巫峡长江公路大桥拱肋吊装方案.doc
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1、 第一节 工 程 概 述1.1 桥位及结构形式重庆巫峡长江公路大桥工程项目分为主桥和引道工程两部分,其主桥处于三峡风景区,桥址位于长江巫峡入口处,设计为中承式钢管砼双肋拱桥,主跨净跨为460m,位居同类型桥梁世界第一,全桥跨径组合为612m(引桥)+492m(主跨)+312m(引桥)。引桥为预应力砼连续梁(南岸异形梁为钢筋砼简支架);桥面为预应力砼形连续梁;全桥吊杆和立柱间距为12.0m,吊杆、立柱及引桥墩盖梁均设计为预应力砼横梁,桥面与拱肋交汇处横梁为组合截面梁,设计总体布置如下:图1.1 巫峡长江大桥设计总体布置图1.2 工程规模及建设工期巫峡长江公路大桥由主桥和两岸引桥构成,其主桥为一跨
2、净跨460m钢管砼双肋拱桥;南岸引桥612m预应力砼连续梁,北岸为312m预应力砼连续梁,全桥共计50个小孔,总长612.2m;桥面净宽15m+21.5m(人行道)+20.5m(栏杆),全桥工程量为:基础挖石方:22787m3 ;结构砼:38669 m3;结构钢筋:1598T;预应钢材:500T;钢管钢板6800T。建设工期29个月,2004年5月完工。1.3 桥位处地质、水文、航运、气象状况1.3.1工程地质状况大桥桥位处,地貌上处于构造剥蚀侵蚀低山地貌单元内,因长江河谷深切,地形上构成不对称的“V”字型峡谷,谷坡南缓北陡,桥址区南岸斜坡总体坡向1500,坡度300-450间,局部稍陡。北岸
3、地形坡度较陡,拆线斜坡,上陡下缓。紧邻岸边陡崖,坡度800-850。桥位区构造上位于大巴山弧形构造,川东褶带及川鄂黔隆起褶带的交汇部,次段构造受横石溪箱形背斜控制,位于其北西翼,岩性南岸为T1j2龙岩及白云质灰岩地层,北岸为Tj3灰岩地层。因长江的切割,桥位处岸坡岩体应力释放,产生卸载回弹,常使层面及构造裂隙,产生宽张,使部分地表块体产生松动,桥位区地层简单,第四系不发育,基岩裸露,完整岩体地基容许承载均大于2.0Mpa。1.3.2气象资料桥址区段属亚热带温湿季风气候,具有春早、夏热、冬暖、多雾,无霜期长,雨量充沛的气候特点,年平均气温18.4,极端最低温度-6.9。常年最多风向为东北风,风速
4、六级,风速17m/s的大风,八月份 较多,巫山县历年各月大风,暴雨出现的次数及频率如下表:表1.1 巫峡历年各月大风出现次数及频率表月 份123456789101112次 数0113469183210频率%0.02.12.16.38.312.518.837.56.34.22.10.0表1.2巫山县历年各月暴雨出现次数及频率表月 份123456789101112次 数0002916242317310频率%0.00.00.02.09.017.025.024.017.03.01.00.0根据“全国基本风压分布图”本区域基本风压400Pa,设计基准风速为26.3m/s1.3.3水文航运资料该桥处于三峡
5、库区内,因此受三峡大坝的影响,建坝前与建坝储水后,桥位河段的水文条件有极大的改变。(1)建坝前水文资料:根据万县水文站资料,推算桥位的频率流量水位为据如下表:表1.3 桥位处水位流量流建资料 项 目频 率流量Q(m3/s)水位H (黄海系统)流速VCP(m/s) 1/30035600118.63.54 1/10031050118.03.35(2)建坝后水文、航道资料:巫山县巫峡长江大桥河段现为级航道,通行轮船见下表:表1.4 现行代表船队、客船表序号船队组成(推轮+驳船)船队尺度(长宽高)m备 注11942KW+31000t175342.821942KW+21000t(货驳)121322.8长
