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        自錨式懸索橋貓道架設(shè)對(duì)主塔的影響分析

        2021-02-28 11:05:16岳云龍
        北方交通 2021年2期
        關(guān)鍵詞:主索細(xì)部橋塔

        岳云龍

        (沈陽(yáng)市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 沈陽(yáng)市 110015)

        1 工程概述

        沈陽(yáng)市東塔跨渾河橋位于沈陽(yáng)渾河城市段上游,王家灣橋下游2km,長(zhǎng)青橋上游3km。工程北起沈水路,南至祝科街,全長(zhǎng)1460m。東塔跨渾河橋?yàn)樯蜿?yáng)市首座自錨式懸索橋。主橋采用格構(gòu)式鋼橋塔及鋼箱梁,極具工業(yè)特色;塔頂裝飾物由沈陽(yáng)東塔引申而來(lái),造型古樸美觀。工程充分融合了現(xiàn)代技術(shù)與歷史的厚重感,展現(xiàn)了沈陽(yáng)市的歷史文化內(nèi)涵和城市后工業(yè)時(shí)期的輝煌成就,與渾河兩岸景觀帶統(tǒng)一協(xié)調(diào),相得益彰。

        橋梁的長(zhǎng)度及孔徑布置,經(jīng)綜合考慮相交道路的跨越需求、河道的過(guò)水?dāng)嗝妗蛄旱慕Y(jié)構(gòu)形式及工程造價(jià)等因素后確定。主橋?yàn)槿摻Y(jié)構(gòu)自錨式懸索橋,跨徑布置為40+90+220+90+40=480m,為半漂浮體系,主纜垂跨比為1/5.5,兩橋塔好似巨人肩膀,肩負(fù)老城、新區(qū)共同發(fā)展的美好愿望[1],工程效果圖如圖1所示。洪水位以上主塔采用鋼結(jié)構(gòu),洪水位以下采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),主橋在塔柱位置設(shè)置觀光平臺(tái)。

        圖1 沈陽(yáng)市東塔跨渾河橋效果圖

        2 纜索系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        主纜架設(shè)采用預(yù)制平行鋼絲索股法(PPWS)施工[2],每根主纜共有19股索股,每根索股由127根直徑為5.0mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲組成,鋼絲標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1770MPa。主纜同時(shí)承擔(dān)檢修走道作用。主纜斷面如圖2所示。

        圖2 主纜斷面圖

        工程采用銷接吊索,吊索上端采用叉耳與索夾相連,下端采用錨頭、球形螺母與主梁上的錨墊板連接,通過(guò)螺母調(diào)吊索長(zhǎng)度,吊索采用Φ15.2環(huán)氧噴涂鋼絞線,單根聚乙烯護(hù)套防護(hù),整束纏包高強(qiáng)聚酯帶再擠包聚乙烯護(hù)套。所有吊索采用同一種截面,每個(gè)吊點(diǎn)設(shè)置1根吊索。主梁吊索的鋼導(dǎo)管出口處填充橡膠減震器,鋼導(dǎo)管外設(shè)置防水罩。

        主索鞍下部設(shè)置混凝土段,塔頂設(shè)有主索鞍座板,以安裝主鞍座。主鞍座底座要求表面平整并具有足夠的豎向彎曲剛度,故采用鑄鋼整體鑄造成縱橫向格構(gòu)形式。主鞍座底座底板設(shè)混凝土振搗孔,吊裝并準(zhǔn)確定位后與塔頂?shù)鬃信_(tái)混凝土澆注為一體。

        主索鞍底座與塔頂之間用錨栓緊緊錨固在一起,索鞍頂推到位調(diào)整好后,用成橋鎖定板將鞍體與座板鎖死。為頂推索鞍設(shè)置的反力架,用預(yù)應(yīng)力鋼絞線緊緊錨固在塔頂,并通過(guò)角鋼與墊塊支撐在塔壁上,施工完成后,將反力架拆除。

