223及扣挂法.docx
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223及扣挂法
附件1:
缆索吊机及扣挂法施工拱桥实例
1.1武汉江汉三桥
1.工程概况
⑴武汉市江汉三桥主桥系净跨280m下承式钢管混凝土桁架系杆无铰拱桥，桥梁全长302.926m，计算跨径Lp=283.58m。
主拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.543，净矢跨比F0/L0=1/5。
⑵主拱由两条拱肋组成，两条拱肋由11道横撑联成整体。
拱肋为等截面钢管混凝土桁架，桁架高5.5m（外一外，下同），宽2.4m。
每条拱肋沿轴线方向对称划分成11节段，共22节段，连同的11道横撑划分为3节段（吊装段）。
⑶拱肋桁架由四根弦杆、腹杆、横联及上下缀板组成。
弦杆为φ1000×12mm钢管，腹杆有斜杆与竖杆两种，斜杆为φ400×10mm钢管，竖杆为φ219×10mm钢管。
腹杆中受压斜杆和竖杆设有横联剪刀撑，剪刀掌为∠70×70×6mm角钢构成。
腹杆位于竖直平面内，与上下弦杆焊连。
弦杆在横向通过上下缀板相联，形成曲面，缀板为◇774×10mm钢板。
钢管桁架横撑除拱顶为H型外，其余为K型。
横撑弦杆为φ680×12mm钢管，腹杆为φ350×10mm钢管。
⑷拱肋节段接头连接型式采用螺栓联结和焊接并用，现场吊装时先期进行螺栓连结，安装合龙后再予以焊接。
合龙侧面接头（第V段与第Ⅵ段，第Ⅵ段与第Ⅶ段）为φ24高强度螺栓和φ27普通螺栓栓接，每个接头需64个高强螺栓（预留80个孔眼）全桥共256个高强螺栓，每接头需φ24普通螺栓80个，全桥共320个，其余接头（非合龙段接头）为φ24粗制六角螺栓连接，每接头需螺栓112个，全桥共1792个螺栓。
拱肋桁架在拱顶截面弦管及缀板内设计有隔仓结构。
钢管桁架拱肋材质为16Mn钢，总重量约1400t。
2.主要施工方案
⑴钢管桁架主拱安装设计采用缆索吊机吊装、斜拉扣挂悬臂施工。
详见武汉江汉三桥60t缆索吊机总布置图
（一）、
（二）。
⑵钢管桁架节段由武昌造船厂加工制造。
制造好的桁架节段成品，经工厂预拼达到设计和规范要求的技术标准后，分段装船，由武昌造船厂的船台下水，从水路运输抵达桥址处缆索吊机吊点下面，由缆索吊机吊起于空中对接拼装并拉好扣索后松钩，两岸对称进行直至合龙。
拼装时须认真监测、控制塔架不平衡水平力及两岸拱座（承台）顶的水平位移，以确保施工及结构安全。
临时系杆共两束，上、下游各1束，为19一7φ5钢绞线束，由永久正式系杆束充当。
⑶拱肋吊装施工，因其系高空和水上作业，且拱肋节段弦管端面为多管面（4根钢管弦杆），拱轴精度标准高，对接安装又受到水域封航时间（4小时以内）的限制，所以，施工难度大，技术要求高。
同时，施工又属多工种、多部门的联合作业，涉及到方方面面，牵涉到各个环节，不利因素太多，困难很大。
因此，现场务必严密组织，精心布置，严格按施工设计图、施工工艺及施工规范的要求进行操作，确保钢管拱吊装施工万无一失。
1.2重庆菜园坝长江大桥
1.工程概况
重庆菜园坝长江大桥正桥主桥采用刚构与提篮式钢箱系杆拱、钢桁梁的组合结构。
