何軍民

（中鐵大橋局集團(tuán)第四工程有限公司 南京 210031）

1 工程概況

南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主橋［1］按6線（京滬高速雙線、滬漢蓉雙線、南京地鐵雙線）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，全長(zhǎng)1 615m，其中4～10號(hào)墩為108m＋192m＋2×336m＋192m＋108m連續(xù)鋼桁拱，見(jiàn)圖1。主橋采用3片主桁連續(xù)鋼桁拱結(jié)構(gòu)，桁寬2×15 m。主拱拱圈矢高84m，跨中拱圈桁高12m，拱腳處拱圈桁高56．8m。除主墩兩側(cè)各4個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度為15m外，其余均為12m。平弦部分桁高16m。

圖1 6跨連續(xù)鋼桁拱橋跨布置（單位：m）

主橋7號(hào)墩墩頂4個(gè)節(jié)間鋼梁采用浮吊進(jìn)行對(duì)稱架設(shè)，其余節(jié)段均采用架梁爬坡吊機(jī)雙懸臂架設(shè)，跨中設(shè)合龍段。在鋼梁拼裝過(guò)程中沿高度方向設(shè)有3層水平拉索（見(jiàn)表1），每層水平拉索沿橫向分為3排，每排由4根拉索組成。

表1 水平拉索技術(shù)參數(shù)表［2］

2 拉索設(shè)計(jì)

2．1 計(jì)算理論

假設(shè)拉索索長(zhǎng)L、鋼梁兩端索孔錨板中心的幾何距離為L(zhǎng)0、張拉端錨杯距錨墊板的距離為a，則在牽引力T作用下，其彈性伸長(zhǎng)量為TL／EA，垂度影響的伸長(zhǎng)量近似為因此可得：

式中：L0為上下兩端索孔錨板中心的幾何距離；L為拉索的長(zhǎng)度；LX為L(zhǎng)0的水平投影長(zhǎng)度；E為垂直索的彈性模量；w為鋼索單位長(zhǎng)度重量；A為鋼索中鋼絲的截面積；T為牽引力。

2．2 拉索索力計(jì)算

2．2．1 第一層水平拉索計(jì)算方法

首先驗(yàn)算200kN牽引力能否使張拉端錨頭戴帽，當(dāng)滿足要求時(shí)，直接利用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引將拉索錨頭戴帽；當(dāng)不滿足要求時(shí)，需計(jì)算出200kN牽引力將拉索錨頭牽引的最大位置，根據(jù)該位置確定張拉桿Ⅰ長(zhǎng)度。張拉桿的螺紋及直徑根據(jù)水平拉索的戴帽索力確定。

第一層水平拉索計(jì)算過(guò)程為：將第一層水平拉索的參數(shù)及T＝200kN帶入式（1）可得a＝607 mm，為使張拉端能戴滿一個(gè)螺帽的長(zhǎng)度，此時(shí)a＝－5mm，因此僅靠200kN卷?yè)P(yáng)機(jī)無(wú)法將第一層水平拉索戴帽，此時(shí)需設(shè)置張拉桿。

以200kN牽引力所對(duì)應(yīng)的a1值為下限，以張拉端錨頭戴帽至設(shè)計(jì)位置的a2值為上限，采用Mathcad數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行區(qū)間內(nèi)張拉索力的計(jì)算，分析第一層水平拉索索力變化，見(jiàn)表2。

表2 第一層水平拉索張拉過(guò)程索力變化一覽表

2．2．2 第二、三層水平拉索計(jì)算方法

第二、三層水平拉索在既有水平拉索上進(jìn)行展開，此時(shí)需驗(yàn)算200kN牽引力能否將待掛水平拉索張拉至脫離放索滑道，如200kN牽引力能將待掛拉索張拉至脫離放索滑道，則張拉桿I的長(zhǎng)度跟第一層水平拉索計(jì)算方法相同；如200 kN牽引力不能將待掛拉索張拉至脫離放索滑道，則張拉桿I的長(zhǎng)度根據(jù)幾何距離確定。

第二層水平拉索計(jì)算過(guò)程為：

以適配張拉桿長(zhǎng)度a1為下限，以張拉端錨頭戴帽至設(shè)計(jì)位置的a2為上限，采用Mathcad數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行區(qū)間內(nèi)張拉索力的計(jì)算，分析第二、三層水平拉索索力變化，見(jiàn)表3。

表3 第二、三層水平拉索張拉過(guò)程索力變化一覽表

2．3 水平拉索受上層拉索展索影響分析

第二、三層的水平拉索依次在已經(jīng)掛好的第一、二層水平拉索上展開，會(huì)使得已經(jīng)掛設(shè)的水平拉索索力增大，因此需對(duì)展索過(guò)程中已掛水平拉索的索力增大情況進(jìn)行分析。根據(jù)已知的張拉索力和水平拉索的跨徑可以得出水平拉索的線形方程為：

將水平拉索的自重帶入式（2）可以求出自重狀態(tài)下水平拉索的跨中垂度f(wàn)1，再分別計(jì)算待掛水平拉索展開至已掛水平拉索的中點(diǎn)和完全展開2種狀態(tài)下已掛水平拉索的跨中垂度f(wàn)2，取兩者的最大值。然后根據(jù)水平拉索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度為定值求出已掛設(shè)水平拉索受展索影響的索力增長(zhǎng)量，采用Mathcad數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行已掛水平拉索索力增量的計(jì)算，見(jiàn)表4。