        3 橋塔設(shè)計(jì)

        橋塔采用鋼混結(jié)合形式。從上至下分別由塔頂裝飾物、主索鞍鞍罩、拱式橫梁、格構(gòu)式橋塔及混凝土底座組成。其中除主塔塔座為混凝土結(jié)構(gòu)外,其余均為鋼結(jié)構(gòu)。塔底承臺(tái)高程為37.960m,橋塔的總高為66.623m,橋塔橫橋向中心間距36m。拱式橫梁為箱型截面。橋塔主體結(jié)構(gòu)全部采用Q345D鋼材。橋塔立面如圖3所示。

        圖3 橋塔立面圖

        (1)混凝土塔座

        橋塔混凝土塔座高度12.0m(不包括1.7m混凝土與鋼塔柱連接部分),采用空心箱形截面。塔座上部(7m范圍)平面尺寸為7.2m(縱橋向)×6.6m(橫橋向),為空心箱形截面,壁厚1m。塔座下部(5m)平面尺寸為7.8m(縱橋向)×7.2m(橫橋向),為空心箱形截面,壁厚1.3m。全橋共4個(gè)塔座,采用C50混凝土。在底部1.7m范圍為鋼柱與混凝土塔座結(jié)合處。精軋螺紋鋼筋預(yù)埋在混凝土塔座內(nèi),穿過(guò)設(shè)置在混凝土塔座頂承壓鋼墊板。在錨固段內(nèi)每個(gè)鋼柱頂部的內(nèi)外側(cè)均設(shè)置若干道支撐加勁肋,精軋螺紋鋼筋施加預(yù)應(yīng)力后錨固在鋼墊板上。

        (2)格構(gòu)式橋塔

        格構(gòu)式架塔柱由四根鋼柱及柱間綴條組成,高度為47.663m。沿高度方向劃分為五個(gè)節(jié)段,節(jié)段長(zhǎng)度約為10m,節(jié)段之間的現(xiàn)場(chǎng)連接采用焊接的方式。

        塔柱鋼柱之間橫橋向中心距離為3.4m,順橋向?yàn)?.0m。各個(gè)鋼柱截面為內(nèi)側(cè)設(shè)置板式加勁肋的箱形截面。鋼柱設(shè)置牛腿,用于放置支座及阻尼設(shè)施。牛腿將四個(gè)鋼塔柱聯(lián)成整體。牛腿根部截面高度為3.0m,懸臂處截面高度為2.0m。主塔觀光平臺(tái)尺寸為橫橋向8.5m,縱橋向6.0m。平臺(tái)最大截面高度為1.058,最小截面高度為0.55m。

        主塔塔頂橫梁為鋼箱結(jié)構(gòu)。上弦鋼箱截面為矩形截面。頂?shù)讓?.0m,高1.3m。下弦鋼箱中心線為橢圓曲線,呈拱形造型。鋼箱截面為矩形截面,寬4.0m,高0.9m。

        鞍罩結(jié)構(gòu)由立柱、側(cè)板、頂板及鞍座下混凝土段組成,總高度為6.96m,立柱高度為6.94m。下部3.263m范圍為索鞍底座部分。在鞍座底座范圍內(nèi)灌注C50補(bǔ)償收縮混凝土。鞍罩底座部分由下部2.0m高度鋼格柵和1.263m高的C50鋼筋網(wǎng)混凝土組成。與混凝土接觸的鋼格柵內(nèi)設(shè)置剪力釘。

        4 貓道設(shè)計(jì)

        貓道應(yīng)根據(jù)懸索橋的跨徑、主纜線形、施工環(huán)境條件等因素進(jìn)行專門設(shè)計(jì)[3]。本工程單幅貓道設(shè)6根Ф26鋼芯鍍鋅鋼絲繩貓道承重索,采用三跨連續(xù)式布置形式。貓道總體結(jié)構(gòu)及細(xì)部構(gòu)造如圖4、圖5所示。

