缆索吊装扣锚系统设计与“一次张拉扣索法”施工控制技术

缆索吊装扣锚系统设计与“一次张拉扣索法”施工控制技术1引言xx河大桥为上承式钢箱桁架拱桥，净跨400m。跨径在目前同类型桥梁中，仅次于美国新河谷大桥，位居世界第二位。主跨由三片桁式拱肋组成，拱肋上下弦杆之间的中心距离为10m，上、下弦杆为1.5m(高)×1.0m(宽)的钢箱截面，内设纵向加劲肋。拱肋节段从拱脚到拱顶划分为19个节段，全桥共57个节段，最大节段吊装重量为162t，采用无支架缆索吊装斜拉扣挂法。无支架缆索吊装斜拉扣挂法[1]是目前大跨径拱桥拱肋节段吊装的主要施工方法。缆吊系统构造复杂，采用此方法必须对缆吊系统进行严格的结构受力分析，扣锚系统和扣索的施工是关键环节。扣锚系统的设置不仅受到主拱跨度、节段吊重的影响，还需考虑地形、地质等条件。扣索施工的方法较多，常需要在施工过程中反复调整扣索索力,施工难度大,拱轴线形控制繁琐,工期长。xx河大桥扣锚系统布置结合有限的地理位置，选用了科学合理的布置方式；扣索施工采用“一次张拉扣索法”，施工方便。本文以xx河特大桥拱肋吊装的成功经验为例，介绍了扣锚系统的设计组成和“一次张拉扣索法”施工技术，以供参考和研究。2xx河大桥扣锚系统设计2.1扣锚系统组成扣锚系统由扣塔、扣索、锚索及其锚固系统组成。在拱肋节段上设置扣点，在两岸交界墩和扣塔上设置扣索锚座。为平衡由于扣索张拉产生的水平力，在靠交界墩引桥侧对应拱肋扣索布置后锚索，利用引桥桥墩钢筋混凝土承台或设置岩锚锚固。前扣索与后锚索张拉端均设置在交界墩和扣塔上。2.2扣塔构造利用两岸交界墩及设置于交界墩帽梁上的三柱式门型钢结构塔架作为扣塔。钢塔塔高分别为33米和26米，上、下游塔柱距中塔柱间距均为10m。立柱采用2HW400×400热扎宽翼缘H型钢（材质为Q345-B），联结系为N型万能杆件，用节点板与H型钢栓接连接形成空间结构。H型钢分节段制作，节间采用M25.7精制螺栓栓接连接，底节与交界墩钢筋混凝土帽梁固结。扣塔上设置锚梁和锚箱，用于张拉扣挂拱肋。2.3前扣索和后锚索布置由于利用永久结构（交界墩）作为扣塔的一部分，且墩顶钢扣塔纵桥向尺寸较小，扣索钢绞线索鞍无法布置，故扣锚采用下述方式进行拱肋的扣挂施工：扣索分前扣索和后锚索，半跨拱肋设置扣锚索9组。扣索锚固端设在钢箱拱肋扣点上，后锚索锚固端设置在引桥墩承台、台身、两岸引道路基或拱座上设置的岩锚上。在扣塔顶部设置多层（层数由扣索数决定）对称张拉梁，扣锚索张拉端均设置在张拉梁的锚箱上，在张拉梁上对称张拉扣锚索调整拱肋轴线及标高。这种方案钢索不弯曲，直线张拉，受力明确。张拉端采用自锚式夹片锚，锚固端采用群锚夹片工作锚，设置退压板，并以P型挤压锚作保险。扣锚索布置示意图2.4扣索、扣点扣索由Φ15.24（）低松弛高强度钢绞线束组成，锚固端采用群锚夹片工作锚和P型挤压锚。根据拱肋悬拼施工阶段工况受力计算，确定扣索钢绞线的配置。拱肋扣点设置在拱肋上弦顶面，钢结构工厂制作时，在上弦扣点位置焊接拉板，再通过插销连接锚箱，锚箱在拱肋制造工厂加工制作，卸扣索后拆除锚箱。扣索张拉采用“一次张拉扣索法”施工。张拉端由锚梁、锚座、工作锚具及张拉机具组成。3一次张拉扣索法3.1定义解释伴一次张拉扣索芒法是指在整个貌主拱施工过程上中，芬每个节段安装使时只张拉当前溉索亚，老后续节段安装滤时不再对灿前膊索进行调整，谢最后松索成拱贱时拱肋线形达邀到设计线形。搅该方法在进行惨扣索索力计算初的时候需要考墨虑到后续节段渐安装对该节段母的影响肺。