陳靜,石柱,石梁

摘 要：本文針對(duì)超大跨連續(xù)貓道的方案選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算方法等進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以承重索線(xiàn)型和張拉力作為控制指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算分析確定貓道結(jié)構(gòu)的合理性和安全性。依托工程杭瑞洞庭大橋的順利建成，驗(yàn)證了該貓道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和計(jì)算分析的科學(xué)性，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，對(duì)后續(xù)類(lèi)似工程的建設(shè)具有重要的參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：懸索橋;三跨連續(xù)貓道;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);計(jì)算分析

貓道是大跨徑懸索橋纜索系統(tǒng)施工最重要的作業(yè)平臺(tái)和人員通道，主纜安裝、索夾安裝、吊索安裝等作業(yè)均需要利用貓道，因此，科學(xué)合理的貓道設(shè)計(jì)，對(duì)于確保施工安全，保證工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)具有重要意義。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

杭瑞洞庭大橋是《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中的第12條橫線(xiàn)—杭州到瑞麗高速公路的最后一段（大岳高速）的控制性工程，大橋東起岳陽(yáng)、西連君山，橫跨湘江主航道。杭瑞洞庭大橋設(shè)計(jì)為板桁結(jié)合型雙塔雙跨鋼桁梁懸索橋，跨徑組合為（3x60 m連續(xù)剛構(gòu)）+（460 m+1 480 m+491 m懸索橋）+（34.58 m+4x60.5 m連續(xù)剛構(gòu)），主橋全長(zhǎng)2 390 m，在建時(shí)為世界第二、中國(guó)第一大跨徑鋼桁梁懸索橋。主纜垂跨比F/L=1/10，中心距35.4 m，通長(zhǎng)索股175束。

2 貓道方案選型

懸索橋的貓道形式主要分為連續(xù)式和分離式，即以索塔為界，連續(xù)式貓道以通常鋼絲繩跨越塔頂，連接兩側(cè)錨碇，分離式貓道將貓道分為三段，分別錨固在兩側(cè)索塔和錨碇上。連續(xù)式貓道的優(yōu)點(diǎn)主要是索塔主要承受豎向壓力，沒(méi)有不平衡水平力，缺點(diǎn)是需要設(shè)計(jì)、安裝較復(fù)雜的塔頂轉(zhuǎn)向變位裝置，導(dǎo)致貓道成本增加，施工難度較大;分離式貓道的優(yōu)點(diǎn)是直接錨固在索塔上，不需要復(fù)雜的塔頂轉(zhuǎn)向變位裝置，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是由于索塔需要承受不平衡水平力。統(tǒng)計(jì)目前已建懸索橋貓道設(shè)計(jì)情況，跨徑1 000 m以下的懸索橋，一般采用分離式貓道，隨著主跨跨徑的增大，分離式貓道作用在索塔頂部的不平衡力顯著增加，同時(shí)塔頂轉(zhuǎn)向變位裝置造價(jià)占貓道總造價(jià)的比例逐步減小，千米級(jí)以上的懸索橋一般采用連續(xù)式貓道。

3 貓道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

杭瑞洞庭大橋選用三跨連續(xù)式貓道結(jié)構(gòu)，兩幅貓道分別布置在兩根主纜下方，距離主纜中心線(xiàn)1.5 m，設(shè)計(jì)寬度4.0 m，中間以11個(gè)橫通道連接，貓道承重索利用塔頂轉(zhuǎn)向變位裝置跨越索塔，兩端錨固在錨碇前端。貓道主要由承重索、扶手繩、門(mén)架、面層、橫通道、塔頂轉(zhuǎn)向變位裝置、錨固裝置及其它附屬設(shè)施組成。

3.1 設(shè)計(jì)安全系數(shù)

3.2 貓道承重索及扶手繩

貓道承重索采用10根直徑54 mm鋼芯鋼絲繩（單幅），通過(guò)索塔頂面的轉(zhuǎn)向變位裝置實(shí)現(xiàn)三跨連續(xù)布置，貓道兩側(cè)各設(shè)置3根扶手繩，由上至下分別采用Φ26 mm、Φ22 mm、和Φ16 mm鋼絲繩。

3.3 貓道承重索錨固調(diào)整系統(tǒng)

貓道承重索錨固在錨碇散索鞍支墩前端，鋼絲繩通過(guò)可調(diào)錨固系統(tǒng)與錨固底座連接，錨固系統(tǒng)由大、小錨固桿、錨梁和千斤頂組成，利用錨固系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)貓道長(zhǎng)度和線(xiàn)形的調(diào)整，使其滿(mǎn)足施工需求。

3.4 塔頂轉(zhuǎn)向變位系統(tǒng)

連續(xù)式貓道需要跨越索塔，要解決貓道索與主索鞍位置沖突問(wèn)題，所以在塔頂安裝了轉(zhuǎn)向變位裝置，調(diào)整貓道索的間距，并從側(cè)面轉(zhuǎn)向繞過(guò)主索鞍，實(shí)現(xiàn)貓道索的連續(xù)。

3.5 貓道面網(wǎng)

貓道面網(wǎng)考慮雙層網(wǎng)，下層為菱形鋼板網(wǎng)，鋼板網(wǎng)厚度5 mm，網(wǎng)格80×120 mm，上層采用鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)格15 mm×15 mm，鋼絲直徑2 mm，貓道面層上設(shè)置大、小橫梁和防滑木條。

