姚　杰

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000)

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鋼管混凝土拱橋纜索吊裝系統(tǒng)扣索設(shè)計(jì)及索力驗(yàn)算

姚杰

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000)

摘要：結(jié)合蕪湖市新建袁澤橋帶副拱的中承式變截面鋼管混凝土集束拱橋吊裝施工，介紹了纜索吊裝系統(tǒng)扣索設(shè)計(jì)及索力手算的計(jì)算方法，為同類工程提供技術(shù)和方法參考。

關(guān)鍵詞：鋼管拱橋；纜索吊裝；扣索設(shè)計(jì)；索力計(jì)算

纜索吊裝系統(tǒng)是當(dāng)前鋼管混凝土拱橋吊裝架設(shè)常見的一種施工方法。內(nèi)力計(jì)算一般采用軟件的居多，手算的極少。軟件計(jì)算結(jié)果通常具有保險(xiǎn)系數(shù)過大、計(jì)算模型一致等弊端，而施工過程往往是千變?nèi)f化的，特點(diǎn)、施工工藝的不同必然會導(dǎo)致其受力狀態(tài)不一樣，軟件計(jì)算結(jié)果現(xiàn)場可操作性不強(qiáng)，且數(shù)據(jù)難以復(fù)核。新建袁澤橋鋼管混凝土拱橋采用纜索吊裝系統(tǒng)吊裝，其中扣索作為固定鋼管拱肋臨時(shí)受力構(gòu)件，需根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行張拉，數(shù)據(jù)精確度要求高。下面結(jié)合蕪湖市新建袁澤橋帶副拱中承式變截面鋼管混凝土拱橋吊裝施工，介紹扣索設(shè)計(jì)及索力計(jì)算。

1工程概況

蕪湖市袁澤橋主橋采用帶副拱的中承式鋼管混凝土拱橋，拱圈由主拱和副拱組成。主橋拱圈與拱座基礎(chǔ)固結(jié)，主橋跨中主梁采用鋼格構(gòu)疊合梁模式，半飄浮體系設(shè)計(jì)。主拱圈軸線采用懸鏈線，理論拱軸線拱腳水平距離為135 m，矢高30 m，矢跨比1∶4.5，拱軸系數(shù)m=1.5，兩拱肋軸線橫向間距26.75m，主拱圈共劃分為11節(jié)段。見圖1。

2扣索設(shè)計(jì)及索力計(jì)算

鋼管拱肋分11段吊裝合龍，每側(cè)4個(gè)扣段，中間設(shè)置一合攏段。每一扣段設(shè)左右對稱兩個(gè)扣點(diǎn)，扣索通過索塔上的索鞍轉(zhuǎn)向，錨固在主地錨上?？蹝煜到y(tǒng)是采用千斤頂鋼絞線斜拉扣掛法和后地錨系統(tǒng)，技術(shù)比較先進(jìn)。使用千斤頂鋼絞線斜拉扣掛法施工的主要優(yōu)點(diǎn)有：

1)采用高強(qiáng)、承載力大、延伸量小、變形穩(wěn)定的鋼鉸線作為定位拱肋的斜拉扣索，減少了架設(shè)過程中不穩(wěn)定索的非彈性變形；

2)采用千斤頂張拉系統(tǒng)對斜拉索加卸拉力、收放索長，張拉能力大、行程控制精度高、索力調(diào)整靈活、錨固可靠；

3)斜拉扣掛系統(tǒng)自成系統(tǒng)，不受纜索吊裝系統(tǒng)的干擾；

4)可以準(zhǔn)確地計(jì)算懸拼架設(shè)過程中各施工階段的索力、延伸量，以及由此而產(chǎn)生的大段接頭預(yù)抬高值，作為施工實(shí)施控制的依據(jù)[1]。

根據(jù)現(xiàn)場場地布置情況及地形環(huán)境，將千斤頂鋼絞線斜拉扣掛系統(tǒng)與纜索吊機(jī)系統(tǒng)分開設(shè)置，相互獨(dú)立，互不干擾?？鬯鞑捎忙礿15.24高強(qiáng)低松弛鋼絞線，鋼絞線破斷強(qiáng)度為1 860MPa，兩岸各設(shè)扣索8組，對稱同型設(shè)置。拱肋扣點(diǎn)設(shè)在下弦管0.1～0.2L(L為吊段長度)范圍處，P錨鎖定；張拉端設(shè)在后地錨，群錨錨固體系[2]。

圖1　主橋構(gòu)造圖

2.1扣索索力計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場實(shí)際情況，該橋采用單肋合攏安裝方案，每片拱肋分11段吊裝(以截面中心計(jì)，A段拱節(jié)長度為7.641m，B段為14.377m，C段為13.662m，D段為13.506m，E段為19.884m，合攏F段為8.340m)，南北兩邊按A～E順序?qū)ΨQ安裝，最后安裝合攏段。每片拱肋中的每段拱節(jié)除合攏段外均設(shè)4道扣索(即B段、C段、D段和E段)，A段采取鋼管支架法支撐固定，由于兩岸扣索對稱布置且標(biāo)高相同，兩岸對應(yīng)扣索力也相同，故只計(jì)算其中的南岸扣索力即可?？鬯髁⒚娌贾靡妶D2。由于風(fēng)纜拉力對扣索影響不大(但計(jì)算復(fù)雜)，故計(jì)算扣索力時(shí)可以忽略不計(jì)。

圖2　扣索立面布置及相關(guān)參數(shù)示意圖

1)B段就位后，扣索力PB的計(jì)算[3]。

B段扣索力計(jì)算模型見圖3。

圖3　B段扣索力計(jì)算模型

2)C段就位后，扣索力PC及△PB的計(jì)算[3]。

C段扣索力計(jì)算模型見圖4。

圖4　C段及其對B段影響的扣索力計(jì)算模型

C段就位后，對B段產(chǎn)生橋軸線方向的推力H和向下的壓力V，由此引起B(yǎng)段扣索力增量△PB，計(jì)算如下：

H=PCcosθP=151.424×cos41.274 4°

=113.804 kN

V=QC-PCsinθP=

300-151.424sin41.274 4°=200.111 kN

∑MA=0∶ΔPBaB+HhAB=VxAB?