主桥全长800m，其中系杆拱桥主跨420m，对称布置的边跨和侧跨分别为102m及88m。
主桥设公路六线行车道、双线城市轻轨、双侧人行道。
六车道及双侧人行道设在钢桁梁上弦平面，双线轻轨设在主桥桁梁下弦平面的横梁上，构成双层特大公轨两用桥。
桥式布置见图一。
钢桁梁梁高11.2m，标准节段长16m（节段重量230～350t），顶宽42.6~39.8m，底宽13m。
提篮式钢箱拱采用封闭式钢箱，宽2.4m，高4m，标准节段水平投影长16m（节段最大重量91.6t）；钢箱拱每4m设一道横隔板；全桥设六道钢箱横撑。
该桥的上部结构包括钢桁梁和钢箱提篮拱全部采用缆索吊机整节段吊装安装，其中钢箱拱为单榀安装。
2.缆索吊机总体设计
缆索吊主跨420m，载重量420t，塔架采用扣索塔底固结，缆索塔架铰接在扣索塔架上，其中扣索塔塔高126m，缆索吊塔高26m，塔架横向净距41m。
设有两组主索，每组主索由12φ60钢丝绳组成，两组主索间距34m，为固定式，施工期间不横移。
缆索吊机总体布置见重庆菜园坝长江大桥420t缆索吊机总体布置图。
3.缆索吊分项设计
⑴锚碇设计
①锚碇基础采用桩基础
北锚主索和后缆风在锚碇上引起上拔力5180kN，水平推力9350kN。
南锚主索和后缆风在锚碇上引起上拔力6260kN，水平推力9880kN。
北锚基础为9根φ1.5m桩基，南锚基础为5根φ2.0m桩基。
②北锚和主索连接形式：
热铸锚，通过锚箱和锚梁拉板铰接；
锚梁和锚碇的锚固：
15束9孔预应力钢绞线，预拉力1140kN，等强连接、封锚、防松锚具，根部用P锚。
③南锚：
主索和后风缆通过锚箱和锚杆连接锚碇上。
主索索力调整均在南锚进行，其中初张力采用一台卷扬机和5门滑车组拖拉主索来完成，精确调整通过两台60t千斤顶张拉主索端头精轧螺纹钢筋来实现。
⑵扣索塔架及其缆风系统
塔架单根立柱竖向力P约39000kN，扣塔顶的水平力合计约为：
H=200kN。
扣塔由万能杆件拼装，底部固结于主墩和中横梁上，塔架按压弯构件来算。
经计算和考虑主墩及中横梁的尺寸，确定单根立柱为横桥向宽度6m，纵桥向宽度7.68m。
扣塔高度126m，两道横联，上横联高12m，中横联高6m。
两立柱中心距离47m，净距41m。
①由于塔架承受近39000kN竖向力，且底部固结，因此需严格限定塔顶偏位，控制扣塔塔顶允许位移10cm。
在塔架底部固结，上端自由的工况下，单位力作用下塔顶位移为1147cm/kN。
由于塔架很高，且为万能杆件，非弹性的因素较大，因此在配备扣塔缆风时，不考虑塔架承受的水平力，即水平力全由缆风承担。
②缆风配置。
扣塔缆风对塔顶提拱较大的刚度约束，因此选取用钢绞线。
为减少水流冲击的影响，充分利用主体结构，减小工程量，将后缆风布置在Y构后悬臂的墩顶块上，前缆风设在对岸的主墩上，见图一。
根据计算结果，综合比较，选用2-11φ15.24钢绞线作为扣塔后缆风，前缆风选用2φ48钢丝绳；初张水平力2x450kN，在塔顶变位10cm时，由前后缆风提供的水平力增量为345.4kN（不计塔架刚度）；可抵抗塔顶不平衡集中力432.6kN（计入塔架刚度）；
单柱后缆风的力量变化幅度为1260kN至1440kN，相应应力变化为409MPa至467MPa。
前缆风的变化幅度为960kN至857kN。
