澧水特大橋主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架一體化設(shè)計(jì)及施工

龔 毅

（湖南省高速公路管理局，湖南 長(zhǎng)沙410000）

1 工程概況

澧水特大橋?yàn)閺埣医缰粱ㄔ咚俟飞系囊蛔卮笮蜆蛄海靥帍埣医缬蓝▍^(qū)與湘西自治州永順縣的交界處，橫跨澧水河峽谷，谷頂寬約420m，谷底寬約50m，谷頂與谷底高差達(dá)280m 左右。該橋總體布置如圖1所示。

圖1 澧水特大橋總體布置圖（單位：cm）

澧水特大橋主橋采用單跨簡(jiǎn)支鋼桁架懸索橋，主纜跨徑為（200+856+190）m。

2 主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架一體化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

澧水特大橋主索鞍鞍體的制作和吊裝分塊進(jìn)行，吊至塔頂后采用高強(qiáng)螺栓連接，其最大吊裝重量為48.3t，安裝高度超過(guò)120m，故采取在索塔塔柱頂面設(shè)置吊裝門架的方式進(jìn)行吊裝；鋼桁梁采用纜索吊機(jī)安裝，纜索吊承重繩線形根據(jù)大橋主纜矢跨比確定，需在索塔頂設(shè)置纜索吊承重繩支撐塔架。

澧水特大橋的索塔塔柱頂結(jié)構(gòu)尺寸為：5.5m×8.8m，施工空間非常狹小，為確保結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)方便施工，施工時(shí)將主索鞍吊裝門架和后期鋼桁梁纜索吊裝系統(tǒng)支撐塔架一并綜合考慮，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。

2.2 主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架設(shè)計(jì)

2.2.1 主索鞍吊裝門架[1-2]

主索鞍吊裝門架考慮單次最大吊裝重量48.3t，設(shè)計(jì)為門式桁架結(jié)構(gòu)，上弦桿、立柱、斜撐采用HW400×400型鋼，下弦桿和腹桿采用[28型鋼。門架設(shè)計(jì)起吊高度為8.15m，計(jì)算跨徑為4.85m，上弦桿長(zhǎng)18.7m，前端懸臂長(zhǎng)8.6m，后端懸壁長(zhǎng)3.5m，立柱間距為3.3m，通過(guò)立柱底座固定在索塔塔柱頂面上，具體構(gòu)造如圖2所示。

圖2 主索鞍吊裝門架構(gòu)造圖（單位：mm）

2.2.2 纜索吊塔架

塔架采取塔上矮塔的方案，為獨(dú)立的空間體系，每個(gè)塔架采用4 根HW400×400 的型鋼作為立柱，橫桿采用HW400×400 的型鋼，斜撐采用[28 的槽鋼組成的空間格構(gòu)體系，支撐在主塔塔頂和側(cè)面上，塔架總高為12m（含纜索吊系統(tǒng)索鞍）。

纜索吊塔架的具體構(gòu)造如圖3所示。

2.2.3 一體化設(shè)計(jì)

由于澧水特大橋的索塔塔柱頂面空間有限，纜索吊塔架安裝時(shí)，主索鞍吊裝門架尚不能拆除。吊裝門架和支撐塔架在位置上沖突，安裝時(shí)間上不能錯(cuò)開，單獨(dú)設(shè)計(jì)顯然不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。因此，設(shè)計(jì)時(shí)考慮纜索吊塔架和主索鞍吊裝門架一體化，有效解決兩構(gòu)件的位置沖突問(wèn)題，便于施工的同時(shí)又減少了材料的用量，且增加了塔架的整體穩(wěn)定性。

主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架一體化結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.3.1 主索鞍吊裝門架計(jì)算

主索鞍吊裝門架采用Midas 程序計(jì)算[3]。立柱、斜桿、腹桿采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，計(jì)算模型如圖5 所示。材料選用Q235，參數(shù)的取值如下：彈性模量E=2.1×105MPa，密度ρ=7.85×103kg/m3，泊松比μ=0.3[4]。

圖5 門架有限元模型圖

門架吊裝主索鞍及起吊系統(tǒng)總量（考慮沖擊系數(shù)）按照80t考慮。按照集中力施加，考慮到起吊系統(tǒng)的移動(dòng)，共計(jì)算8個(gè)工況，從右到左依次為工況1～工況8（見圖6）。

圖6 門架荷載工況示意圖

通過(guò)計(jì)算得出各工況的應(yīng)力值（見表1）。其中工況1為最不利工況，桿件受到的最大應(yīng)力值為88.9 MPa，工況1應(yīng)力如圖7所示。

表1 主索鞍門架計(jì)算結(jié)果匯總表

根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 025—1986）[3]，Q235鋼材容許應(yīng)力為140MPa。從表1 可以看出，主索鞍吊裝門架應(yīng)力滿足要求，結(jié)構(gòu)安全可靠。

2.3.2 纜索吊塔架計(jì)算

塔架計(jì)算采用Midas程序。立柱、斜桿、腹桿采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，計(jì)算模型如圖8所示。材料選用Q235，參數(shù)的取值如下：彈性模量E=2.1×105MPa，密度ρ=7.85×103kg/m3，泊松比μ=0.3。

圖8 塔架有限元模型圖

模型中施加的荷載為結(jié)構(gòu)自重及纜索傳遞給索鞍的力，最大水平力H＝50.3t，最大豎向力V＝339.6t，按照集中力施加（如圖9所示）。

圖9 塔架加載示意圖

塔架各桿件的應(yīng)力如圖10 所示。圖中壓應(yīng)力為負(fù)，拉應(yīng)力為正。根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 025—1986），Q235 鋼材容許應(yīng)力為140MPa。從圖10可以看出，門架應(yīng)力滿足要求。

圖10 塔架應(yīng)力圖

3 主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架施工

主索鞍吊裝門架和纜索吊塔架均采用塔吊從下往上依次安裝。為減少塔頂焊接量，可根據(jù)吊裝設(shè)備參數(shù)，考慮在加工場(chǎng)區(qū)進(jìn)行門架片體焊接施工，在塔頂完成組裝焊接。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度情況，主索鞍吊裝時(shí)，僅需完成門架部分桿件安裝，如圖11所示。

纜索吊系統(tǒng)安裝時(shí)，在主索鞍吊裝門架的基礎(chǔ)上安裝纜索吊塔架部分桿件，并在連接處栓接或焊接牢固，如圖12所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以澧水特大橋施工為例，介紹了在索塔頂狹小空間內(nèi)同時(shí)考慮兩大吊裝門架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工，并采用Midas Civil軟件對(duì)結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行建模復(fù)核驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)方便了施工、節(jié)約了材料、縮短了工期，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果，可供同類型橋梁工程技術(shù)人員參考。

[1] 喻勝剛，沈良成，牛亞洲.潤(rùn)揚(yáng)大橋懸索橋索鞍吊裝施工技術(shù)[J].橋梁建設(shè)，2004（4）：21-24.

[2] 蔣劍虹.自錨式懸索橋主索鞍分塊及吊裝施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2009（10）：10-13.

[3] 葛俊穎. 橋梁工程軟件Midas Civil 使用指南[M]. 北京：人民交通出版社，2013.

[4] JTJ 025—1986，公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].