桥梁施工吊桥设计

唐文海

(成都兴城投资集团有限公司, 四川成都 610041)

桥梁施工吊桥设计

唐文海

(成都兴城投资集团有限公司, 四川成都 610041)

文章主要是以某特大桥施工吊桥作为研究案例，详细介绍了吊桥的设计步骤，希望对于相关的工程具有参考与指导意义。

大桥施工； 吊桥； 设计

某特大桥的主桥是(110+200+110) m预应力混凝土连续刚构桥。项目8#墩位于河滩上,承台标高常年低于水面标高，7#墩位于河堤上，筑岛完成后高程约为233 m，但遇到春夏时节为涨水季节平均涨水高程约为240 m。考虑8#墩春夏时进行悬臂挂篮施工，筑岛高度不能保证正常施工高度，同时汛期洪水漂浮物较多，若进行栈桥作业存在较大安全隐患。通过采用悬索吊桥，节约了地泵管输送距离、降低地泵浇筑混凝土的高程，减少了人员从驻地到墩底的上下班时间，节约了工程的施工成本、加快了工程的施工进度。

1 初步设计原则

人行施工吊桥安装在7#墩与8#墩之间,长度为103 m，采用φ36.5钢绳4根作为平台主绳，2根φ17.5钢绳作为扶手绳。主绳之间每隔1.5 m采用普管连接，其余间距搭设木板，在木板上铺设防滑钢筋网片。扶手立杆采用φ28螺纹钢筋(图1)。

图1 施工场地平面布置

2 计算内容

2.1 计算参数

(1)结构形式：4根φ36.5钢绳间距60 cm宽，桥面搭设宽度1.8 m。2根φ17.5钢绳作为扶手绳。

(2)使用功能：施工吊桥主要为人员上下通道，并提供输送泵的混凝土运输。

(3)荷载计算

根据材料手册,4根φ36.5 mm(6×37S+FC型)主钢丝索单位重：0.217 kN/m；2根φ17.5 mm扶手绳0.027 kN/m。

根据厂家数据,泵管重17 kg/m；

泵管及管内混凝土重：0.17+3.14×0.125×0.125/4×26=0.49 kN/m；

施工人员重:人自重取80 kg，人员载重取50 kg，单位重：1.3 kN/m；

索道上方木厚5 cm、宽2 m，方木根据《路桥施工计算手册》取6 kN/m3，铁丝网重量为0.2 kN/m;

木板及铁丝网单位长度重：2×0.05×1×6+0.2=0.8 kN/m；

总线荷载:q=0.217+0.027+0.49+1.3+0.8=2.834 kN/m。

2.2 吊桥计算

2.2.1 主索计算

2.2.1.1 主索总破断力

钢丝绳采用φ36.5 mm(6×37S+FC型)的钢芯钢丝绳，最小破断拉力为770 kN。

(查：GBT 20118-2006 一般用途钢丝绳)

4×770=3 080 kN

查表得换算系数为1.283

则总破断力为：Tn= 3 080×1.283 =3 951.64 kN

2.2.1.2 主索最大张力和强度验算

(1)主索最大张力计算：

跨中主索垂度设计为：fmax=4 m

由公式H=M/f可知主索最大水平拉力为：

Hmax=Mmax/f·cosβ

Mmax=gL2/8

Mmax=2.834×1032/8=3 758.24 kN·m

β=arctg(C1/L)=arctg(4/103)=2°13′26″

Hmax=3 758.24/4·cosβ=938.85 kN

主索A、B点最大轴力：

不考虑冲击系数，主索的安全系数为：

k=Tn/TA=3 951.64/956.39=4.13

(2)主索强度验算：

由控制主索安全系数k=3.5(不考虑冲击系数)

