受限空間塔頂貓道承重繩轉(zhuǎn)索鞍的設(shè)計(jì)

李清培，王小祎，周詠凱

（四川路橋華東建設(shè)有限責(zé)任公司 四川 成都 610200）

0 引言

貓道是懸索橋施工過程中最重要的臨時(shí)設(shè)施之一。作為懸索橋上部構(gòu)造施工最重要的高空工作通道和臨時(shí)作業(yè)場(chǎng)地,在整個(gè)上部結(jié)構(gòu)施工期間，貓道是索股牽引、索股調(diào)整、主纜緊固、索夾及吊索安裝、鋼桁梁吊裝、主纜纏絲防護(hù)等施工的作業(yè)平臺(tái)[1]。

三跨連續(xù)式貓道的特點(diǎn)是在塔頂處設(shè)轉(zhuǎn)索鞍，相對(duì)于三跨分離式貓道具有明顯的優(yōu)勢(shì)。一是減少了塔頂預(yù)埋件的數(shù)量，對(duì)塔頂原有構(gòu)造的影響很少。二是縮小了貓道承重繩在塔頂?shù)乃搅Σ睿阌谡麄€(gè)貓道線形的調(diào)整，線形調(diào)節(jié)裝置數(shù)量可以減少。三是在貓道改吊后能較好的保持線形，和主纜基本保持等間距，便于施工[2-3]。

1 工程背景

湖北省白洋長(zhǎng)江公路大橋是宜昌至張家界公路在湖北省宜昌市境內(nèi)跨越長(zhǎng)江的通道。宜張高速公路宜昌段是湖北省“753”骨架公路網(wǎng)中規(guī)劃縱6線——鄖縣至五峰高速公路的重要組成部分[4]。主橋?yàn)橹骺? 000 m的單跨懸索橋，跨江主橋主纜跨度布置為276 m+1 000 m+296.5 m。大橋橋型布置圖見圖1。

該項(xiàng)目橋跨布置為271.45 m+1 000 m+264.62 m，主纜安裝矢度為100.476 1 m，中跨主纜中心間距為36 m，錨碇處主纜中心間距為45 m。在左右幅對(duì)應(yīng)的主纜中心線下方各設(shè)置一幅貓道，貓道線型與主纜安裝線型一致。結(jié)合項(xiàng)目自身情況，選用三跨連續(xù)式貓道系統(tǒng)。貓道總體布置圖見圖2。白洋岸與宜都岸貓道面層距主纜中線的設(shè)計(jì)距離為1.7 m（鉛錘方向），中跨貓道面層距主纜中心線設(shè)計(jì)間距為1.5 m，貓道設(shè)計(jì)寬度為4 m。

1 塔頂轉(zhuǎn)索鞍的設(shè)計(jì)

1.1 塔頂布置方案比選

該橋主塔塔頂尺寸為5.5 m×7.62 m。主塔門架立柱底部為箱形，尺寸為90 cm×72 cm。塔頂主索鞍底座寬度為3.82 m，塔頂橫向單側(cè)剩余寬度為84 cm。要將主塔門架與塔頂同時(shí)布置在84 cm寬度范圍內(nèi)，顯然是不可能的，因此，以下提出三種方案進(jìn)行比選，具體見表1。

通過對(duì)塔頂布置方案進(jìn)行研究和比選，充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和條件，擬選用方案三進(jìn)行轉(zhuǎn)索鞍的設(shè)計(jì)。

2.2 轉(zhuǎn)索鞍的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)索鞍是貓道承重繩在塔頂?shù)霓D(zhuǎn)向裝置，是三跨連續(xù)是貓道的重要組成部分，主要承受貓道承重繩傳遞的豎向荷載和不平衡水平力。轉(zhuǎn)索鞍包括上、下夾具，鞍體，連接梁以及預(yù)埋件組成，如圖4所示。

圖1 湖北省白洋長(zhǎng)江公路大橋橋型布置圖（單位：cm）

圖2 貓道總體布置圖（單位：cm）

表1 塔頂布置方案比選表

圖3 三方案布置圖

上、下夾具是固定貓道承重繩的裝置，上、下夾具間采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，通過對(duì)高強(qiáng)螺栓施加預(yù)緊力，以滿足貓道承重繩的錨固受力需要。