6、航上行船3589KW+33000t 90241.3地方下行船队4客轮17715.42.65客轮284.514.02.4江汉576客轮387.516.02.7长江明珠号三峡工程正常蓄水后,河段将提高为I-(2)级航道,双向航道宽度为232.1m,通航净高18.0m;最高通航水位175.10m(吴淞)通行的轮船如下表:表1.5 三峡工程建成后汉渝间代表船队、客船序号船 队 组 成(推轮+驳船)船 队 尺 度(长宽高)m11+6500t12632.42.221+91000t24632.42.831+91500t248.532.43.041+61500t19632.63.151+43000t19632
7、.63.361+43000t(油轮)21931.23.37客 轮8417.22.61.4 设计采用的技术标准1)桥面净宽:净-15.0m+21.5m(人行道)+20.5m(栏杆)2)设计荷载:汽车-超20,挂车-120,人群荷载3.5KN/m23)设计洪水频率:1/3004)设计水位:175.10m(三峡工程规划水位)5)通航净空:30018m6)地震烈度:度,按度设防7)设计风速:26.3m/s(频率1%,10分钟平均最大风速(10m高度处)1.5 钢管拱肋构造拱肋为钢管砼组成的桁架结构,主跨拱肋拱顶截面高7.0m;拱脚截面高为14.0m,肋宽为4.14m,每肋上、下各两根122022(25
8、)mm,内灌60#砼的钢管砼弦杆,弦杆通过横联钢管71116mm和竖向钢管61012mm连接而构成钢管砼桁架,吊杆处竖向两根腹杆间设交叉撑,加强拱肋横向连接。拱肋中距为19.70m,两肋间桥面以上放置“K”形横撑,桥面以下的拱脚段设置“米”形撑,每道横撑均为空钢管桁架。拱肋与桥面交接处,设置一道肋间横撑。全桥共设横撑20道。1.6 拱肋吊装方案1.6.1 拱肋钢管桁架节段的划分拱肋钢管桁架顺桥向半跨分为11个节段,全桥共计22个节段,横桥向分为上、下游两肋,肋间由“K”形或“米”形撑相连,全桥共计20道,吊装时为单肋单节段吊安,因此拱肋共计64个吊装节段,最大节段吊装重量为118T(其中肋间横
9、撑最大吊装重量约40T)。1.6. 2 拱肋吊装方案1)方案总述拱肋节段安装采用斜拉扣挂式无支架缆索吊装方案。拱肋节段安装采用两岸对称悬拼,每半跨拱肋11个节段(22个吊段)、6个正式扣段,第一扣段含三个节段、第二、三、四扣段含两个节段,其余每一节段为一个扣段,含两个及以上扣段中,第一、第二节段采用临时扣索扣住,待第三节段就位后张拉正式扣索,同时拆去临时扣索,临时扣索采用钢绞线,每岸每肋各设两组,各扣段交换使用。节段为单肋安装,待上下游同一节段吊装就位后,安装节段间连接横撑,即完成一个双肋节段,单肋节段安装就位后,设置侧向浪风索。由于上下游主拱肋相距较远,所以只能分别利用上下游两套吊装系统进行
10、安装。吊装时,每根主拱肋桁段由该侧四组吊点抬吊;肋间横撑由于重量轻且位置居中,可由内侧两组吊点抬吊。2)拱肋吊装施工工艺流程3) 拱肋吊装施工现场布置拱肋吊装施工现场布置由起吊安装系统和拱肋扣索系统组成。拱肋扣索系统由扣塔、扣锚及钢绞线扣索等几部分组成,吊装系统由吊塔、吊锚及吊装索缆等构成,其中吊塔放置于扣塔之上,通过铰脚与扣塔相连。吊扣锚均采用岩锚重力式复合结构。现场总体布置如图所示。图1.2 拱肋吊装系统总体布置图1.7 拱上立柱、吊杆横梁及行车道梁吊装方案主吊装系统也承担着拱上立柱、吊杆横梁、行车道梁的吊装工作。主拱圈吊装合拢后,应着手进行拱上立柱吊装。拱上立柱最大长度约55m,吊装时应