3.6 貓道橫通道

為提高貓道的抗風(fēng)穩(wěn)定性，同時(shí)滿(mǎn)足兩側(cè)人員通行，全橋一共設(shè)置了11個(gè)橫通道，連接兩幅貓道，其中中跨7道，兩側(cè)邊跨各2道，橫通道采用桁架結(jié)構(gòu)，上鋪鋼板網(wǎng)，周邊設(shè)置防護(hù)網(wǎng)。

3.7 貓道門(mén)架

為滿(mǎn)足索股牽引系統(tǒng)布置的需要，在貓道上布置49個(gè)門(mén)架，門(mén)架間距50 m，門(mén)架高度7.0 m～7.5 m，門(mén)架下端與貓道橫梁連接，頂面通過(guò)2根直徑60 mm的門(mén)架承重索固定，形成空間結(jié)構(gòu)。

4 貓道結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 模型簡(jiǎn)介

采用橋梁非線(xiàn)性分析系統(tǒng)BNLAS軟件對(duì)貓道進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，該軟件是一款專(zhuān)門(mén)用于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性分析的軟件，包括“橋梁結(jié)構(gòu)空間靜動(dòng)力非線(xiàn)性分析系統(tǒng)”和“懸索橋主纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工計(jì)算系統(tǒng)”兩個(gè)子系統(tǒng)，目前是國(guó)內(nèi)懸索橋結(jié)構(gòu)分析和施工監(jiān)控方面的主要計(jì)算分析軟件。

為詳細(xì)分析貓道結(jié)構(gòu)在安裝、使用各階段的受力狀況，根據(jù)貓道設(shè)計(jì)方案和施工方案，建立了貓道承重索和門(mén)架承重索的有限元模型，計(jì)算其在恒載和活載作用下的變形、內(nèi)力和應(yīng)力，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)貓道結(jié)構(gòu)和合理性、安全性濟(jì)學(xué)寧判斷。模型計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

4.2 計(jì)算工況

按照貓道的安裝順序，分11個(gè)施工階段進(jìn)行貓道恒載狀態(tài)的計(jì)算，如果計(jì)算后線(xiàn)形不滿(mǎn)足要求，適當(dāng)調(diào)整門(mén)架處的荷載，反復(fù)計(jì)算，直至得到立項(xiàng)的恒載線(xiàn)形和內(nèi)力。

在貓道安裝完成狀態(tài)的計(jì)算模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行活載、溫度變化、風(fēng)載等作用下的貓道受力計(jì)算，即在施工過(guò)程完成后的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)狀態(tài)、內(nèi)力狀態(tài)下進(jìn)行使用荷載分析，并考慮了結(jié)構(gòu)的大位移、重力剛度、先期荷載（恒載）與后期荷載（使用荷載）相互影響作用等非線(xiàn)性。

4.3 荷載組合

恒載：貓道承重索、扶手繩、面網(wǎng)、橫梁、牽引繩、滾輪等的自重按均布荷載考慮，門(mén)架、橫通道、變位剛架等的自重按集中荷載考慮。

活載：活載主要考慮主纜索股重量（3根）、人行荷載、施工機(jī)具、風(fēng)荷載（施工階段設(shè)計(jì)風(fēng)速28.9 m/s）、溫度荷載（升溫26℃，降溫31℃，基準(zhǔn)溫度20℃）。

荷載組合見(jiàn)表2所示。

4.4 計(jì)算結(jié)果

貓道承重索和門(mén)架承重索在各種荷載組合作用下，最小破斷力安全系數(shù)均大于3.0，滿(mǎn)足規(guī)范要求。主跨貓道線(xiàn)形與主纜中心線(xiàn)形的豎向標(biāo)高差約為1.5 m，滿(mǎn)足施工要求;邊跨主纜中心線(xiàn)形與貓道標(biāo)高差在1.5 m～1.8 m范圍內(nèi)波動(dòng)，該線(xiàn)形能滿(mǎn)足主纜架設(shè)等后序施工操作要求，可不設(shè)置邊跨下拉裝置。主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3～表6。

5 結(jié)語(yǔ)

本文依托杭瑞洞庭大橋的施工實(shí)踐，針對(duì)超大跨連續(xù)貓道的方案選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算方法等進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以承重索線(xiàn)型和張拉力作為控制指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算分析確定貓道結(jié)構(gòu)的合理性和安全性，大橋的順利建成，驗(yàn)證了該貓道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和計(jì)算分析的科學(xué)性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，對(duì)后續(xù)類(lèi)似工程的建設(shè)具有重要的參考和借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫勝江，梅葵花，黃平明.貓道承重索施工控制計(jì)算方法[J].中外公路，2008（1）：89-92.

[2]李勝利，歐進(jìn)萍.大跨徑懸索橋貓道非線(xiàn)性靜風(fēng)穩(wěn)定性分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2009，30（6）：19-26.

[3]吳勝東，馮兆祥，蔣波.特大跨徑懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2007（4）：32-37.

[4]黃平明，梅葵花，孫勝江.大跨徑懸索橋貓道承重索施工控制計(jì)算方法[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2000（3）：4.

[5]光明，李鴻盛，殷建超.劉家峽大橋三跨連續(xù)式貓道設(shè)計(jì)與架設(shè)[J].中外公路，2013，33（3）：135-139.

[6]黎圓圓.懸索橋梁貓道施工的技術(shù)方法及施工措施[J]. 交通世界，2018（19）：114-115.

[7]卞佳，李元博，閆文亮.三跨連續(xù)式貓道施工階段計(jì)算分析[J].公路交通科技，2018，35（S1）：98-104.