大跨度拱桥悬拼施工中扣索索力的计算

2007年第 4期 铁 道 建 筑 Railway Engineering 文章编号 ：1003．1995(2007)04-001l-03 大跨度拱桥悬拼施工中扣索索力的计算 王 伟 (西南交通大学 峨眉校 区 机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系 ，四川 峨眉山市 614202) 摘要 ：结合跨度 150 m的下承式钢管混凝土系杆拱桥的施工，介绍扣 索索力的计算，包括基本假定、各种 工况下的计算模型与计算结果。拱桥采用单肋悬拼法施工，每肋分7段，分段最大自重约400 kN。 关键词：拱桥施 工 悬臂法 扣索 索力计算 中图分类号 ：U445．466 文献标识码 ：B 1 工程概况 该桥全长386．37 m，其主桥为跨度 150 m的下承 式钢管混凝土系杆拱桥，矢跨 比为 1／4．5，拱 轴系数 为 1．167，拱顶距地面高约 43 m。主拱结构为两片四肢格 构桁式截面 ，高 3．0 m，宽 2．0 m。每段拱肋 四根弦管 设对接衬套，合龙段的弦管 中设有可移式 内衬。每 片 拱肋分 7段悬拼，最大吊重约 370 kN，两片拱肋 的横向 中心线距离 18．5 m。桥 面为预应力钢一混 凝土叠合 板组合梁结构 ，宽 23．5 m。为安全 、优质、快速 的安装 主拱肋，经过优化比选，施工上采用缆索吊机和扣索的 方案 ，进行空中无支架悬拼拼装 。 2 施工工艺 钢筋砼化粪池施工工艺铝模施工工艺免费下载干挂石材施工工艺图解装饰工程施工工艺标准钢结构施工工艺流程 流 程 根据现场情况并考虑操作简便 ，经过反复论证 ，本 桥决定采用单肋悬拼合龙 的方法。即完成 7段拱肋 的 安装合龙后，移动索鞍再安装另七段拱肋，两片拱肋全 部合龙后最后安装中间风构。单肋合龙采用每上一段 即进行接头焊接(拱脚段最后才焊接)。其施工工艺流 程如下 ：工况 1(安装拱脚 、铰支安装 、第一大段拱肋斜 拉扣挂拱肋)；工况2(安装第二大段拱肋、螺栓临时连 接 、斜拉扣挂拱肋 、调整轴线 、标高 、接头施焊 固结)；工 况3(安装第三大段、螺栓临时连接、扣索调整、斜拉扣 挂、调整轴线标高、施焊固结)；工况 4(合龙段安装)。 3 拱肋悬拼施工 单片拱肋分 7段悬拼 ，各分段 长度及重量见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。 第一 、二段 扣点 装置重 8 kN，第三段 扣 点装 置重 l0 kN，各大段接头处的吊篮等施工荷载 l2 kN。 在拱肋悬拼过程 中，为调整线型 ，拱脚段及预埋钢 板要预先设置铰支。通过扣索 的张拉 、松放 、调整标 高，轴线调整及横向稳定 是通 过侧缆风来完成 。根据 设计 ，各大段的接头先采用 l6棵 M24A的螺栓连接 ， 待标高 、轴线调整到位后 ，即进行接 头环缝 的焊接 ，最 表 5 中一 活载条件下单层六 四梁基 本跨度的拼组方案 六 四 式 加 强型六四式 跨 度／m 片数 每孔质量，l 跨度／m 片数 每孔质量，l 5 l6．5 5 l7．0 16 l6 6 l9 7 6 20．3 6 24．0 6 24．8 20 20 7 27．9 7 28．9 4 结束语 通过表 1和表 5的对 比，可 知“中一活载”下六 四 式和加强型六四式铁路军用梁单层拼组最大跨度均为 20 m。因此 ，在单层拼组过 程 中，六四式 即可满足要 求，无需考虑加强型六四式 。 本文仅研究了单层六 四梁在现行活载条件下的拼 组方案 ，由于双层式结构 比较复杂 ，在研究方法上较之 单层有很大的差异，同时计算工作量很大 ，在本文中没 有进行研究。因此，为确保六四梁在各种 复杂条件下 安全使用 ，还应该对双层式六 四梁拼组方案进行研究。 参 考 文 献 [1]中国铁道建筑总公司．六四式、加强型六四式铁路军用梁手 册 [R]．北 京 ，1998． [2]陈发智，沈 昌礼．交通保 障学[M]．