相应应力变化为381MPa至340MPa（单侧）。
扣塔后风缆利用钢箱拱第5、第10对锚索，每根立柱有两对前后缆风。
并初张拉4-11φ15-24钢绞线4×630kN。
扣塔前缆风为2-2φ48钢丝绳组成的通风缆，初张拉4×450kN，控制扣塔顶允许变位10cm。
钢箱拱架设至S5节段时，解除一对前后风缆，并挂设S5节段的扣锚索，按设计吨位张拉。
钢箱拱架设至S10节段时，解除另外一对前后风缆，并挂设S10节段的扣锚索，按设计吨位张拉。
③扣塔预埋件
扣塔主墩预埋件设在主墩和中横梁上，其位置的选定已充分考虑了墩顶密集的预应力管道，因此也相应增加了分配梁。
④锚索及后缆风锚固件。
布置在Y构后悬臂墩顶块上，实际为一个锚固件，利用P16（P19）号墩墩顶的竖向预应力拉索将锚固件锚在墩顶上，传竖向力。
水平力的传递通过抗剪块传给Y构后悬臂。
抗剪块分前后两部分，前顶后拉。
通过剪力钉锚固在16号、19号墩墩顶C60混凝土里。
锚索产生的总的竖向力为11000kN，水平力为13300kN，墩顶竖向预应力拉索为PESM7-91，每墩顶布置9根，提供的最大竖向力为26280kN（按0.5RB计）。
⑤扣锚索
扣锚索的受力主要由以下部分组成：
a架设钢箱拱时的受力；b架设中孔钢桁梁时的受力；c吊重时由于塔架变形引起的锚索增量。
扣锚索拉力最大值见下表1：
索号
锚索（kN）
扣索（kN）
1
1500
1700
2
2300
2200
3
2700
2500
4
2700
2400
5
2900
2600
6
3200
2800
7
2700
2400
8
3000
2500
9
3150
2500
10
2900
2200
（上表中索力为上下游两根索力之和，设计中考虑1～6号索增加1.3的预留系数，7～10号索增加1.5的预留系数）
由以上，在施工过程中单根扣索最大拉力将达到1870kN，锚索最大达到2360kN。
由于力量较大，因此扣锚索均采用钢绞线，下端为P锚，在扣塔上调整索力。
扣锚索力的原则是水平力相等。
由于扣、锚索竖向夹角不同，因此扣索和锚索力量有差异，必须在扣塔上单独张拉，张拉时必须同步分级张拉，并使水平力相差不超过100kN，最后同时拉至吨位。
⑥扣锚梁设计：
扣锚梁是扣索塔架中主要受力结构。
受力复杂及空间受限是扣锚梁设计的难点：
由于本桥是大型提篮拱，又由于所有扣锚索的张拉操作都必须在万能杆件拼装成的扣索塔架里面进行，另外，缆索吊机牵引索及起重索要从塔架外侧的锚索面之间穿过。
因此，对扣锚梁的设计提出了很高的要求。
⑶缆索吊机塔架
①缆索吊机也是采用万能杆件拼装，立柱为6m×6m见方的万能杆件立柱，高度26m。
上横梁为变高度梁，桁高4m，两立柱中心距离47m，净距41m。
②铰座及分配梁
⑷缆索系统
①主索
计算假定：
a、不计塔顶鞍座摩阻力；b、承载索所承受的均匀荷载是沿水平跨分布的单位索长；c、承载索只受拉。
主索分2组，每组主索由12φ60mm钢芯钢丝绳组成，两组主索中心距34m。
主索支承于塔顶索鞍上，绕过塔顶后锚于两岸后锚处。
每组主索均设有二台起吊小车，并设有独立的牵引及起重系统。
最大吊重在跨中的垂跨比f/L=1/13，垂度f=32.3m，。
主索空索安装垂度f=22.3m，垂跨比f/L=1/19。