T’max=Tn/k=3 951.64/3.5=1 129.04 kN

取H’max≈T’max

f’max=M/H’=3 758.24/1 129.04=3.33 m

由T’max=1 129.04 kN>Tmax=956.39 kN,得主索强度验算满足要求。

2.2.1.3 空载状况下安装张力和初始安装挠度计算

使用状态：预计人行及机具集中荷载Q=2 kN，G=g’L=2.834×103=291.902 kN；

空状态：Q0=0，不计温度，Δt=0，由于锚固端长度较长，主索按两跨计算。

查表得主索弹性模量EK=75 600 MPa，

钢绳截面F=4×A=4×503.64=2 014.56 mm2。

换算弹性模量：Eη=El/∑L=103×7.56×107/(103+10)=6.891×107kPa，则有：

K1=EηFcos2β/24=

6.891×107×2014.56×10-6×

cos22°13′26″/24=5 775.95 kN

K2=3Q(Q+G)=3×2(2+291.902)=1763.412 kN

A=K1K2/H2-H=

5 775.95×1 763.412/938.852-938.85=-927.287

B=K1G2=5 779.95×291.9022=492490914

K3=12Q0(Q0+G)=0

C=K1K3/L2=0

B+CX(L-X)=492490914

将上述计算结果代入张力计算公式得：

解得：H0=1 248.86 kN，初始安装垂度f0为：

f0=M/H0=3 758.24/1 248.86=3 m

2.2.2 锚碇计算

由主索拉力计算得Ta=956.39 kN，cosα=0.6247，sinα=0.7809，α=51°20′25″。

垂直方向TH=T·sinα=956.39×0.7809=746.845 kN

水平方向TV=T·cosα=956.39×0.6247=597.457 kN

锚碇体积计算：

取K1=1.4，K2=2

V=TV·K1/γ=597.457×1.4/24=34.85 m3

TH·K2/γ=746.845×2/24=62.24 m3>34.85 m3，取V=62.24 m3。

根据现场施工条件，我部决定将锚碇设置在承台上，保证抗拉强度。

(查：《路桥施工计算手册》)

2.2.3 风载影响计算

2.2.3.1 风载计算

水平风荷载按下式计算： 作用于吊桥上的水平风荷载，按下式计算：

Wk=0.7μzμsW0

式中：Wk为风荷载标准值(kN/m2)；

μz为风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GBJ9)规定采用，按规范表7.2.1取，μz=1.67；

μs为风荷载体形系数，按《建筑结构荷载规范》取值；μs本计算中取1.3；

W0为基本风压(kN/m2)，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GBJ9)规定采用；本计算中按达州市50年一遇，取W0=0.3。

Wk=0.7μzμsW0=0.7×1.67×1.3×0.3=0.46 kN/m2

最大水平风力为:F=Wk×103×1.2=56.86 kN

按吊桥长取103 m长，1.2 m高。

隔30 m安装一道风缆，风缆成对称布置，缆风绳采用φ17.5 mm的钢丝绳，钢丝绳最小破断拉力为189.6 kN，风缆绳与索道截面成30°角布置。

根据桥长可知共设置单边2道缆风绳，缆风绳受到的拉力：

F=56.86/cos(30°)=65.66 kN<189.6×2=379.2 kN。

2.2.3.2 抗风锚碇

由计算得缆风绳受到的拉力T’=65.66 kN,α=30°,

垂直方向T’H=T’·sinα=65.66×0.5=32.83 kN

水平方向T’V=T’·cosα=65.66×0.866=56.86 kN

锚碇体积计算：

取K1=1.4，K2=2

V=T’V·K1/γ=56.86×1.4/24=3.32 m3

T’H·K2/γ=32.83×2/24=2.74 m3<3.32 m3

取V=3.32 m3。

根据现场施工情况，在砂砾石土质层中挖长1.5 m宽1.5 m深2 m的锚坑，并浇筑C30混凝土。

3 结束语

文中通过研究和探讨桥梁施工用吊桥设计计算，以表明该方法利于桥梁建设施工效率的提高，有效地解决汛期对桥梁施工的影响，从而使企业可获取更大的经济效益。在未来的施工建设中，可将该方法应用于大跨度的、环境较复杂的且不便进行栈桥施工的项目之中，从而使施工单位的竞争能力得到进一步提升。

[1] 江正荣. 建筑施工计算手册[M]. 中国建筑工业出版社, 2007(7).

[2] JTJ 025-86 公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].

唐文海(1970～)，男，大专，工程师，从事道路桥梁施工管理工作。

U445.469

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[定稿日期]2015-06-04