人行景观桥缆索吊计算书.pdf

平江县汨罗江人行景观桥缆索吊缆索吊计算书计算书编制：编制：审核：审核：批准：批准：湖南望新建设集团股份有限公司湖南望新建设集团股份有限公司汨汨罗江人行景观桥项目部罗江人行景观桥项目部2016 年 7 月目目录录1 1 编制说明编制说明.1 11.1 适用范围.11.2 编制依据.12 2工程概况工程概况.2 22.1 桥梁概况.22.2 缆索吊机总体设计说明.33 3缆索吊机计算缆索吊机计算.8 83.1 主索计算.83.2 起重索计算.113.3 牵引索计算.133.4 扣索计算.153.4.1 大拱扣索索力计算.153.4.2 小拱扣索索力计算.223.5 缆风索计算.233.6 主塔计算.283.7 锚碇计算.323.7.1 主锚碇 Zac 计算.323.7.2 主锚碇 Zb 和 Zd 计算.393.7.3 扣索锚碇计算.403.7.4 塔架及拱肋侧缆风锚碇计算.40汨罗江人行景观桥缆索吊机计算书11 编制说明编制说明1.1适用范围适用范围本计算书适用于平阳县汨罗江人行景观桥缆索吊机计算校核。1.2编制依据编制依据(1)汨罗江人行景观桥施工图（上海城建市政工程（集团）有限公司市政公用工程设计院）；(2)公路桥涵施工技术规范（JTG/T-2011）；(3)公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）；(4)路桥施工计算手册（周水兴等，人民交通出版社，2001）；(5)市政工程施工计算实用手册（段良策，人民交通出版社，2009）；(6)缆索起重机（严自勉，顾斯照，中国电力出版社，2010）；(7)钢管混凝土拱桥技术规范（GB50923-2013）；(8)工程现场调查、采集、咨询所获取的资料。汨罗江人行景观桥缆索吊机计算书22工程概况工程概况2.1桥梁概况桥梁概况拟建人行景观桥位于平江县城中心区，横跨汩罗江，西起沿江路与启明路交叉口附近，东至天岳广场临渊路。桥位西岸为平江县老城区，主要道路有民建路、沿江路、启明路，以及大型居民区、建设中的沿江风光带，西侧在建有宏远城开发商项目；东岸为县城新城区，已建成大型文化广场天岳广场、大型居民区。2.1 总体布置中承式钢结构拱桥，跨径布置为 136+69m，中跨桥面宽度为 6m，桥台处桥面宽度为8m。吊索纵向间距为 5m。主梁采用钢箱梁结构，梁高 1.4m；吊杆采用挤压式钢绞线，上下锚固采用耳板结构。本桥拱桥跨径较大，桥宽较窄，主梁通过吊索悬吊于主拱上，主梁与拱肋横撑及桥台之间设置支座连接，为半飘浮体系。桥跨中间设置横向阻尼器。桥梁效果如图 1所示。图 1 汨罗江人行景观桥效果图2.2 主梁设计主梁采用钢箱梁结构，梁高 1.4m。中跨桥面宽 6m，桥台处桥面宽度为 8m，采用钢箱梁加悬臂结构，顶板设 1%的双向横坡。钢箱梁是由桥面顶板、底板、腹板、纵隔板、横隔板等组成的单箱单室薄壁结构。主梁采用钢箱梁，主要材料采用 Q345D，标准钢箱梁纵向为 5m 一节，标准段横向桥面宽度为 6m。钢箱梁梁高 1.4m，顶板板厚 14mm，底板厚 12mm，腹板厚为 12mm。顶、底、腹板均采用一字形肋加劲。标准段普通横隔板间距为 2.5m，厚为 16mm。根据制造、运输、安装的需要，全桥钢箱梁共划分为 3 种类型，标准梁宽为 6m，汨罗江人行景观桥缆索吊机计算书3边支点拱肋处及桥台处梁宽 8m,。梁段间均采用焊缝连接。主梁与吊杆锚固采用耳板型式。2.3 拱肋设计本桥拱肋分为大拱与小拱。大拱拱肋跨径约 136m，矢高 55.2m，矢跨比为 1/2.46；小拱拱肋跨径约 69m，矢高 20.9m，矢跨比为 1/3.30。主拱两端从桥面中央穿过主梁，大、小两拱相交位置在桥墩处作外扩处理，以使大、小二拱肋均形成三点支撑的结构。大小拱肋撑开位置与主梁中心线投影夹角分别约 5.69和 8.01。拱肋采用钢结构，拱肋整体线形由斜线、圆曲线、多次抛物线组成，力求整体和谐，结构受力合理。