北京：解放 军出版社， l996． [3]中国人民解放军铁道兵司令部．六四式、加强型六四式铁路 军用梁检算参考资料[R]．北京，1970． 收稿 日期 ：2006一IJ一25 (责任审编 盂庆伶) 维普资讯 http://www.cqvip.com 12 铁 道 建 筑 April，2007 后在每根主管外用 4块 =12 l／lln的钢围板进行接头 处的外包施焊固结，然后才安装下一段。合龙段设计 长度为 22 m，为保证能够快速 、顺利的进行合龙 ，本段 在工厂制作时，两边端头比设计尺寸各加长 50 cm，以 待准确测量实际合龙段的长度后在现场进行划线，切 割余量，然后进行合龙。 表 1 拱肋分段长度 及重量 第 四段 段号 第 一 段 第二段 第三段 (合龙段) 重量，kN 376 308 298 270 水平投影距离，m 21 22 22 22 4 扣索计算 4．1 计算图式 每段拱肋刚度相对于扣索刚度为极大值 ，故 可视 为刚体，各吊装段重力按简支斜梁模式分配于接头 A、 B、c、D点。架设过程 中，拱脚(A点)安装 了铰 ，故不 存在弯矩。其余大段接头，即扣点位置(B、c、D)在用 临时螺栓连接时可视为铰接，节点弯矩为零。当施焊 固结后不再存在接头，二大段(或三大段)形成整体。 三组扣索是通过扣鞍轮转向地锚进行锚 固，扣索在扣 鞍轮上属滚动摩擦 ，故不考虑前后绳 的张力差，即认 为 前索与背索张力一致。索塔下端为铰，塔底弯矩为零， 扣塔采用缆风进行前后 固定 ，水平位移极小 ，对整个结 构受力可认为不受影响。拱肋端头的侧缆风张力一般 在 30 kN左右 ，其对扣索的影响很小 ，故计算时不予 考 虑。计算简图如图 1、图 2。 图中：I、Ⅱ、Ⅲ为段间接头位置；8、b、c分别为 A 至 B、I至 c、Ⅱ至 D 的竖直距 离 ；S。、．s 、．s 分别 为 A、I、Ⅲ至扣索 1、2、3的垂直距离 ；n为扣索的水平夹 角 ；卢为段间接头至扣点 的水平夹角(图 1)。．s 。、．s ：、 ．s 为 A至各组扣索的垂直距离(图 2)。 图 1 扣索计算 简图之 1(单 位 ：m) 图 2 扣索计算 简图之 2(单位 ：m) 对于钢拱肋 的联接 ，根据不 同工况按铰接 和固接 分别考虑，第一 、二 、三段荷载 由钢拱肋加扣点装置和 施工荷载组合考虑 ；合龙时按最不利情况考虑 ，第四段 钢拱肋重量的20％作用于第三段端头。 4．2 索力计算 4．2．1 工况 1——第一段 就位( 为节段 自重) A訇 ： ：M^ =0 Tll×Sl一 l×19／2—8× ∑X=0 ∑Y=0 l 7一 l2 x 19 = 0 TII = ( I X 19／2 + 364)／S，(kN) Tl1 x coso,I— N x^ = 0 N x^ = TI】x coso,l Tl】x sin。I+NA 一 1Vl一20 = 0 Ⅳ{，= l+20一Tl】x sinal 4．2．2 工 况 2—— 第二段 就位 1)螺栓定位 、调整标高 、轴线 ，此时一 、二段接头按 铰计算： ∑Ml=0 ∑X=0 T22 x S2一 2 X 22／2—8 X 20—12 X 22 = 0 T22=( 2 X 22／2+424)／S2(kN) T22 x coso,2一 NII 0 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第 4期 大跨度拱桥悬拼施工中扣索索力的计算 13 32 y：, 0 ∑M =0 32 ：,X 0 ∑ y=0 Nh = T22× COSO~2 T22× sina 2+ ⅣI 一 2～ 20 = 0 NI ： 1V2+ 20 一 T22× sina 2 T2l× S)+ Ⅳk × 口 一 1V J× 19／2 一 NI × 19 — 12× 19 — 8× 17 = 0 T2l= ( I一19／2+NI ×19+364 一 Nh×口)／Sl(kN) T2I× COSO~l+ Nk — N ^ = 0 N ^： T2l× COSO~I+ NIx T2 J×·sina J+ Ⅳ y^一 J一 ⅣJy一20 = 0 NAy = 1VI + Nly + 20 一 l × sinaI 2)接头焊接后 ，一 、二大段联成整体 ，整个长度在 重力、支座及扣索等作用下成为超静定结构；在节段较 多时，计算此种曲梁的各组扣索内力，往往要解多次超 静定方程 ，计算较 为繁杂。