3)D段就位后，扣索力PD及△PC、△PB的計(jì)算。

D段扣索力計(jì)算模型見圖5。

圖5　D段及其對B段、C段影響的扣索力計(jì)算模型

D段就位后，對C段產(chǎn)生橋軸線方向的推力H和向下的壓力V，由此引起C段扣索力增量△PC，計(jì)算如下：

H=PCcosθP=198.028×cos29.518 6°

=172.323 kN

V=QD-PDsinθP=

280-198.028sin29.518 6°=182.430 kN

∑MB=0∶ΔPCaC+HhBC=VxBC?

同樣，△PC對B段產(chǎn)生橋軸線方向的推力H′和向下的壓力V′，由此引起B(yǎng)段扣索力增量△PB′，計(jì)算如下：

H′=H+ΔPCcosθP=172.323+87.952×

cos41.274 4°=238.424 kN

V′=V-ΔPCsinθP=

182.430-87.952sin41.274 4°=124.411 kN

∑MA=0∶ΔPB′aB+H′hAB=V′xAB?

4)E段就位后，扣索力PE及△PD、△PC′的計(jì)算[3]。

E段扣索力計(jì)算模型見圖6。

圖6　E段及其對D段、C段影響的扣索力計(jì)算模型

E段就位后，對D段產(chǎn)生軸線方向的推力H和向下的壓力V，由此引起C段扣索力增量△PC，計(jì)算如下：

H=PEcosθP=397.216×cos19.646 5°

=374.092 kN

V=QE-PEsinθP=

350-397.216sin19.646 5°=216.450 kN

∑MC=0∶ΔPDaD+HhCD=VxCD?

同樣，△PD對C段產(chǎn)生軸線方向的推力H′和向下的壓力V′，由此引起C段扣索力增量△PC′，計(jì)算如下：

H′=H+ΔPDcosθP=374.092+

103.597×cos29.518 6°=464.242 kN

V′=V-ΔPDsinθP=216.450-

103.597×sin29.518 6°=165.407 kN

∑MB=0∶ΔPC′aC+H′hBC=V′xBC?

2.2拱段最大扣索力的確定

合攏段安裝后，拱肋閉合形成整圈，已成簡支結(jié)構(gòu)，整體拱肋處于鉸支狀態(tài)，但拱肋上不會發(fā)生附加外力，各段扣索力也不會增大。為更安全起見，第三段對第一段索力影響值為負(fù)值不進(jìn)行疊加計(jì)算，確定各拱段最大扣索力如下[3]：

2.3扣索的選定

式中：n為扣索中的鋼絞線根數(shù)；P為確定的最大扣索力；tp為單根鋼絞線允許破斷拉力。

根據(jù)上述分析結(jié)果，拱肋節(jié)段懸拼施工過程中各節(jié)段的扣索內(nèi)力變化情況見表1。

表1　各節(jié)段的扣索內(nèi)力表

注：表中索力為一個(gè)固定端錨具上的索力值。

3施工控制

在施工過程中，拱圈線型豎向位移采取索力和高程測量雙控法，水平位移根據(jù)測量值用風(fēng)纜進(jìn)行調(diào)節(jié)。鋼結(jié)構(gòu)對溫度比較敏感，一天中24h隨時(shí)都在變化，其線型隨著外界周邊溫度高低以及鋼結(jié)構(gòu)本身冷熱不均進(jìn)行位移變形。為了更好地做好施工控制，克服消除外界不利因素，我們選定凌晨4：00：00—5：00：00(太陽出來前)作為最佳觀測時(shí)段，其線型和索力均以此時(shí)段測量結(jié)果為準(zhǔn)[1]。

4結(jié)語

該橋在2009年5月20日至6月15日進(jìn)行B、C、D、E拱段安裝，在安裝過程中索力張拉控制值均在計(jì)算正常誤差范圍之內(nèi)，各拱段接口固結(jié)前拱肋軸線、高程均呈穩(wěn)定狀態(tài)，誤差值符合設(shè)計(jì)要求。事實(shí)證明，內(nèi)力計(jì)算采用手算法，有幾個(gè)方面好處：一是計(jì)算方法通俗易懂；二是索力與測量高程誤差之間相對關(guān)系可隨時(shí)進(jìn)行驗(yàn)算；三是施工時(shí)發(fā)生索力突變或線型明顯偏差時(shí)，可及時(shí)排查根源之所在；四是施工安全質(zhì)量可控。橋梁建成后，經(jīng)監(jiān)控單位實(shí)測拱肋各監(jiān)控點(diǎn)內(nèi)力值符合設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行狀態(tài)良好。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]張志發(fā).鋼管混凝土拱橋的施工技術(shù)[J].廣東土木與建筑，2002(4)：41-43.

[3]孫曉紅.鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控與拱肋吊裝計(jì)算[D].福州：福州大學(xué)，2004.

收稿日期：2016-04-26

作者簡介：姚杰(1978—)，男，浙江長興人，工程師，從事鐵路、公路、市政以及其他工程的施工管理工作。

中圖分類號：U448.22

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)07-0030-05

Cable Design and Checking Calculation of Cable Force for the CableHoisting System of the Reinforced Concrete Arch Bridge

YAO Jie