拱肋外形均为矩形断面。钢结构部分为空心箱形断面，在桥墩两侧 17-18m 附近设置钢横梁，钢横梁上设置支座与主梁相连，提高拱肋的横向稳定性。拱肋全宽 2m，大拱支点处拱肋高 4.8m，大拱顶点处拱肋高 2.4m；小拱支点处拱肋高 2.4m，小拱顶点处拱肋高 2.0m。钢结构拱肋顶、底板均厚 20mm，腹板厚 16mm，拱肋根部处顶、底板及腹板均加厚至 30mm。拱肋与吊杆锚固采用耳板型式。2.4 吊杆设计吊杆索体采用符合 GB/T5224-2003 标准的钢绞线为斜吊杆，钢绞线标准强度1860MPa，低松弛高强度。斜吊杆在主梁顺桥向标准水平索距为 5m，全桥共有斜吊杆 26对。索体内层为 7 根环氧喷涂钢绞线，绞线束缠纤维高强聚脂带，再挤塑双层高密度聚乙烯（PE），钢绞线符合 GB/T25823-2010单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线标准要求，。斜吊杆外设双层 PE 护套，外层颜色暂定为乳白色，最终色彩可根据景观要求选用。斜吊杆在主梁上及拱肋上均采用采用叉耳栓吊于耳板上，在主梁上采用挤压式锚具进行张拉。斜吊杆两端锚具（包括连接筒）在安装就位前后均需在外表面涂上符合无粘结预应力筋专用防腐润滑脂（JG3007-93）要求的专用防腐润滑脂。2.2缆索吊机缆索吊机总体设计说明总体设计说明根据桥型结构及现场勘测情况，缆索吊索跨布置为：224m（西岸边跨）+236m（主跨）+105m（东岸边跨）。对应上、下游拱肋各布置一组主索，每组主索的额定净吊重为 65t，每组主索设置两台跑车，每组主索的两个吊点可独立升降、两个跑车同步运行。1、缆索吊机主要用于本桥上部结构构件的吊装，主要包括主拱拱肋、横撑、主梁等。全桥由两跨构成，分别对应大拱和小拱。汨罗江人行景观桥缆索吊机计算书4大拱顺桥分为西岸段（共计一段）、西岸段（共计一段）、合拢段（共计一段）、东岸段（共计两段）、东岸段（共计两段）和东岸段（共计两段）。小拱顺桥向分为西岸段（共计两段）、合拢段（共计两段）和东岸段（共计一段）。每个节段均由 4 台跑车联合抬吊。拱肋起吊区设于 1#拱座两侧，分别用于大拱构件（含拱肋和主梁）和小拱构件（含拱肋和主梁）的起吊。1#拱座上方的主梁的起吊区位于 2#拱座和东岸塔架之间。如图 4 所示。2、本缆索吊装系统主要由塔架、缆索、索鞍、跑车、锚碇、扣索等系统及电机设备组成。3、塔底与基础为铰接关系，A 塔和 C 塔的高度均为 81m，B 塔和 D 塔高度均为 72m。塔架采用大型贝雷桁架（销孔距 4m2.14m）组拼。4、缆索系统由主索、牵引索、起重索、缆风绳等部分组成。主索共设两组，每组由 6 根47.5mm 纤维芯钢丝绳组成，主索锚固于主锚碇，支承于索鞍弧板，索鞍弧板与塔架固结为整体。在主索安装及调索阶段，主索可沿索鞍弧板滑动；在吊装阶段，通过夹板将主索锁定在索鞍弧板上，使主索与索鞍不能相对滑动。牵引索走 2 布置，选用28 的纤维芯钢丝绳，采用循环牵引方式穿绕。每组主索的两台跑车设置一台双向牵引卷扬机，使两台跑车同步行走。起重索走 10 布置，选用20mm 的进口高强钢丝绳；每组主索设置两台起重卷扬机。牵引卷扬机和起重卷扬机均锚固于东岸塔架内部，塔架内部预设安装平台。钢丝绳经牵引卷扬机和起重卷扬机引出，沿塔架内部垂直上行，然后通过塔顶转向轮进入主跨。缆风绳设临时前缆风，后缆风，侧缆风和通缆风，用于抵抗两岸塔顶的纵、横向水平力。5、跑车共设 4 台，每组主索两台（用连接索连为整体），间距 15 米，同步牵引，但均可独立起重操作。起吊系统由跑车、起重滑轮组、配重块、吊点等组成。6、全桥设有 3 个主索锚碇，分别为 Zac、Zb 和 Zd（其中，A 塔和 C 塔共用一个锚碇，B 塔和 D 塔各自对应一个锚碇）；4 个塔架及拱肋侧缆风锚碇（分别为 Ca、Cb、Cc 和 Cd）；2 个拱肋侧缆风锚碇（分别为 Cb和 Cd）；3 个扣索锚碇（分别为 Kac、Kb 和 Kd）。