宿由于受到幻拱肋自重烈及其它因素差的影响蛾，况后续节段的安妹装将使勿前伴段拱肋逐渐下梢挠，为抵抗这袜种下挠，使拱扶肋松索成拱时赔刚好到达设计掩线形，百因此尊张拉第一阶段赠扣索时洪必须兵对第一阶段拱促肋设定预抬量锯。澡3.2矩建立仿真模型硬根据设计文件咏，大桥沿主拱肋在安装波两岸各重5造个节段后封铰狸，后续安装节府段是在拱脚固凯结的情况下进陶行。帮采用通用有限谋元软件扩ANSYS1刻0欧进行计算增[抛2只]悉。为真实模拟雨施工过程中的诸结构力学行为何，拱肋上下弦论杆、竖腹杆、厕平联杆、交叉抛腹杆均采用愤BEAM18母8禽单元模拟拱肋讲，扣索采用三鸣维桁架单元且LINK10理模拟。按照大捐桥设计图纸建饺立有限元模型舍，全桥共有梁贷单元狱1609末个，扣索单元枝280哈个。考虑拱肋叔吊装阶段拱肋令的线形和应力泻，为计算的准帅确性，主拱单蓄元均采用级beam18候8偶单元进行计算仁；同时为考虑链索的几何非线谣性对结构的影脉响，将每根扣蛙索洋平均透分为杀5鹊段需，以此来模拟昨扣索垂度的影普响并斥进行计算。咬3.线3寺躺扣索索力与节包段预抬量耗在松开缆索吊是点，将拱肋重港量完全由歉扣智索和拱脚承担卖时，拱肋在其胆自重作用下将许产生向下的位喷移量。躁该位移量由扣沾索张拉索力的县大小决定，并惩且该位移量直鱼接决定松索成懒拱后的拱肋线刚形，是施工控耗制过程中的主强要控制因素。呜通过有限元计婚算及优化分析乞，得到扣索索练力与节段预抬回量。在计算过催程中，扣索索哀力和节段预抬霜量一一对应棵[蚊3扮]秘。强拱肋抬高量计顽算中，假定拱里肋为刚体，忽填略其弹性变形躬。摩只要已知批前段扣逼点的位置，就弊能根据力学和博几何公式计算刺出跑后段扣朽点的位移，推茎导确定拱肋切商线安装的位置浮，罢在此不作讲述彼。惩3.钞4专蛾施工中光需崖考虑的锄其它运影响因素政①丛厅温度的影响污温度的变化引透起各个施工阶柳段拱肋标高的烤变化，影响最爽终的拱轴线形警，且跨径越大处,染扣索越长馆,或影响越大套[溜4眯,市5饼]吹。脑xx脱河大桥主桥拱两肋吊装时间在鼓7袍～臭10们月份，时气冬温变润化振最粪为明显棵，采用有限元倍模型模拟一次拘成拱时，丹分别氏考虑羊了元20苏℃必合龙桌和丢升温胳5碌～理20订℃晋时拱肋线形的冰变化。姨②斥窄拱肋息刚度的影响旨在施工阶段，劣拱肋在扣索索农力作用下发生仅的位移可以分春成两部分。悬贵臂状态棚下，荒在扣索索力发蝶生变化时，拱挽肋绕拱脚旋转凑，此时的拱肋吵可以认为是刚腰体擦，产生的柱位移与拱肋刚吗度无关，蚂仅蜡与扣索伸长缩符短量有直接联墓系毅，影响较为明妹显饲；门扣索索力又在亡拱肋上产绍生内力，内力看的变化也使拱旗肋发生位移，雨此时的拱肋可垮以认为是弹性柏体，此时与拱臂肋的刚度有直睁接联系炕。阅③叛误扣索长度的影芹响浆尽管不同长度怨的扣索光在相同温度影佛响滤产生鸭下掩相同的应力，免扣索伸缩相差晃也很少，兄但是施由于扣索伸缩词引起的拱肋竖瑞向位移有差异悄，由此造成拱绑肋标高的差异近。4结语喘①础走本文未对况xx军河大桥的纹扣盖锚针系统进行结构吹受力番验算薯，但实践证明魔它是成功的亡，回郑皆连院士对腹大桥拱肋的安咬装键精度体给予了充分的标肯定，值饺得盐参考。猪②蜡玻目前渴，蜡钢管混凝土拱鲜桥和钢拱桥多螺采用蛇无支架缆索吊没装斜拉扣挂法熊吊装拱肋，飞拱肋叔扣索身施工除的方法也有很层多慌,胜调“椅一次张拉扣索绸法余”白仅是其中一种梨。此方法在施唤工过程中不需脉要反复调节