表4 已掛水平拉索索力增量表

3 掛索施工

水平拉索掛索施工主要包括索盤吊裝、拉索展開、固定端戴帽和張拉端牽引錨固及戴帽［4］。

水平拉索掛索施工步驟為：鋼桁梁懸臂架設(shè)第8個(gè)節(jié)間后，在鋼桁梁A45HAO號(hào)節(jié)點(diǎn)頂部掛設(shè)第一層水平拉索；待第一層水平拉索張拉至設(shè)計(jì)噸位后，架梁吊機(jī)繼續(xù)架設(shè)鋼桁梁至第10個(gè)節(jié)間后，在A43號(hào)節(jié)點(diǎn)頂部掛設(shè)第二層水平拉索；待第二層水平拉索張拉至設(shè)計(jì)噸位后，架梁吊機(jī)繼續(xù)懸臂架設(shè)鋼桁梁至第12個(gè)節(jié)間后，在A41號(hào)節(jié)點(diǎn)頂部掛設(shè)第三層水平拉索，見(jiàn)圖2。

圖2 水平拉索立面布置

3．1 拉索展開

將拉索通過(guò)水路運(yùn)輸至起吊位置，利用架梁吊機(jī)將索盤整體起吊至鋼桁梁上弦桿上。架梁吊機(jī)尾部吊機(jī)將拉索張拉端錨頭提升出索盤并放置于錨頭小車上，將張拉端錨頭與錨頭小車固定［5］，利用另一側(cè)架梁吊機(jī)尾部卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引錨頭小車使其沿放索滑道前行完成水平拉索的展開。其中第一層斜拉索沿鋼桁梁頂面牽引展開，第二、三層水平拉索依次沿第一、二層水平拉索頂面牽引展開，放索過(guò)程中須控制索盤轉(zhuǎn)速并能適時(shí)將其制動(dòng)，防止纜索散盤。

為滿足第二、三層水平拉索展索的要求，依次在第一、二層水平拉索頂面設(shè)有放索貓道，該貓道可用于放索和人員走行使用。

3．2 拉索牽引錨固及戴帽

纜索沿放索滑道全部展開后，利用架梁吊機(jī)尾部吊鉤將固定端錨頭抽出索盤，安裝哈夫夾具、牽引錨頭和鋼絲繩。架梁吊機(jī)尾部吊機(jī)提升固定端水平拉索，調(diào)整水平拉索高程位置，使其對(duì)準(zhǔn)錨箱索孔，緩慢驅(qū)動(dòng)固定端卷?yè)P(yáng)機(jī)張拉水平拉索錨頭使固定端錨頭戴帽至設(shè)計(jì)位置。固定端錨頭戴帽索力控制在200kN以內(nèi)。

固定端戴帽到設(shè)計(jì)位置后，用錨頭小車將梁端錨杯牽引至要求位置，安裝夾具，將錨頭臨時(shí)打梢，安裝張拉端錨頭張拉桿I。張拉桿I的長(zhǎng)度需滿足在臨時(shí)鎖定狀態(tài)下能戴滿一個(gè)螺帽的要求。張拉桿I戴帽后安裝張拉桿II及硬牽引裝置，用千斤頂牽引張拉桿，直至錨杯帶帽。張拉時(shí)，千斤頂張拉應(yīng)分階段加載，不得一步到位；分段值約500kN，張拉結(jié)束后的各索索力誤差值小于5%。

南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主橋鋼桁梁已架設(shè)完成，架設(shè)過(guò)程中第三層水平拉索實(shí)測(cè)索力見(jiàn)表5，實(shí)測(cè)索力與計(jì)算值相關(guān)較小。

表5 第三層水平拉索實(shí)測(cè)索力值

4 結(jié)語(yǔ)

在京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主橋連續(xù)鋼桁拱雙懸臂架設(shè)中，首次采用了水平拉索的施工方法，利用已掛水平拉索作為上層拉索的放索平臺(tái)有效地減小了上層拉索展索過(guò)程的牽引索力，縮短了硬牽引張拉桿的長(zhǎng)度，方便了現(xiàn)場(chǎng)施工。水平拉索掛索計(jì)算需考慮上層拉索展索帶來(lái)的影響，本文給出了展索工況水平拉索索力增量的計(jì)算方法。

通過(guò)實(shí)踐證明：水平拉索的索力計(jì)算準(zhǔn)確，掛索施工方案合理，為以后同類型拉索的施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司．南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋108m＋192m＋2×336m＋108m連續(xù)鋼桁拱橋鋼梁施工圖［Z］．武漢：中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，2007．

［2］ GB／T18365－2001斜拉橋熱擠聚乙烯高強(qiáng)鋼絲拉索技術(shù)條件［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001．

［3］ 李廉錕．結(jié)構(gòu)力學(xué)［M］．下冊(cè)．5版．北京：高等教育出版社，2010．

［4］ 饒華容，鄧惠斌．千米級(jí)斜拉索長(zhǎng)索架設(shè)技術(shù)［J］．北京：中國(guó)工程科學(xué)，2009，11（3）：71－74．

［5］ 薛 峰．楊浦大橋主橋超長(zhǎng)超重斜拉索施工技術(shù) ［J］．武漢：橋梁建設(shè)，1993（4）：15－19．