人行悬索桥工程设计与施工探析_惠康.pdf
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1、人行悬索桥工程设计与施工探析惠 康(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司,新疆 乌鲁木齐 830000)摘 要为探究大跨度人行悬索桥的可实现性,文中以阿尔塔什水利枢纽工程为背景,以库区淹没复建的人行悬索桥设计为基础,结合悬索桥在施工过程中的施工方案,采用平行钢丝束与钢丝绳的结合进行设计,对缆索系统及桥面系结构的施工进行分析,得出了大跨径人行悬索桥复杂缆索系统的可实现性。研究成果可为后续大跨径人行悬索桥的设计提供理论参考。关键词悬索桥;缆索系统;索桥设计;索桥施工中图分类号 U448.25文献标识码B文章编号 10020624(2023)040008041 概 述麦孜盖牧道桥工程的作用为阿尔塔
2、什水利枢纽工程正常蓄水后,以悬索桥方式横跨叶尔羌河,承担着库斯拉甫乡麦孜盖牧场交通出行的任务,工程使用标准为仅供人畜通行,提供农牧民放牧通行的交通通道,需满足羊群、人、摩托车通行,设计荷载采用人群荷载3.5 kN/m2。麦孜盖牧道桥采用单跨双铰悬索桥,主跨度328.00 m,主缆计算矢跨比1/15,矢高21.87 m。左右岸均采用重力式锚碇,上下游主缆中心距1.85 m,桥面净宽1.80 m,吊索纵向间距2.00 m;设计基本风速为34.7 m/s,主梁设置半径为14 000.00 m的竖曲线,项目按照地震动峰值加速度为0.20 g,地震基本烈度为度进行设计。以往的人行悬索桥设计一般采用钢丝绳
3、缆索系统或钢绞线缆索系统,该工程采用钢丝绳主索与钢丝绳吊索结合设计1,2,通过前期方案比选3,确定桥位设计后,经三维建模分析计算4,最终以平行钢丝束作为主缆结构,钢丝绳作为吊索及抗风缆结构进行设计,配合钢结构桥面结构满足荷载需求,实现桥梁功能。由于该项目桥梁跨径较大,缆索系统采用两种材料结合形式,缆索系统的施工方案直接影响桥梁整体结构。因此,该工程以现有大跨径人行悬索桥的设计为参考5-7,结合大型荷载悬索桥施工方案8-10,采用牵引架设方式,通过牵引系统、主缆架设系统,结合猫道(悬索桥施工时架设在主缆之下、平行于主缆的线形临时施工便道)作为独立的工作系统,实现设计方案的缆索系统架设,通过设计与
4、施工综合分析为后续人行悬索桥复杂缆索系统设计的可行性提供实践参考依据。2 桥梁设计概况2.1 缆索系统设计1)主缆该桥设计主缆由7股平行钢丝成品索编制而成,每股成品索由61丝5.1 mm镀锌高强钢丝组成,缆索标准强度为1 670 MPa,弹性模量为2.0105MPa,主缆间距1.85 m;主缆空隙率指标为索夹处取18%。主缆采用冷铸锚锚固体系,冷铸锚头现场铸造,主缆至锚固点后,设计呈辐射形散开,每根主缆分成7股,分别锚固在重力式锚碇内。2)吊索规划设计东北水利水电2023年第4期 8DOI:10.14124/ki.dbslsd22-1097.2023.04.016全桥吊索间距为 2.00 m,