单根主索索长1140m。
荷载：
恒载及其组成
活载（空载时1360kN）
吊重确定：
A17~A26整节架设，A1~A16拆分，除A6、A7拆至中弦杆，其余均按拆分方案2（即拆至边弦杆），控制节段A15（2700kN）
136+270+2×4.5+2.5=417.5t，取420t
（天车及吊具+钢梁A15+临时杆件+高栓）
（天车58t，扁担60t，起重绳18t）
其中对边、侧跨吊装时的天车运行位置的限定，上端受牵引力控制，下端受主索索力控制至130m（尽量船运至靠近墩旁80m）
②牵引索和起重索
牵引索和起重索均选用φ32的麻芯钢丝绳，起吊小车纵移采用两岸对拉的牵引方式，每台跑车配置2台20t牵引卷扬机，牵引索走6布置。
起重采用4台90t跑车起吊。
每台跑车配置2台15t起重卷扬机，起重索走8绕穿滑车组，两端绕过塔顶后均进入起重卷扬机。
通过横向扁担和纵向扁担使前后吊点受力均匀。
牵引和起重卷扬机均放置在塔架根部“Y”构上。
最大吊高考虑能从江水面起吊，约160m。
牵引卷扬机容绳量约1300m，起重卷扬机容绳量约700m。
③缆风配备
设置原则：
在塔顶不平衡水平力变化幅度的一半时塔架竖直，即当塔顶不平衡力为354+1040/2=838kN时塔架竖直。
缆索吊机塔架缆风绳（后锚索）主要平衡主索在吊重跨和后锚跨由于主索倾角的改变而产生的不平衡力、牵引起重等引起的向塔架内侧的不平衡力。
同时,缆风绳必须达到一定的刚度,以将塔顶位移限制在规定的范围内.前缆风绳的设置以能充分发挥后缆风绳的刚度为原则。
前后风缆均用4-φ52钢丝绳作为缆索吊机塔架缆风；后风缆初张水平力4×510kN，前风缆初张水平力4×450kN。
在塔架拼装完成后即张拉完成，并调整塔顶向外偏32cm，在安装完主索、跑车、挂架等起重设施后塔顶将向外偏18cm，在最大吊重时，塔顶将向内偏18cm。
后缆风的力量变化幅度为2040kN至2580kN，前缆风的变化幅度为1800kN至1053.1kN（单侧）。
④跑车和索鞍、分索器
a、起重小车
起重小车由牵引动滑轮组、起升动定滑轮组、走行滚轮、拉索等组成。
420t缆索起重机采用双线吊重，每线有两台起重小车，共四台起重小车分别支承在承重轨索上。
每线上两台起重小车之间的间距为8m，用两根φ44的钢丝绳（拉索）串联在一起。
每台起重小车有48个走行滑轮，分成两组支承在12根φ60的钢丝绳（承重索）上。
在起重小车上挂架布置有牵引动滑轮组及5个起升定滑轮组，在起重小车下挂架上布置有4个起升动滑轮组。
起升滑轮组倍率为8。
所有滑轮均采用尼龙制造，单个尼龙轮的重量约为同等直径的钢轮的六分之一，大大减轻了起重小车的重量。
b、分索器
分索器由分索器支架、滚轮等组成。
用以防止承重索、起重索、牵引索缠绕在一起。
分索器通过滚轮放置于承重索上，其支架将每一根钢索分隔开。
沿桥跨每隔30m布置一个分索器，分索器间用结索相联，并与起重小车联为一体，其沿桥向随起重小车一起移动。
每个分索器重约570kg
c、索鞍
索鞍布置于两侧塔架上，在索鞍上主要布置有承重索转向轮、起升机构转向滑轮及牵引走行机构滑轮组。
牵引走行机构滑轮组由转向滑轮及定滑轮组组成。
牵引倍率为6。
通过塔架两侧卷扬机同步收放来完成对起重小车的牵引工作。
