超大跨度單跨懸索橋鋼桁梁制作與安裝研究

朱嘉煜，喬文開，王康宇

［1.浙江工業大學，浙江 杭州 310023；2.中建恒創（北京）科技發展有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310000］

0 引言

隨著我國綜合國力的不斷提升，橋梁建設不斷突破創新，在橋梁大國向橋梁強國邁進的路上，也正向著建設大跨度橋梁的方向發展[1-3]。在實際工程中，橋梁將不可避免需要跨越大山谷、大江河地帶，這對橋梁的跨度提出了較高的要求。懸索橋由于其較強的跨越能力和獨特的造型而受到廣大橋梁工程師的喜愛。其主要包括兩岸主塔及錨碇、主纜、主梁、吊桿和橋面系。主纜、主塔和錨碇作為懸索橋承重結構承擔全部荷載，橋上荷載通過吊桿和索夾傳向主纜，繼而在斜向上經散索鞍傳遞到邊跨錨碇，豎向上則由主索鞍傳遞到岸邊主塔[4-7]。超大跨度單跨懸索橋的制作、安裝一定程度上影響了整體成橋質量，因此，需要對鋼桁梁制作與安裝過程進行研究。以四川某跨江大橋為例，為類似橋梁主梁、主塔、主纜、索鞍索夾設計與施工過程中山區地形鋼構件運輸保供提供參考。

1 工程概況

G4216 線宜金高速公路ZX2 合同段起訖樁號為LK2+931.5—LK4+750.3，長1.819km。其中四川某大橋主橋為1030m 單跨懸索橋，橋道系為鋼混組合形式，主梁為鋼桁梁形式，桁寬28.0m、桁高7.0m。主要鋼結構工程有主纜制作安裝、索鞍索夾制作安裝、錨固系統制作安裝、鋼格構塔制作安裝、附屬鋼結構制作安裝。

一般懸索橋橋塔采用混凝土橋塔、鋼結構橋塔及組合橋塔。由于四川位于喜馬拉雅—地中海地震帶上，易發生地震，在地震作用下，自重大的混凝土橋塔承載力會下降，難以發揮其本身混凝土橋塔承載力高的優勢；鋼結構橋塔自重較小，利于抗震但對運輸條件要求高，同時主塔橫梁要具備一定的橫向變形抗力和扭轉剛度。主索索鞍在施工過程中易受施工荷載影響而產生相對移動，影響施工質量。

因此，需確定一種超大跨度單跨懸索橋構件的制作與安裝技術，能合理布置主塔鋼構件、鋼-混凝土橫梁，保證主塔性能的同時提高施工的經濟效益。

2 主桁施工

主桁結構形式為華倫式結構對稱布置，包括上、下弦桿，豎腹桿及斜腹桿。主桁桁寬28.0m、桁高7.0m，寬跨比1/36.8，高跨比1/147.1。主梁標準節間長度6.9m，每一節間處設一道橫梁，橫梁包括上、下弦桿及兩側斜腹桿。橫梁上弦桿、上縱梁與鋼-混組合橋面板相結合構成主梁的強勁上平聯，主梁下平聯采用傳統K 型體系，如圖1 所示。

圖1 四川某大橋鋼梁斷面（單位：mm）

3 主塔施工

四川某大橋塔身采用2 層門式剛架結構，具有較強抗震性能，同時，承受來自索鞍的豎向荷載及活載、風載等順橋向和橫橋向水平荷載。四川岸的主塔塔身高度為175m（主纜IP 點到承臺頂面），順橋向鋼管中心距由塔頂的5.6m 變為塔底的11.255m，橫橋向由塔頂的4m（鋼管中心距）變為塔底的7.358m，如圖2 所示。云南岸主塔塔身高度為197m（主纜IP 點到承臺頂面），順橋向鋼管中心距由塔頂的5.6m 變為塔底的12.0m，橫橋向由塔頂的4m（鋼管中心距）變為塔底的7.8m。上下橫梁高均9.0m（混凝土頂板頂面到混凝土底板底面）；四川岸、云南岸塔頂尺寸、橫梁尺寸及塔柱截面變化斜率一致。

圖2 四川某大橋鋼管混凝土組合塔（四川岸，單位：mm）

鋼結構相比混凝土成本較高，通過合理布置塔身桿件，減少塔身桿件數量，降低了塔身施工成本。塔身為鋼管混凝土格構空心柱，截面形式為四肢格構柱與柱間混凝土肋板組成的單箱單室截面，其采用四根鋼管（根據受力需要不同區段采用不同的尺寸，從上到下采 用φ1600mm×34mm、φ1700mm×36mm、φ1800mm×38mm、φ1800mm×40mm）與型鋼橫撐、斜撐形成骨架，骨架采用型鋼構件，與立柱鋼管焊接連接，橫向設置水平支撐，縱向設置水平支撐和交叉對角支撐，如圖3、圖4 所示。