本桥通过 采用振频 (或应 变)测试 ，准确测出各组扣索 的张力 ，以另一种途径来 确定一组(或多组)的 内力；然后把超静定结构转化为 一 般的静定结构来计算，最后确定所有扣索的内力。 对于本工况 ，通过张拉 、松放钢绞线先确定一组扣索内 力，然后再计算另一组扣索 内力。此 时可不调整第二 组扣索而 只通过调整 第一组扣索 以达 到拱肋外 力平 衡 ，即 T =常量。 则 ∑MA=0 T22×S 2+T2l×S I一1Vl× 19／2 —8× 17— 12× 19一 2× 30 — 8 ×39 — 12 × 41 = 0 T2I=( I×19／2+ 1V2×30+ 1168一 T22× S 2)／S 。(kN) ∑X=0 T22×COSO~l+T2l×cosal一ⅣAx —．J 。。 ⋯ = 0 NAx = T22 × COSO~l + T2l × COSa 1 ∑y=0 T22×sina 2+T2l×sinal+NAy一 l 一 2 — 40 = 0 NA = 1Vl + 2 + 40 一 T22 × sina 2一 T2l× sinal 4．2．3 工况 3—— 第三段就位 此时计算方法同工况 2，只是 在情况 2)时不调整 第二 、三组扣索而只调整第一组扣索。 4．2．4 工 况 4—— 全拱 合龙 此时一 、二 、三段 的轴线 、标高已准确对位 ，先用螺 栓连接，再根据合龙温度施焊合龙。在形成拱式体系 前 ，考虑最不利 的情 况，第 四段 各有20％的重力作用 于第三段接头处，施工时一 、二组扣索不调整 ，而通过 张拉第三组扣索以使拱肋外力平衡。 4．3 计算结果 根据上面的计算原理，把各端参数代入计算得各 索扣力，如表 2。 表 2 各组扣索扣力计算值 kN 前绳 后绳 工况 2 工况 3 索号 倾角 倾 角 工况 1 工况 4 1) 2) 1) 2) ／(。) ／(。) l 36．6l 37．25 174．3 273．9 268．8 227．9 229．1 227．9 2 3l、36 37．97 249．0 249．0 249．0 249．0 249．0 东 3 6、34 444．8 444．8 535．6 端 159．0 483．6 479．0 874．9 8l8．8 965．3 y 3l3．8 539．7 541．9 8l8．7 8l8．2 855．2 l 27．59 28．16 179．4 256．8 252．2 195．6 l96．7 l96．7 2 22．92 29．18 242．O 242．0 242．0 242．O 242．O 西 3 5．18 467．3 467．3 560．1 端 144．2 431．7 428．0 839．3 840．1 932．7 _~ 279．7 495 6 498．4 799．6 799．0 847．2 5 结束 语 采用钢铰线作扣索 ，近年国内已在大力发展 ，施工 工艺趋于完善。采用钢绞线 作扣索 ，不必需要那么多 的卷扬机 ，同时由于钢绞线受力较小 ，施工操作简单明 了，卸扣后还可以作混凝土预应力筋使用，从 而提高经 济效益，很值得推广使用 。扣索在连续曲梁中的计算 ， 往往要解多次超静定结构 ，计算较为繁杂；本桥通过应 用“振频测试”的方法先确定 一组或多组钢绞线 的内 力 ，再简化为一般的力学模型来计算未知扣索的内力。 同时 ，“振频测试”的方法还可 以保证每组钢绞线受力 均匀 ，确保施工过程中每根钢绞线 的受力在设计值范 围内，从而保证施工质量与安全。 收稿 日期 ：2006—12—03 (责任审编 孟庆伶) 维普资讯 http://www.cqvip.com