斜拉桥牵索挂篮优化设计分析

斜拉桥牵索挂篮优化设计分析

吴伟豪

吴伟豪

(广东省长大公路工程有限公司广东省广州市510660)

摘要：斜拉桥牵索挂篮在优化设计上，更加注重在单索面、平行双索面、斜索面等方面的整体设计，通过有效的工艺特点分析，形成多方面的设计要点，尤其是突出斜拉桥斜索面空间索面的设计，具有更大的稳定性，因此，实现对斜拉桥牵索挂篮的优化设计，将有很大的实践意义。本文将围绕实际的工程建设为例，针对斜拉桥牵索挂篮的优化设计进行探讨，尤其是针对平面牵索挂篮无法满足空间索变化的范围，采用弧形首进行相应的设计，更好的满足设计与施工的整体要求。

关键词：斜拉桥；牵索挂篮；优化设计

随着桥梁设计的技术发展与进步，在一些大跨径的桥梁设计中，挂篮作为悬臂施工中的一种专用设备，在发挥优势的基础上，形成更大的设计优化。通过MidasFEA或者ANSYS对挂篮结构进行相应的力学分析，实现对狐首梁、主挂钩等关键部位的应力分布，在建立实体模型的基础上，可更加全面地判断挂篮结构的安全状态。斜拉桥PC梁的施工方法通常采用牵索挂篮（前支点挂篮），斜拉索有平面和空间两大类型，故牵索挂篮也有与之适应的两大类型。本文主要针对空间索牵索挂篮在无法满足空间索变化范围时，对弧形首进行优化设计，以满足设计和施工要求。

一、工程概况

329国道舟山普陀勾山至小干连接线工程1标主桥采用130+300+130m双塔双索面PC梁斜拉桥，主梁为单箱三室预应力砼结构。箱梁中心高2.75m，主梁全宽19m。箱梁根据施工方式分为4种节段类型：主塔根部附近支架现浇0#块（B0节段）、边中跨挂篮悬臂现浇的标准节段（SB1~SB11、MB1~MB17节段）、以及边跨支架现浇节段（SB12节段）和边、中跨合拢节段（H1、H2）。

斜拉索采用扇形空间双索面布置，每塔每索面共18对斜拉索，共144根。考虑到张拉空间需要，塔上索距分别为2m、2.1m，梁上索距除边跨压重区为4m外，其余均为8m（挂篮悬浇时拉索间距）。斜拉索毛巾采用冷铸锚头锚固体系，均在主塔端张拉。

二、牵索挂篮的施工程序及工艺要点

1、长平台牵索挂篮的施工程序及工艺要点

（l）挂篮安装

在主梁的1号2号梁段适当位置预设4个吊孔，用倒链或千斤顶将组拼成整体的主桁承重系统和底模板整体提升到安装位置，安装牛腿顶端部分，若主桁未到安装位置，则安装走行系统，使其走行到位。同时安装梁上的锚固部件，并拆除走行轮，将主桁锚固。之后安装外侧模、开箱内模，绑扎钢筋，并安装牵索系统，经精确调整后即可灌注混凝土。

（2）推篮施工要点

以锚固吊杆及斜拉杆的预留孔一定要准确，以保证各杆不受弯。

b.锚固系统的垫梁及滑道与主梁的接触面一定要平整，必要时进行整修，以保证受力合理可靠。

c.主梁底部的调高楔块要与梁底顶紧，以保证梁段间顺接。

2、短平台复合型牵索挂篮的施工程序及工艺要点

（l）挂篮安装

塔下用作组拼挂篮的主梁施工后，将挂篮三角架及其后锚等构件吊上桥面安装就位，然后用倒链或卷扬机将整体组拼的挂篮平台提升，并安装相关的伺服系统，检查无误后灌注混凝土。