5、采用直径为 24 mm的钢丝绳。通过铸钢材质索夹与主缆相连,吊索与索夹采用销接式对应连接;为更好地将主缆与吊索结合,形成整体受力结构,解决吊索受力大小及索夹处主缆倾斜角不同的问题,采用不同的索夹类型,通过调节索夹的角度、长度及对接螺栓数量进行连接。3)抗风缆抗风主索直径为144 mm钢丝绳,抗风拉索采用36 mm钢丝绳,钢丝绳标准抗拉强度均为1 770 MPa。抗风索通过钢结构连接板与桥面系结构相接,抗风索通过桥位左右岸上下游侧的抗风锚碇锚固,采用C30混凝土结构。2.2 桥面系设计为实现羊群通行的使用功能,该项目桥面系由工字钢横梁、工字钢纵梁与花纹钢板焊接拼装连接组成,为降低桥面整体施工难度
6、,结合吊索布置形式,采用桥面板结构段设计的方式,拼装构成桥面整体。2.3 锚碇索塔设计为将缆索系统受力与地基结合,设计采用索塔结构作为主缆的支点,通过主锚碇作为承重结构,以抗风锚碇锚固抗风缆索系统。主塔设计采用高 26.00 m 拱门型框架结构,C40钢筋混凝土材料;为避免主塔承受偏心荷载,增加整体稳定性,塔柱由底部到顶部为直立等截面,并在主塔中部和上部分别设矩形下横梁和上横梁。主锚碇作为桥梁整体结构受力系统,将主缆所受拉力传递给地基基础,在两岸采用C30钢筋混凝土结构的重力式锚碇,通过锚固连接件将主缆固定在主锚碇内部,预应力操作室待预应力张拉完毕并灌浆后用片石混凝土封填。抗风缆索系统的受力结
7、构充分利用桥址地形,采用C30钢筋混凝土结构抗风锚桩形式,将抗风缆固定在锚桩内,并置于坚硬岩体内。索桥纵面设计如图 1所示。3 施工准备为实现桥梁缆索系统牵引,提供缆索系统的施工平台,在已浇筑完成的索塔顶部安装索鞍,通过架设猫道的方式实现牵引功能。3.1 牵引系统为方便材料运输和主缆安装,两侧索塔之间架设简易索道和往复牵引系统。往复牵引系统安装通过架设1根导绳跨越叶尔羌河,经对岸的转向装置后,牵引回到起始端,以绞盘将导绳收盘,既而通过绞盘与导绳完成牵引钢丝绳安装,通过绞盘把牵引钢丝绳预紧。完成往复牵引系统安装后,将卷扬机与牵引钢丝绳结合,通过卷扬机提供牵引力,调整钢丝绳高度作为媒介,安装在两侧
8、索塔上,用于两岸之间的货物运输和主缆牵引工作。3.2 猫道架设为实现缆索系统安装,简化施工工序,采用无风缆体系猫道贯穿缆索系统安装的始终。该项目施工采用单个猫道宽 3.50 m,整体线性跟主缆线性相同,为便于缆索系统安装,猫道高程比主缆低1.20 m。猫道由承重索、扶手索、猫道面层、抗风制振索、锚固体系、调整装置等组成,为保证猫道结构安全,通过9根钢丝绳组成承重结构,猫道面网的底层用孔眼50 mm50 mm的大方眼焊接钢图1 麦孜盖牧道桥纵断面设计图328 m1 858.4 m1 834.5 m路冠1 858.4 m吊索主缆正常蓄水位1 820 m抗风主索抗风主索21.87 m2 m抗风锚锭抗
9、风锚锭CQ4alQ4al15.1915.197080NW607070-80NW45-70290NE6070280SW258510.52023年第4期东北水利水电规划设计 9丝网,以增加面层刚度。通过安装扶手、托辊、防滑条及主跨锚端承重索限高门架等措施,确保施工过程中的人员通行安全。3.3 主缆架设系统为配合大型缆索系统的架设,实现设计意图,通过动力锁盘、牵引卷扬机、循环卷扬机、辊轮、塔顶支架的结合,实现整体架设及线型定位。放索盘作为动力索盘,有放索和制动作用,当牵引主缆索股时,通过索盘转动放索,使索盘不用承受较大拉力。为解决主缆索股较长、牵引过猫道的托轮和索鞍处的辊轮摩擦力较大等难题,通过可调
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