论文部分内容阅读
重庆交通大学 400074
摘要：目前常见缆索吊装施工法是拱桥的施工的一种常见的方法。缆索吊装方法能够在地形复杂的山谷中，大型机械设备无法进场施工的地方进行对预制拱圈的吊装施工，然后将各预制段连接起来形成整体，最终形成主拱圈。对缆索吊装系统中的缆索进行计算。主索的计算，先假定空索和重索的跨中最大垂度，按照相应的简支梁进行计算，并进行安全系数核定。工作索的核算方法与主索的算方法一致。起重索的核算是对跑头拉力F计算及安全系数校核，再对每台起吊卷扬机容绳量及单根起吊绳长度计算，最后对起吊索引起的塔架不平衡荷载计算。牵引索复核验算，首先对最大牵引力验算，然后对牵引索安全系数验算，再对每侧牵引索长度验算，最后对牵引索作用在索塔上的外力计算。通过验算，证明缆索吊装系统中的各类索能够在施工中安全使用。对安装阶段拱箱受力和扣索受力验算。
关键词：缆索吊装；主拱圈；牵引索复核验算；拱箱受力和扣索受力验算
工程概况：
主桥为钢筋混凝土箱形拱桥，净跨径为L0=135m，净矢高为f0=22.2m，f0/L0=1/6.08，拱轴系数m=1.733。两端引桥均为2跨16m跨预制吊装简支空心板梁，下部结构桥墩采用六柱式矩形桥墩下接桩基础或扩大基础，桥台采用重力式“U”型桥台，基础为扩大基础，主拱台采用实体式。
龙门大桥位于大兴路东段起点处，跨越竹溪河（原黑水滩河），连接西侧已建成大兴路和东侧在建大兴路东段，道路等级为城市主干道I级。桥梁起始桩号为K2+863.000，终点桩号为K3+085.000，桥梁全长222m，总宽33m。桥位两侧区域路网已基本形成。西侧的大兴路、方正大道路网已通车2年，东侧大兴路东段基本施工完毕。
施工方案：
龙门大桥的最终总体施工方案采用缆索吊装施工，缆索吊装施工是无支架施工拱桥中使用最主要的方法之一，优点是所用吊装设备跨越能力大，水平和垂直运输灵活，适应性广，施工方便、安全，不仅用于单跨大、中型拱桥施工，在修建特大跨径或连续多孔的拱桥中更能显示其加快大桥建设速度、减少模板用量、降低桥梁造价等方面的优越性。其一般程序为“拱箱（肋）的预制、移运，主拱圈的吊装，拱上建筑的施工。
1.主索应力计算：
拱箱运输至跨中时主索张力最大，按此阶段控制计算。
考虑主索弯曲作用应力
其中：主索最大张力，起吊岸塔顶钢索受到的垂直作用力V较大：V=1483.231KN，钢索截面积An=5×1178.07=5890.5，钢索弹性模量：，塔顶主索滑轮数量：n=10，代入上式得到：，主索钢丝公称抗拉强度。
则考虑主索弯曲作用应力安全系数，弯曲作用应力安全系数满足要求。
考虑主索接触应力
其中钢丝直径δ=2.6mm，滑轮直径D=450mm，钢索弹性模量折减系数为，钢索直径d=56.5mm，代入上式得到：。
则考虑主索弯曲作用应力安全系数，接触作用应力安全系数满足要求。
2.牵引索复核验算
方正大道岸拱脚段就位阶段牵引力最大，此时牵引力为=225.387kN。
卷扬机有效系数为0.7，采用100kN的卷扬机做牵引。
由式子：，经验算得F=61.694KN<[70]KN。
1、牵引索拉力安全系数验算
牵引索采用φ26mm钢索（6×37+FC），钢丝公称抗拉强度为1700，破断拉力，安全系数为：，安全。
2、牵引索应力安全系数验算
钢索弹性模量折减系数为：。钢索直径d=26mm，钢丝直径δ=1.2mm，滑轮直径400mm。
接触应力为：
接触应力安全系数为应力安全系数满足要求。验算结果与计算书计算结果一致。
3结构几何模型、荷载的简化及约束处理
各分段点按照铰接考虑，使扣索与扣段形成平面静定结构。吊装过程中荷载主要为拱肋自重和风缆初张力。
考虑接头加厚及横隔板以及吊装过程中的临时荷载，拱肋自重系数取1.15，
每道风缆初张力按照50KN计入，风缆空间几何位置为与地面夹角30°，水平投影与桥轴线夹角为50°，将每段上1道风缆荷载沿桥纵向水平荷载为：
每段上一道风缆荷载沿桥竖向水平荷载投影为：
边箱拱段重量为55.23t，按一半重量作用在两岸第三段端头，每个端头作用的竖向集中荷载为：55.23/2/2=13.8075t=135.3135KN
表1 各節段扣索索力计算结果
计算状态 方正大道岸扣索索力（KN） 复兴岸扣索索力（KN）
1扣 2扣 3扣 1扣 2扣 3扣
拱角段 299.06 297.44
安装第2段 452.27 447.41 440.54 480.30
安装第3段 227.11 601.67 724.73 203.39 623.06 793.58