11、将较长立柱划分为25m左右的节段以便于安装。立柱从工厂制作用船运至桥位处靠岸边位置,由于自重较小(不到15吨),可以用一个或两个吊点从拱圈空隙中起吊,超过拱圈后平移至安装位置并用辅助绳索帮助其安装就位。 吊杆横梁除两道加长横梁需在拱座江心侧预制场(位于拱圈下)预制外,其余均在建始岸预制场制作。利用主吊装系统外侧两组主索(共8根)完成吊杆横梁安装。拱圈下预制的加长横梁可直接吊装到位;其余吊杆横梁从拱圈上部平移至安装位置附近,调整起吊索使之从拱圈空隙穿过,再通过调整起吊及牵引索使之就位。 行车道梁也在建始岸预制场制作,其安装方法类似吊杆横梁。第二节 主 吊 系 统 布 置2.1总 述巫峡长江大桥位
12、于长江巫峡峡口上,地势险峻,地质条件复杂。按巫山县巫峡长江大桥施工图设计文件要求,钢管拱节段需采用缆索吊装方案施工,同时吊杆横梁、行车道梁安装均可利用缆索吊装系统实施。全桥共设两套主索吊装系统。为节约材料、加快施工进度,决定采用四川路桥建设集团专利技术复合式缆索吊机,将吊装索塔安置于扣塔顶部,吊装索塔与扣塔之间铰接,以最大限度减小对扣锚系统的干扰。缆索吊装系统设计时将每套吊装系统分为两组,可以方便地组合,便于吊杆横梁、行车道梁及拱肋安装。2.2 主吊装系统设计2.2.1主吊装系统选索及布置 主吊装系统主跨径576M,后锚端跨径为164m(巫山岸)及173 m(建始岸),与水平线夹角。全桥共设两
13、套主索吊装系统,每套系统各种钢绳的规格如下表所示:表2.2 主吊装系统钢索规格表(起吊索走8线) 名 称项 目主 索起 吊 索牵 引 索缆风索(压塔索)型 号满充式钢丝绳(CFRC836SW-56mm)439S+5FC-22m不扭转提升钢丝绳637+1637+1根数-直径2456482222282247.5每沿米()14.981.982.7687.929截面积()1667208294.52843.47钢丝直径1.23.01.01.701.32.2抗拉强度(Mpa)1960187015501550破断拉力(KN)2500325.0456.501205.0张力安全系数3.0415.1474.702
14、4.112.2.2复合式缆索吊机设计参数及计算结果(一套,起吊索走8线)跨 径 576m主索垂度 空1/16.054重1/12.5设计吊重 118T1.1+39.84=169.64T56CFRC钢丝主索 24根主索重载安全系数 3.05428牵引索22线牵引索安全系数4.702牵引卷扬机拉力 97.09KN22起吊索48线起吊索安全系数5.147起吊卷扬机拉力63.14KN吊塔对扣塔的竖向压力(最大) 约7500KN吊塔对扣塔的水平推力(包括风力) 约50KN(用平衡索调整)2.2.3卷扬机选择1)8台10T摩擦式滚筒卷扬机(线速度恒定)牵引;2)8台8T摩擦式滚筒卷扬机(线速度恒定)起吊;3
15、)8台8T普通中速卷扬机牵引最不利位置辅助牵引。2.3 工作天线系统2.3.1工作天线的选索及布置为便于两岸小件物资设备的运输交流,另设置两套工作天线,上下游各一组。主吊装系统主跨径576m,后锚后锚端跨径为164m(巫山岸)及173m(建始岸),与水平线夹角。各种钢绳的规格如表2.3所示。 表2.3 工作天线钢索规格表 名 称项 目主 索起 吊 索牵 引 索型 号637+1637+1637+1根数-直径2247.52419.5219.5每沿米重()7.9291.3261.326截面积()843.47141.16141.16钢丝直径2.20.90.9抗拉强度(Mpa)155015501550破
