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

唐文海(1970～)，男，大專，工程師，從事道路橋梁施工管理工作。

U445.469

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[定稿日期]2015-06-04