安装合拢段 197.01 485.02 1033.85 171.91 489.69 1128.18
4.扣索安全系数计算
扣索安全系数根据以下公式进行计算：
钢丝破断拉力总和=公称抗拉强度钢丝总断面积；
钢丝破断拉力=钢丝破断拉力总和换算系数；
安全系数K=Tp/Tmax；
其中，本桥所用钢索公称抗拉强度1700MPa，换算系数取值为0.82；
两岸1扣扣索采用239mm的麻芯钢索，39mm的麻芯钢索钢丝总断面积564.63mm2，因此，破断拉力Tp=21700564.630.82=1574.188KN，方正大道岸1扣扣索安全系数KFZ1=1574.188÷452.27=3.48。复兴岸1扣扣索安全系数KFX1=1574.188÷452.27=3.57。
两岸2扣扣索采用243mm的麻芯钢索，43mm的麻芯钢索钢丝总断面积697.08mm2，因此，破断拉力Tp=21700697.080.82=1943.459KN，方正大道岸2扣扣索安全系数KFZ2=1943.459÷601.67=3.23。复兴岸2扣扣索安全系数KFX2=1943.459÷601.67=3.12。
方正大道岸3扣扣索采用256.5mm的麻芯钢索，56.5mm的麻芯钢索钢丝总断面积1178.07 mm2，因此，破断拉力Tp=217001178.070.82=3284.459KN，方正大道岸3扣扣索安全系数KFZ3=3284.459÷1033.85=3.18。复兴大道岸3扣扣索采用260.5mm的麻芯钢索，60.5mm的麻芯钢索钢丝总断面积1366.28 mm2，因此，破断拉力Tp=217001366.280.82=3809.189KN，复兴岸3扣扣索安全系数KFX3=3809.189÷1128.18=3.38。
由以上计算可知，各扣索安全系数均满足规范安全系数大于3的要求，扣索在施工过程中能够安全使用。
结论：
近年来，随着施工技术的不断发展，拱桥施工采用无支架缆索吊装的施工方法得到了更广泛的应用。本文是以龙门大桥为依托工程，对混凝土箱型拱桥的施工控制计算以及施工控制检测，通过深入分析，得到一下几点主要结论：
1、对主索、扣索、起重索以及牵引索等主要受力构件进行了应力和变形验算，符合设计要求，为施工能顺利进行提供了保障；
本文得出的结论，有效的保证了龙门大桥在规定的施工期限内能够的顺利合拢通车。
摘要：目前常见缆索吊装施工法是拱桥的施工的一种常见的方法。缆索吊装方法能够在地形复杂的山谷中，大型机械设备无法进场施工的地方进行对预制拱圈的吊装施工，然后将各预制段连接起来形成整体，最终形成主拱圈。对缆索吊装系统中的缆索进行计算。主索的计算，先假定空索和重索的跨中最大垂度，按照相应的简支梁进行计算，并进行安全系数核定。工作索的核算方法与主索的算方法一致。起重索的核算是对跑头拉力F计算及安全系数校核，再对每台起吊卷扬机容绳量及单根起吊绳长度计算，最后对起吊索引起的塔架不平衡荷载计算。牵引索复核验算，首先对最大牵引力验算，然后对牵引索安全系数验算，再对每侧牵引索长度验算，最后对牵引索作用在索塔上的外力计算。通过验算，证明缆索吊装系统中的各类索能够在施工中安全使用。对安装阶段拱箱受力和扣索受力验算。
关键词：缆索吊装；主拱圈；牵引索复核验算；拱箱受力和扣索受力验算
工程概况：
主桥为钢筋混凝土箱形拱桥，净跨径为L0=135m，净矢高为f0=22.2m，f0/L0=1/6.08，拱轴系数m=1.733。两端引桥均为2跨16m跨预制吊装简支空心板梁，下部结构桥墩采用六柱式矩形桥墩下接桩基础或扩大基础，桥台采用重力式“U”型桥台，基础为扩大基础，主拱台采用实体式。
龙门大桥位于大兴路东段起点处，跨越竹溪河（原黑水滩河），连接西侧已建成大兴路和东侧在建大兴路东段，道路等级为城市主干道I级。桥梁起始桩号为K2+863.000，终点桩号为K3+085.000，桥梁全长222m，总宽33m。桥位两侧区域路网已基本形成。西侧的大兴路、方正大道路网已通车2年，东侧大兴路东段基本施工完毕。
施工方案：
龙门大桥的最终总体施工方案采用缆索吊装施工，缆索吊装施工是无支架施工拱桥中使用最主要的方法之一，优点是所用吊装设备跨越能力大，水平和垂直运输灵活，适应性广，施工方便、安全，不仅用于单跨大、中型拱桥施工，在修建特大跨径或连续多孔的拱桥中更能显示其加快大桥建设速度、减少模板用量、降低桥梁造价等方面的优越性。其一般程序为“拱箱（肋）的预制、移运，主拱圈的吊装，拱上建筑的施工。
1.主索应力计算：
拱箱运输至跨中时主索张力最大，按此阶段控制计算。
考虑主索弯曲作用应力