        圖4 貓道總體示意圖

        圖5 貓道與主索鞍連接細(xì)部構(gòu)造圖

        貓道每側(cè)每4m設(shè)置一欄桿立柱,用以固定扶手索。貓道扶手索采用Ф16鍍鋅鋼絲繩,欄桿索采用Ф10鍍鋅鋼絲繩。塔頂設(shè)置緊固裝置,緊固裝置采用兩塊鋼板組成,鋼板厚度分別為20mm和30mm,索鞍罩內(nèi)貓道承重索夾板下設(shè)置三組I20a工字鋼,工字鋼長(zhǎng)800mm,工字鋼與索鞍罩之間進(jìn)行焊接,焊腳尺寸為8mm;承重索夾板與工字鋼之間亦進(jìn)行焊接,承重索夾板尺寸為300mm×400mm,焊腳尺寸為8mm。

        5 計(jì)算分析

        5.1 荷載參數(shù)

        (1)結(jié)構(gòu)自重:鋼材容重78.5kN/m3。

        (2)貓道荷載:貓道荷載考慮貓道恒載、動(dòng)載、風(fēng)荷載,合計(jì)F=152kg/m;折算成鋼絲繩截面應(yīng)力為110MPa。

        5.2 主塔模型建立

        根據(jù)橋塔及索鞍罩和貓道塔頂錨固裝置設(shè)計(jì)圖,采用MIDAS有限元分析軟件建立模型如圖6所示,橋塔Q345D鋼材模型采用板單元模擬。

        圖6 有限元模型

        5.3 主塔計(jì)算分析結(jié)果

        經(jīng)計(jì)算分析,橋塔應(yīng)力及變形結(jié)果如圖7~圖9及表1所示。

        圖7 橋塔正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

        圖8 橋塔剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

        圖9 橋塔表性計(jì)算結(jié)果

        表1 主塔計(jì)算分析結(jié)果[4]

        5.4 主索鞍鞍罩計(jì)算分析結(jié)果

        經(jīng)計(jì)算分析,主索鞍鞍罩應(yīng)力及變形結(jié)果如圖10~圖12及表2所示。

        5.5 貓道細(xì)部連接分析結(jié)果

        圖10 主索鞍鞍罩正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

        圖11 主索鞍鞍罩剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

        圖12 主索鞍鞍罩變形計(jì)算結(jié)果

        表2 主索鞍鞍罩計(jì)算分析結(jié)果

        經(jīng)計(jì)算分析,貓道細(xì)部連接應(yīng)力及變形結(jié)果如圖13~圖15及表3所示。

        圖13 貓道細(xì)部連接正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

        圖14 貓道細(xì)部連接剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

        圖15 貓道細(xì)部連接變形計(jì)算結(jié)果

        表3 貓道細(xì)部連接計(jì)算分析結(jié)果

        5.6 穩(wěn)定分析結(jié)果

        索鞍罩及鋼塔在貓道荷載作用下,屈曲臨界荷載系數(shù)最小為4.20>4,如圖16所示。在橋塔綴件施工完成前應(yīng)對(duì)橋塔位移進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。

        圖16 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

        6 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)本文的介紹,希望能為類似自錨式懸索橋貓道設(shè)計(jì)施工提供更多的設(shè)計(jì)和研究的經(jīng)驗(yàn):

        (1)東塔跨渾河橋在橋塔綴件未施工完成時(shí)架設(shè)貓道對(duì)主索鞍鞍罩的強(qiáng)度影響大于對(duì)橋塔的影響,塔頂主索鞍板厚設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮此因素。

        (2)本工程采用的6根Ф26鋼芯鍍鋅鋼絲繩為承重索的貓道形式,能夠滿足施工需求。

        (3)在橋塔綴件施工完成前應(yīng)對(duì)橋塔位移進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。

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