鞍體為鋼板焊接的成的箱形結(jié)構(gòu)，包括頂板、底板、腹板以及加勁板。上、下夾具直接焊接于頂板上，底板通過預(yù)埋件錨固于塔頂混凝土上。

轉(zhuǎn)索鞍順橋向沿塔頂中心線對(duì)稱布置，為減少轉(zhuǎn)索鞍不平衡水平力，在轉(zhuǎn)索鞍中間設(shè)計(jì)連接梁，連接梁由鋼板焊接而成。

圖4 轉(zhuǎn)索鞍構(gòu)造圖

2.3 轉(zhuǎn)索鞍制造與施工

塔頂轉(zhuǎn)索鞍應(yīng)分段加工，轉(zhuǎn)索鞍預(yù)埋件安裝應(yīng)先于塔頂索鞍鞍體吊裝,以確?，F(xiàn)場(chǎng)焊縫質(zhì)量，預(yù)埋件安裝位置應(yīng)精確，嚴(yán)禁占用主索鞍安裝位置；下夾具橫橋向位置需精確定位。

所有焊縫均采用E5016焊條施焊，施工時(shí)嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量。

轉(zhuǎn)索鞍鞍體與下夾具在加工廠加工成整體運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，通過塔吊吊裝至塔頂安裝。

為確保塔頂轉(zhuǎn)索鞍的順利安裝，塔頂轉(zhuǎn)索預(yù)埋時(shí)，先進(jìn)行預(yù)埋定位板及預(yù)埋螺栓的施工，隨后將其余構(gòu)件焊接于預(yù)埋定位板上。

3 塔頂轉(zhuǎn)索鞍的計(jì)算分析

3.1 模型建立

在整個(gè)施工過程中，貓道承重繩與轉(zhuǎn)索鞍的接觸關(guān)系具有幾何非線性特征，并涉及摩擦問題，對(duì)這一過程的分析比較復(fù)雜，且通過建模分析也比較耗時(shí)。因此，這里對(duì)轉(zhuǎn)索鞍受力進(jìn)行簡(jiǎn)化，將貓道承重繩的張力簡(jiǎn)化為壓力，作用在轉(zhuǎn)索鞍下夾板上。

3.2 荷載分析

轉(zhuǎn)索鞍是貓道承重繩在塔頂?shù)霓D(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，主要承受來自貓道承重繩的張力以及自重。轉(zhuǎn)索鞍均為鋼結(jié)構(gòu)，自重按7.85 kN/m3計(jì)算。根據(jù)貓道設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，貓道承重繩的張力最大為2 650 kN，中跨貓道承重繩豎向角度約60°，單個(gè)塔頂轉(zhuǎn)索鞍承受豎向荷載為1 325 kN，不平衡水平力824.96 kN。

3.3 結(jié)果分析

采用Midas Fea建立塔頂轉(zhuǎn)索鞍實(shí)體分析模型，邊界條件根據(jù)實(shí)際對(duì)錨桿孔進(jìn)行固結(jié)，荷載以壓力荷載形式施加于轉(zhuǎn)索鞍上。計(jì)算結(jié)果見圖5、圖6所示。

圖5 索鞍位移圖

圖6轉(zhuǎn)索鞍等效應(yīng)力圖

圖5 為轉(zhuǎn)索鞍位移圖，從圖中可以得出。轉(zhuǎn)索鞍最大位移為0.69 mm，最大位移點(diǎn)位于轉(zhuǎn)索鞍頂部。圖6為轉(zhuǎn)索鞍等效應(yīng)力圖，從圖中可以得出，轉(zhuǎn)索鞍最大等效應(yīng)力為152.3 MPa。

5 結(jié)語

轉(zhuǎn)索鞍是形成三跨連續(xù)式貓道的重要構(gòu)件，由于塔頂空間受限，本文介紹了三個(gè)塔頂布置方案并進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為方案三最合適。在方案三中將轉(zhuǎn)索鞍加高并向內(nèi)懸挑，與主塔門架交叉布置。經(jīng)過分析計(jì)算，轉(zhuǎn)索鞍能夠滿足受力要求。因此，塔頂轉(zhuǎn)索鞍的這種方式可行。