其中：主索最大张力，起吊岸塔顶钢索受到的垂直作用力V较大：V=1483.231KN，钢索截面积An=5×1178.07=5890.5，钢索弹性模量：，塔顶主索滑轮数量：n=10，代入上式得到：，主索钢丝公称抗拉强度。
则考虑主索弯曲作用应力安全系数，弯曲作用应力安全系数满足要求。
考虑主索接触应力
其中钢丝直径δ=2.6mm，滑轮直径D=450mm，钢索弹性模量折减系数为，钢索直径d=56.5mm，代入上式得到：。
则考虑主索弯曲作用应力安全系数，接触作用应力安全系数满足要求。
2.牵引索复核验算
方正大道岸拱脚段就位阶段牵引力最大，此时牵引力为=225.387kN。
卷扬机有效系数为0.7，采用100kN的卷扬机做牵引。
由式子：，经验算得F=61.694KN<[70]KN。
1、牵引索拉力安全系数验算
牵引索采用φ26mm钢索（6×37+FC），钢丝公称抗拉强度为1700，破断拉力，安全系数为：，安全。
2、牵引索应力安全系数验算
钢索弹性模量折减系数为：。钢索直径d=26mm，钢丝直径δ=1.2mm，滑轮直径400mm。
接触应力为：
接触应力安全系数为应力安全系数满足要求。验算结果与计算书计算结果一致。
3结构几何模型、荷载的简化及约束处理
各分段点按照铰接考虑，使扣索与扣段形成平面静定结构。吊装过程中荷载主要为拱肋自重和风缆初张力。
考虑接头加厚及横隔板以及吊装过程中的临时荷载，拱肋自重系数取1.15，
每道风缆初张力按照50KN计入，风缆空间几何位置为与地面夹角30°，水平投影与桥轴线夹角为50°，将每段上1道风缆荷载沿桥纵向水平荷载为：
每段上一道风缆荷载沿桥竖向水平荷载投影为：
边箱拱段重量为55.23t，按一半重量作用在两岸第三段端头，每个端头作用的竖向集中荷载为：55.23/2/2=13.8075t=135.3135KN
表1 各節段扣索索力计算结果
计算状态 方正大道岸扣索索力（KN） 复兴岸扣索索力（KN）
1扣 2扣 3扣 1扣 2扣 3扣
拱角段 299.06 297.44
安装第2段 452.27 447.41 440.54 480.30
安装第3段 227.11 601.67 724.73 203.39 623.06 793.58
安装合拢段 197.01 485.02 1033.85 171.91 489.69 1128.18
4.扣索安全系数计算
扣索安全系数根据以下公式进行计算：
钢丝破断拉力总和=公称抗拉强度钢丝总断面积；
钢丝破断拉力=钢丝破断拉力总和换算系数；
安全系数K=Tp/Tmax；
其中，本桥所用钢索公称抗拉强度1700MPa，换算系数取值为0.82；
两岸1扣扣索采用239mm的麻芯钢索，39mm的麻芯钢索钢丝总断面积564.63mm2，因此，破断拉力Tp=21700564.630.82=1574.188KN，方正大道岸1扣扣索安全系数KFZ1=1574.188÷452.27=3.48。复兴岸1扣扣索安全系数KFX1=1574.188÷452.27=3.57。
两岸2扣扣索采用243mm的麻芯钢索，43mm的麻芯钢索钢丝总断面积697.08mm2，因此，破断拉力Tp=21700697.080.82=1943.459KN，方正大道岸2扣扣索安全系数KFZ2=1943.459÷601.67=3.23。复兴岸2扣扣索安全系数KFX2=1943.459÷601.67=3.12。
方正大道岸3扣扣索采用256.5mm的麻芯钢索，56.5mm的麻芯钢索钢丝总断面积1178.07 mm2，因此，破断拉力Tp=217001178.070.82=3284.459KN，方正大道岸3扣扣索安全系数KFZ3=3284.459÷1033.85=3.18。复兴大道岸3扣扣索采用260.5mm的麻芯钢索，60.5mm的麻芯钢索钢丝总断面积1366.28 mm2，因此，破断拉力Tp=217001366.280.82=3809.189KN，复兴岸3扣扣索安全系数KFX3=3809.189÷1128.18=3.38。
由以上计算可知，各扣索安全系数均满足规范安全系数大于3的要求，扣索在施工过程中能够安全使用。
结论：
近年来，随着施工技术的不断发展，拱桥施工采用无支架缆索吊装的施工方法得到了更广泛的应用。本文是以龙门大桥为依托工程，对混凝土箱型拱桥的施工控制计算以及施工控制检测，通过深入分析，得到一下几点主要结论：
1、对主索、扣索、起重索以及牵引索等主要受力构件进行了应力和变形验算，符合设计要求，为施工能顺利进行提供了保障；
本文得出的结论，有效的保证了龙门大桥在规定的施工期限内能够的顺利合拢通车。