除 Zac 锚碇采用桩台式锚碇外，其余锚碇均为重力式锚碇。7、扣索采用钢丝绳。每道扣索均由两条钢丝绳组成（两条钢丝绳通过设置于扣点的平行轮连通），扣点设在拱肋前端，收紧端设在锚碇，中间通过布置于塔侧的转向滑轮转向；拱肋侧缆风索固定端设在拱肋前端，收紧端设在侧锚碇。汨罗江人行景观桥缆索吊机计算书58、由于主跨跨度不大，根据以往施工经验，不必设置支索器。主索、牵引索及起重索采用分层布置方式穿绕，可确保在跑车空载或重载运行过程中各缆索之间不会发生干涉和扭绞现象。9、电机设备主要有卷扬机和控制柜，牵引索选用 10 吨卷扬机，全桥共 2 台；起重索选用 5 吨卷扬机，全桥共 4 台；主索调整索选用 5 吨卷扬机，全桥共 10 台。扣索选用 5 吨卷扬机，全桥共 9 台。10、缆索吊机工作状态单根主索最大张力为 33.7 吨，最大矢跨比：1/10。缆索吊布置如图 2 和 图 3 所示。6图 2 缆索吊平面布置图汨罗江人行景观桥缆索吊机计算书7图 3 塔架顺桥向视图83缆索吊机计算缆索吊机计算缆索吊机参数拟定取值如下：主跨：236m；最大垂度：23m；两吊点距离：15m；两吊点（跑车、吊具及其间钢丝绳）重量：9t；额定净吊重：65t（单组）/130t（双组）；以下将根据上述参数进行校核。3.1主索计算主索计算根据路桥施工设计手册，主索垂度可根据施工经验而定，一般为L18/114/1。相同吊重情况下主索垂度增大可以减小主索受力，但是会增加跑车牵引绳的拉力。根据以往的多个施工案例，垂度可取主索跨度的10/1，此处垂度取 23m，此时缆索吊装系统经济性较高，在跑车牵引索设计时留意校核即可。关于该取值可行性的进一步论述，可参阅缆索吊装系统主索垂度的优化（华东公路，No.5，2001）或缆索起重机主索垂度与主索及牵引索张力关系（木工机床，No.4，2013）。当主索垂度取 23m 时，跑车额定吊重位于跨中时，主索最低点距拱顶约 11m，起重净空间充足。由于上下游两组主索相同，只需校核其中一组主索即可。单组主索初选 6 根47.5mm（637+FC）钢丝绳，每根钢丝绳钢丝总断面积A=843.47mm2，钢丝总破断拉力 Ta=1409KN（公称强度 1670MPa），查表可得换算系数为0.82，因此单根47.5mm 钢丝绳破断拉力为 117.6t。两岸塔架高度相同，主索弦倾角为 3.1，单根主索单位重量 7.93kg/m，并用根数6，因此主索自重荷载强度mkgmkgg/6.47/93.76；由于不设置支索器，主跨内牵引索和起重索对主索产生的集载tP97.02。额定吊重tP651，两吊点合重tQ10。因此缆索吊集中荷载ttttQPPP75997.06521当跑车运行至主索的跨中时，主索的张力最大，以下计算该工况下主索的受力。9主索的水平张力H可由下述公式计算（根据路桥施工计算手册P456 例 14-1）：tmmmkgmmtfgLaLPH195231.3cos8236/6.4741523675cos842max2max式中maxf主索垂度；a两吊点间距离；P集中荷载；弦倾角；L主索跨度。上式中，P未考虑冲击系数的影响，主要原因在于起重索所采用的卷扬机为慢速卷扬机，且吊具动滑轮组有 5 片滑轮片，吊物的起升或急停的加速度很小，并且该部分冲击会转化为各绳、索的弹性变形功（绳、索会产生弹性伸长），因此只按静拉力计算主索受力。具体论述，可参阅缆索起重机（严自勉，顾斯照，中国电力出版社，2010）第 38 页或者路桥施工计算手册第 456 页。主索在高支承处的垂直分力 V 可由下述公式计算：tttmmkgHPLgV7.531.3tan1951.75212361.3cos/6.4721tan21cos21因此，当跑车运行至跨中处时主索的张力maxT可由下述公式计算ttVHT2027.531952222max因此，主索安全系数 0.35.320266.117KttTTK，主索强度满足要求（公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011 第 345 页）。