16、断拉力(kN)1305.0179.00179.00张力安全系数5.1007.0944.5442.3.2工作天线设计参数及计算结果(一套)跨 径 576m主索垂度空1/18.085重1/14设计吊重 50.01.2+29.84 =89.84kN47.5普通钢绳主索 2根主索重载安全系数5.10019.5牵引索1线牵引索安全系数4.544牵引卷扬机拉力 37.83KN19.5起吊索4线起吊索安全系数7.094起吊卷扬机拉力27.35KN2.3.3卷扬机选择1)4台5T普通中速卷扬机牵引;2)4台5T普通中速卷扬机起吊;2.4 吊具设计2.4.1 概 述拱肋吊装系统吊具包括缆索跑车、起吊滑车组、吊点
17、分配梁、吊点、夹具等结构。全桥共布设四组主索,每组上设置两套吊具共计8套。吊具数量、规格汇总如下表。表2.4 吊具数量、规格汇总表序 号名 称规 格数 量备 注1缆 索 跑 车248套2吊点滑车组338套3吊点分配梁4根4吊 点 夹 具16套2.4.2缆索跑车设计1) 设计依据及技术指标a. 承重主索456mm;起吊索22mmb. 跑车轮直径与主索直径的关系D=25dc. 跑车承受的竖向力T=600KNd. 各部位应力安全系数K=2.02) 跑车结构设计 (跑车结构设计如图所示) 表2.1 跑车总体设计图2.4.3 起吊滑车组设计1) 设计依据及技术指标a. 起吊绳走线数8线;b.起吊绳直径2
18、2mmc.滑车组直径与起吊绳直径之比为D/d=25d.滑车组采用滚动轴承e. 各部位应力安全系数K=2.02) 起吊滑车组结构设计 (起吊滑车组结构设计如图2.2所示) 图2.2 起吊滑车组总体设计图2.4.4吊点分配梁设计1) 分配梁的功能和作用拱肋吊段是由相应的两组缆索上的吊点起吊,吊点间的距离为6.0m;拱肋宽度2.92m(两主管中心距),为确保吊绳垂直受力及各吊点受力均匀,在吊索下部放置分配梁,以调整吊绳间距,保证拱肋两侧自动平衡,便于其安装就位。2) 分配梁设计依据及技术指标a. 分配梁为简支梁,梁端力均为F=425KN,间距为L=6.0mb. 梁中部拱肋提供的力为F,=425KN;
19、间距L=2.92mc. 分配梁应力安全系数K=2.0d. 跨中挠度 f 2mm3) 分配梁结构设计图2.3 起吊分配梁总体设计图2.4.5砼配重块设计吊点砼配重块的作用是使吊点在没有吊重时,能够自由下降,配重的大小受起吊绳走线数、滑轮组数率及索跨大小等因素控制。配重块放置于每组吊点上。1) 配重块重量的计算起吊绳每间隔30m设置一个承索器,那么由于起吊索的松驰而产生的张力T1=gl2/8f。式中:g起重绳每延米的重量g=0.0277KN/m l相邻两承索器间的距离l=30.m f相邻两个承索器间起吊绳的松驰垂度f=1.5m将数值代入T1计算式中得 T1=0.0277302/(81.5)=2.0
20、76(KN)起重索运行阻力T2=(1-a+b+c)式中T1起重索松驰张力T1=2.076KN滑轮组效率系数=0.98a 动滑轮数a=3b定滑轮数b=4c承索器滑轮数c=20将各值代入T2计算式中得T2=2.076(1-0.983+4+20)=0.872(KN)砼配重件计算重量:G=KT1+T2式中K起重绳线数即G=82.076+0.872=17.48(KN)配重取作30KN2) 砼配重块结构设计每个吊点配重30KN,由两块实体砼实体提供,每块重15KN; 2.4.6 承索器设计1) 承索器的作用与功能缆索吊装系统主索跨度达576m,由起重索和牵引索的垂度引起的松弛阻力将极大地影响到起吊力和牵引
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