承重索转向滑轮组由两组滑轮组成，每组有12片滑轮，缆索起重机每线12根φ60的承重索就支承在这24片滑轮上。
承重索两端分别由地锚固定在大桥两岸的主体结构上，并通过承重滑轮组对起重小车起支承作用。
索鞍底部的分配梁直接与塔架顶部的联接座连接。
⑤起吊扁担
由于缆索吊主要分三个工作阶段，每个工作阶段其吊点是变化的，因此既考虑吊点具有通用性，又尽量减小其自身重量。
横向扁担在吊装钢桁梁时为受压杆件。
吊拱时单榀吊装，扁担梁受弯。
⑥卷扬机布置及机电系统
缆索吊机跑车牵引选用20t慢速带摩擦滚筒卷扬机，沿每组主索纵桥向两端各布置2台，共计8台。
牵引索φ32钢丝绳走6布置。
牵引方式：
一组主索上的两台跑车串联起来，两岸各二台牵引卷扬机，一侧主动牵引，另一侧被动牵引。
选用8台15t慢速卷扬机作为起重卷扬机，每个跑车均设独立的起吊系统，均可独立操作。
8台起重卷扬机在南北塔架各布置4台，起重索选用φ32钢丝绳走8。
缆索吊机用电设备总功率∑Pd=1440kW，且平均分布在菜园坝大桥北岸、南岸。
拟在17、18号墩处各设一变电站和控制柜。
⑦抗震措施
由于缆索吊机处于重庆风口地区，北锚碇一年约有4、5个月的时间处于水中，因此抗风振和北锚主索的抗水流冲击，扣锚索的抗风抗振设计是一项重要课题：
①主索的减震
a、在锚碇出口处设立阻尼橡胶减震。
b、北锚水中部分设消能装置。
c、空气中设减震装置。
②缆风的减震：
用减振锤装置
扣锚索的减震：
扣锚索采用钢铰线，吨位大，束多，低应力，又是采用夹片锚，因此采用类似于斜拉桥的减震方式。
4.缆吊的安装步骤简介
①施工两岸锚碇；Y构施工；安装预埋件；塔架拼装，挂设临时缆风；安装张拉正式缆风；
②缆索吊“三索”挂设顺序；牵引索-主索-起重索。
缆索穿挂时须先穿挂好导索。
利用卷扬机将直径16mm导索牵引过江。
导索安装好后，先将φ32的牵引索牵引过江，然后主索及其余钢丝绳穿挂均利用牵引索牵引过江。
安装天车及φ32起重索，分索器等；试吊；投入运营。
5.缆吊使用注意事项
缆吊使用过程中，按常规注意事项外，还应重点注意下列事项：
⑴定期调索：
非弹性变形1.5‰，非弹性伸长较大，使用中须不断调整主索垂度。
风缆系统也应定期观测调整。
⑵重点部位的变化观测检查：
①缆吊使用初期，每次吊重前后以及起吊过程中均需测量观测锚碇地垄位移情况，雨天更需严格执行。
待运行步入正常后，可视情况逐步酌减观测次数。
②两塔头中心线纵横向偏移量，无吊重时每半月检查一次，缆吊使用初期，每次吊重前后以及吊重过程中均需观测。
轨索跨中最大垂度及两轨索跨中垂度差，使用初期，每次吊重前后以及吊重过程中均需观测。
③轨索锚头、调索分配梁、精轧螺纹钢筋及锚固螺母，使用初期，每次吊重前查一次。
以后可视情况逐步酌减观测次数。
精轧螺纹钢要有防护措施,严禁碰电焊和其它物件撞击。
④后锚固、缆风等处销轴每半月检查一次。
⑤塔柱各节点螺栓，每半月检查一次。
⑥塔柱索鞍、分配梁连接螺栓、滑轮组、吊钩、小车走行机构、导向轮每周检查一次。
⑦主缆、风缆的松紧度，及钢丝绳夹头，每半月检查一次。
大风后，应立即检查。
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