（2）挂篮施工要点

灌注混凝土时，由于挂盘前端荷载由牵索和前吊杆共同承受，为保证前吊杆不超载，利用千斤顶和特设的数字式压力传感器测其杆力，超出其设计受力的部分通过分次调整临时牵索来平衡。斜拉桥主梁的悬臂浇注均采用挂篮施工，其施工程序与一般预应力混凝土连续梁基本相同。但是由于斜拉桥结构较为复杂，超静定次数高，斜拉索位置及各部位尺寸要求精确，难免结构内力发生变化。由于新浇混凝土养生要等待3-5日（加减水剂）以上的时间，故挂篮必须刚劲稳定，避免由于混凝土在养生过程中受到外界影响开裂，每个节段施工需7天或以上。但因无需预制、运输块件等设备，总的费用较低，国内混凝土斜拉桥普遍使用这种技术。

三、空间索结构的特点分析

1、整体结构分析

设计上空间索结构的采用，对斜拉桥主梁增加了横向约束力，提高了结构的稳定性。从建筑艺术、桥梁美学角度讲，给人一种雄伟壮观、气势宏伟、凝聚力增强的感觉。空间索结构的采用，给传统工艺施工平面索结构的牵索挂篮提出新要求。常规的平面索牵索挂篮，主梁端部设置弧形首，只要满足斜拉索在顺桥向竖直面内变化就可以了，弧形首与主梁的连接可比较简单，而对的空间索结构，由于拉索位置在三维空间移动，故需要在挂篮纵梁内设置一特殊的转动锚座以满足这一要求。

2、转动锚座弧形首的工作原理

大桥顺桥向竖直面、平面投影的角度，其中MC1索的竖向夹角75.22831°，平面夹角36.63583°，MC18索的竖向夹角26.68418°，平面夹角3.18501°。其余索角度在上述角度范围内依次连续变化。为满足上述要求，要求转动弧首可以横向转动，转轴为锚索在梁部锚点在水平面的竖向投影线，以满足横桥向角度的变化。同时，转动弧首为一圆弧面，张拉机构可以绕圆心沿圆弧面移动，满足竖直面夹角的变化可以满足斜拉索空间几何角度要求。

3、弧形首施工的技术控制

空间索结构的采用，给传统工艺施工平面索结构的牵索挂篮提出新要求。常规的平面索牵索挂篮，主梁端部设置弧形首，只要满足斜拉索在顺桥向竖直面内变化就可以了，弧形首与主梁的连接可比较简单，而对的空间索结构，由于拉索位置在三维空间移动，故需要在挂篮纵梁内设置一特殊的转动锚座以满足这一要求。为满足索空间角度连续变化，要求转动弧首可以横向转动，转轴为锚索在梁部锚点在水平面的竖向投影线，以满足横桥向角度的变化。同时，转动弧首为一圆弧面，张拉机构可以绕圆心沿圆弧面移动，满足竖直面夹角的变化。如转动弧首，做成可以绕一轴转动的悬臂结构，虽然可以满足几何方面的角度要求，但无法定位，况且3000～4000kN的巨大受力，很难满足转轴部位的连接强度。结构计算，加工相当复杂。采用弧形首“不对称开槽，适应锚点横向移动，设置球型铰座适纵向、横向角度的变化”，可以较为成功解决空间索对弧形首的要求。锚点横向的变化在0.39m范围变化，假如弧形首开槽，允许锚座在上述范围活动，就可满足要求。索的锚固状态，该锚点位置偏离位于弧形首左侧。

四、结语

转动弧形首可以更好满足斜拉索空间角度变化，拉索与挂篮主纵梁弧形首贴合紧密，受力传递明确，降低挂篮挂索施工难度。目前，大桥已成功采用该技术并顺利合龙，此技术对类似工程有很好的借鉴和推广运用。

参考文献：

[1]王海洪、李照众、王立彬.斜拉桥牵索挂篮优化设计分析[J].2008,（6）：24-26

[2]中华人民共和国建设部.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003

[3]周水兴.路桥施工计算手册[M]..北京：人民交通出版社，2001

[4]中华人民共和国交通部.JTG/TF50-2008公路桥涵施工技术规范[S]北京：人民交通出版社，2008

作者简介：吴伟豪，1988年1月，本科，公路桥梁工程