圖3 下塔柱斷面結構

圖4 下塔柱橫撐斷面結構（單位：mm）

在骨架主鋼管內澆筑C80 高性能混凝土，鋼管外側澆筑20cm 厚C30 混凝土作為保護層，鋼管之間澆注C30 腹板（上下塔柱腹板厚度分別為40cm 和50cm）；塔柱每23.8m 設置一道橫隔板（上下塔柱橫隔板厚度分別為50cm 和60cm），兩道橫隔板中間11.8m 位置，設置一道60cm 高加勁肋，同時在橫梁上下頂板對應的塔柱內設置70cm 厚橫隔板。

主塔由上至下設置兩根橫梁，均采用鋼-混凝土組合結構。四肢水平鋼管與塔身主鋼管焊接形成橫梁骨架，其水平頂板和底板為預應力混凝土結構，垂直腹板則采用波形鋼腹板。

上橫梁每側設置一道28mm 厚的波形鋼腹板，下橫梁每側及中間各設置一道28mm 厚的波形鋼腹板，上下橫梁高均為9.0m（鋼管中心距8.3m），如圖5 所示。同時在橫梁內設鋼橫隔板，以提高橫梁整體的橫向抗變形能力與抗扭剛度。

圖5 上、下橫梁斷面結構（單位：mm）

4 主纜施工

主纜由五跨組成，分別為四川岸錨跨、四川岸邊跨、中跨、云南岸邊跨、云南岸錨跨。成橋狀態時，跨徑組成為18.579+240+1030+309+18.579（m），如圖6 所示。主跨在成橋狀態下的矢跨比為1/9.5。

圖6 主纜線形

主纜采用雙主纜形式，每根主纜中索股共有169股，四川岸邊跨增設6 根索股作為背索與四川岸主索鞍相連。主纜在空纜狀態下豎向截面近似正六邊形，緊纜后主纜為圓形，如圖7 所示。

圖7 索股截面

5 索鞍索夾施工

5.1 索鞍施工

索鞍主要分為主索鞍與散索鞍，其上座采用肋板式的弧形鑄鋼鑄造制成，上設有索槽，鞍體下放置不銹鋼板-聚四氟乙烯滑動板，以適應施工中的相對移動。為了增加主纜與鞍槽之間的摩擦，同時便于索股定位，在鞍槽內設置豎向隔板。待所有索股就位并調整好后，在頂部填入鋅塊，然后用拉桿夾緊鞍槽側壁。

5.2 索夾施工

由于各跨主纜的纜徑、索夾安裝傾角不同，要求的夾緊力、索夾長度及螺桿數量也均不相同，為了制造方便，將全橋的索夾共分11 種類型，其中有吊索索夾7種，無吊索索夾4 種，編號為SJ1～SJ11。其中SJ1～SJ5、SJ10 為中跨帶吊索索夾，SJ6、SJ7 為邊跨一般索夾，SJ8、SJ9 為纜套處密封索夾，SJ11 為中央扣索夾，如圖8所示。

圖8 索夾立面布置

索夾采用左右對合的騎跨式結構，兩個半索夾間用M48 螺桿連接并夾緊在主纜上，接縫處填充橡膠防水條，起到防水作用。為適應活載作用下與主纜、主梁連接的吊索沿橋體角度位移，有吊索索夾承索槽設計開口角為±3.5°。

6 結語

本文以四川某大橋工程為依托，大橋采用華倫式結構鋼桁梁主桁，上平聯加強布置，主梁下平聯采用傳統K 型體系，提高整體強度；以鋼管混凝土格構空心柱作為主塔塔身，采用鋼-混凝土組合結構，解決了傳統混凝土橋塔在地震作用下承載能力下降的問題；合理布置鋼構件，減少施工成本；主塔從上往下依次設兩道道鋼-混凝土組合結構橫梁，在橫梁內設鋼橫隔板，來增強橫梁的橫向變形抗力和扭轉剛度；主索鞍與散索鞍鞍體下放置不銹鋼板-聚四氟乙烯滑動板鞍體下方，解決了施工荷載引起的相對運動難以適應的問題。該大橋具有較為廣闊的應用前景，為類似橋梁主梁、主塔、主纜、索鞍索夾設計與施工提供參考。