10当考虑弯曲应力时，主索的最大计算应力：MpaMPaMPammtMpatmmtFTEnPFTk6.4556.56399647.843202756006675647.84320222maxmaxmax式中，P荷载总重；F主索截面总面积；n 行车轮数；安全系数 27.36.4551670maxMpaMpa，满足要求。当考虑接触应力时，主索的最大计算应力：MpammmmMpammtDdEFTk6766002.275600647.843202min2maxmax式中，d组成主索的钢丝直径（mm）；minD平滚的最小直径（mm）；安全系数 25.26761670maxMpaMpa，满足要求。为了保证主索的最大张力不超过容许值，须求出主索的安装张力0H 及安装垂度0f，以便用0f 控制主索架设时的高程。这时，作用于主索上集中荷载为不计拱肋重量的跑车空载重量以及起重索和牵引索对跑车产生的集载。当行车位于跨中，主索的张力可由张力方程求得。张力方程式：024coscos2)324cos2220022222030nknknkAEGAEGPPLxLxHGGPPHAEHH式中0P 跑车空载重量（含起重索和牵引索所产生的集中荷载tttP1097.090）其余符号的意义及数值同前。代入数值求得各项系数后上式可化为：0 .912127126877.62362030HH11用 Excel 或其他一元三次方程求解程序，解得tH6.420相应的跨中安装垂度：mtmmkgmmttHgLaLQPf7.207.421.3cos8236/6.47415236997.0cos84202203.2起重索计算起重索计算起重索穿绕原理图 4 所示：12卷扬机卷扬机图 4起重索穿绕示意图起重绳选用20mm(631WS-PIWRC 2160)进口高强钢丝绳，该型号钢丝绳最小破断力 31t，校核过程如下。起重跑车共两个，每个跑车的动滑轮组滑轮片 5 片。最大净吊重 65t，每个吊点的配重块及吊具（不含跑车自重及滑轮组内起重索自重）约 3.5t，因此每个动滑轮组受力t633.5t265tF动5 片动滑轮组（采用滚珠轴承，滑轮效率98.0）由 10 根钢丝绳共同承重，起重钢丝绳活头拉力起F可由下式计算（根据市政工程施工计算实用手册P855）：tttF2.46.83698.098.098.036F12431643动起式中滑轮效率，采用滚珠轴承时为 0.98。20mm 钢丝绳破断拉力 tF31因此起重钢丝绳拉力安全系数 57.52.43.1311KttFFK起，满足要求。式中考虑拱肋两点起吊不均匀受力和起吊时冲击影响，一般取5.13.1，此处取3.1；滑轮组和转向滑轮的直径mmD300起重索接触应力：MPammmmMPammtDdEAFk7113005.17560077.1632.43.12minmax13式中d钢丝直径；A钢丝总断面积。应力安全系数304.37112160max2MPaMPaK，满足要求3.3牵引索计算牵引索计算跑车离塔架越近，牵引索的受力就越大。牵引索的最不利工况为：吊运大拱西岸段（节段重量 103t，每组主索各承担 51.5t）就位，此时两跑车中心与塔架的最近距离为 35m，计算跑车处于该位置时牵引索的索力。将两跑车对主索的荷载以一个集中力xP代替。为了求解该工况时牵引力的大小，需要求出两跑车中心距塔架 35m 时，跑车的升角。主索张力普遍方程式为：024coscos)(2)()(324cos222222223nknkxxnkxxAEGAEGPPLxLxHGGPPHAEHH式中xH 跑车位于 x 处主索的水平张力；x跑车中心与塔架的距离，此处为 35m；nA 主索钢丝截面积之和，此处为 5060.8mm；P集中荷载，此处为 75t；xP 跑车位于 x 处时的集中荷载，此处为 51.5t+0.97t+9t=61.5t；G均布荷载，此处为 11.2t；H最大水平张力，此处为 195t；L主跨，此处为 236m；弦倾角，此处为 3.1。