連續(xù)鋼桁拱雙懸臂架設用水平拉索設計與施工

何軍民

（中鐵大橋局集團第四工程有限公司 南京 210031）

1 工程概況

南京大勝關長江大橋主橋［1］按6線（京滬高速雙線、滬漢蓉雙線、南京地鐵雙線）標準設計，全長1 615m，其中4～10號墩為108m＋192m＋2×336m＋192m＋108m連續(xù)鋼桁拱，見圖1。主橋采用3片主桁連續(xù)鋼桁拱結構，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。除主墩兩側各4個節(jié)間長度為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號墩墩頂4個節(jié)間鋼梁采用浮吊進行對稱架設，其余節(jié)段均采用架梁爬坡吊機雙懸臂架設，跨中設合龍段。在鋼梁拼裝過程中沿高度方向設有3層水平拉索（見表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 水平拉索技術參數(shù)表［2］

2 拉索設計

2．1 計算理論

假設拉索索長L、鋼梁兩端索孔錨板中心的幾何距離為L0、張拉端錨杯距錨墊板的距離為a，則在牽引力T作用下，其彈性伸長量為TL／EA，垂度影響的伸長量近似為因此可得：

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

2．2 拉索索力計算

2．2．1 第一層水平拉索計算方法

首先驗算200kN牽引力能否使張拉端錨頭戴帽，當滿足要求時，直接利用卷揚機牽引將拉索錨頭戴帽；當不滿足要求時，需計算出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。

第一層水平拉索計算過程為：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螺帽的長度，此時a＝－5mm，因此僅靠200kN卷揚機無法將第一層水平拉索戴帽，此時需設置張拉桿。

以200kN牽引力所對應的a1值為下限，以張拉端錨頭戴帽至設計位置的a2值為上限，采用Mathcad數(shù)值計算軟件進行區(qū)間內張拉索力的計算，分析第一層水平拉索索力變化，見表2。

表2 第一層水平拉索張拉過程索力變化一覽表

2．2．2 第二、三層水平拉索計算方法

第二、三層水平拉索在既有水平拉索上進行展開，此時需驗算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的長度跟第一層水平拉索計算方法相同；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的長度根據(jù)幾何距離確定。

第二層水平拉索計算過程為：

以適配張拉桿長度a1為下限，以張拉端錨頭戴帽至設計位置的a2為上限，采用Mathcad數(shù)值計算軟件進行區(qū)間內張拉索力的計算，分析第二、三層水平拉索索力變化，見表3。

表3 第二、三層水平拉索張拉過程索力變化一覽表

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，會使得已經(jīng)掛設的水平拉索索力增大，因此需對展索過程中已掛水平拉索的索力增大情況進行分析。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f1，再分別計算待掛水平拉索展開至已掛水平拉索的中點和完全展開2種狀態(tài)下已掛水平拉索的跨中垂度f2，取兩者的最大值。然后根據(jù)水平拉索的無應力長度為定值求出已掛設水平拉索受展索影響的索力增長量，采用Mathcad數(shù)值計算軟件進行已掛水平拉索索力增量的計算，見表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：鋼桁梁懸臂架設第8個節(jié)間后，在鋼桁梁A45HAO號節(jié)點頂部掛設第一層水平拉索；待第一層水平拉索張拉至設計噸位后，架梁吊機繼續(xù)架設鋼桁梁至第10個節(jié)間后，在A43號節(jié)點頂部掛設第二層水平拉索；待第二層水平拉索張拉至設計噸位后，架梁吊機繼續(xù)懸臂架設鋼桁梁至第12個節(jié)間后，在A41號節(jié)點頂部掛設第三層水平拉索，見圖2。

圖2 水平拉索立面布置

3．1 拉索展開

將拉索通過水路運輸至起吊位置，利用架梁吊機將索盤整體起吊至鋼桁梁上弦桿上。架梁吊機尾部吊機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］，利用另一側架梁吊機尾部卷揚機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，放索過程中須控制索盤轉速并能適時將其制動，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。架梁吊機尾部吊機提升固定端水平拉索，調整水平拉索高程位置，使其對準錨箱索孔，緩慢驅動固定端卷揚機張拉水平拉索錨頭使固定端錨頭戴帽至設計位置。固定端錨頭戴帽索力控制在200kN以內。

固定端戴帽到設計位置后，用錨頭小車將梁端錨杯牽引至要求位置，安裝夾具，將錨頭臨時打梢，安裝張拉端錨頭張拉桿I。張拉桿I的長度需滿足在臨時鎖定狀態(tài)下能戴滿一個螺帽的要求。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，千斤頂張拉應分階段加載，不得一步到位；分段值約500kN，張拉結束后的各索索力誤差值小于5%。

南京大勝關長江大橋主橋鋼桁梁已架設完成，架設過程中第三層水平拉索實測索力見表5，實測索力與計算值相關較小。

表5 第三層水平拉索實測索力值

4 結語

在京滬高速鐵路南京大勝關長江大橋主橋連續(xù)鋼桁拱雙懸臂架設中，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有效地減小了上層拉索展索過程的牽引索力，縮短了硬牽引張拉桿的長度，方便了現(xiàn)場施工。水平拉索掛索計算需考慮上層拉索展索帶來的影響，本文給出了展索工況水平拉索索力增量的計算方法。

通過實踐證明：水平拉索的索力計算準確，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。

［1］ 中鐵大橋勘測設計院有限公司．南京大勝關長江大橋108m＋192m＋2×336m＋108m連續(xù)鋼桁拱橋鋼梁施工圖［Z］．武漢：中鐵大橋勘測設計院有限公司，2007．

［2］ GB／T18365－2001斜拉橋熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索技術條件［S］．北京：中國標準出版社，2001．

［3］ 李廉錕．結構力學［M］．下冊．5版．北京：高等教育出版社，2010．

［4］ 饒華容，鄧惠斌．千米級斜拉索長索架設技術［J］．北京：中國工程科學，2009，11（3）：71－74．

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