代入以上已知数值，可得09.127566540771.694323HHx使用一元三次方程计算器求解，可得tHx4.121因此，设此时升角为，则143.025.0054.0)236756/00793.0(4.1212)236352(-1.3tan)(22-tantanmtmttmmLPgHLxx可知此时升角为9.16牵引索的总牵引力由三部分组成：1、跑车的运行阻力1W；2、起重索的运行阻力2W；3、后牵引索的松弛张力3W。跑车的运行阻力为：tttfPPWxx5.189.16cos5.6101.09.16sin5.61cossin1式中，跑车升角；P总重量；f钢丝绳与跑车间的运动阻力系数，此处取 0.01；简便起见，按近似法计算（参见市政工程施工计算实用手册P863），可得牵引索的总牵引力ttWW205.181.12.11.11根据牵引索的穿绕方式，考虑效率折减，牵引卷扬机端头收紧拉力F与跑车所需总牵引力W的关系是：WF 298.098.0可得ttWF3.1094.12098.098.02选用mm28（637FC，1770）钢丝绳，其破断拉力为T=42.7t，牵引绳的安全系数 41.43.107.42ttFTK，满足要求（公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011 第 345 页）。考虑接触应力的安全系数15MPammmmMPammtDdEAFk6263001.17560052.2943.102minmax安全系数28.26261770maxMPaMPaK（路桥施工计算手册P460）因此，在没有帮牵索等措施辅助时，只要两跑车中心离塔架距离不小于 15m，牵引索仍是安全的。牵引索安装方式如图 5所示。塔架绞车起重跑车图 5 牵引索穿绕示意图3.4扣索计算扣索计算3.4.1大拱扣索索力计算大拱扣索布置如图 8所示：图 6 扣索布置图所有节段中，仅西岸段拱肋的扣索经塔侧转向轮转向后再锚固于扣索地锚，其余16节段扣索均直接锚固于扣索地锚。由于每个拱肋节段就位后就立即与前一个已安装节段栓接，因此，各吊装节段之间为固接关系，各吊装节段的对应的扣索索力求解问题为超静定问题。由此会带来两个不利因素：1）各段扣索的索力不明确（只能知道各段扣索相对于拱脚销铰的力矩之和等于拱肋节段自重之和产生的力矩，不能明确各段扣索的具体索力）；2）扣索索力不明确将导致拱肋不仅受轴向力作用，而且受弯矩作用。为了解决上述问题，计算时将各吊装节段的接头假定为铰接，则扣索索力求解问题变为静定问题，可求出各段扣索的具体索力值。由于扣索索力求解的前提是各吊装节段接头假定为铰接，因此施工时，只要按照扣索索力计算值结果施加索力，则理论上各吊装节段仅受轴向力作用而不受弯矩作用。在施工过程中，应对拱肋接头标高和扣索索力进行双控，以标高控制为主，索力控制为辅。由于扣索为大直径钢丝绳，索力监控较为困难。为了施工方便和索力监控方便，在扣索的调整端设置动滑轮组和定滑轮组，通过穿绕于定滑轮组合动滑轮组之间的调整索对扣索的索力进行调整。扣索调整索采用直径 19.5mm 的麻芯钢丝绳进行调整，一般按照走 16 布置，因此调整索的索力值不大于 3t，可采用旁压式钢丝绳索力计进行索力监测，索力计实物如所示。图 7 索力计实物图由于大拱的东岸半拱和扣索锚碇关于桥轴线对称，只需计算其中一个半拱的扣索索力即可，以上游半拱为例计算其索力值。东岸拱肋侧缆风锚碇的标高与里程号与 1#拱座接近，因此拱肋侧缆风对拱肋产生的垂直分力很小，可以忽略；西岸拱肋由于拱肋侧缆风地锚里程号小于 0#拱座，因此该拱17肋侧缆风索会对拱肋产生向上的分力，该分力可以减轻扣索的索力。设该垂直分力、人员和机具在拱肋上作业时所产生的合力tF3施工（1）西岸扣索计算工况一：西岸段已扣挂、其他节段尚未安装西岸段安装后，扣索受力如下图所示图 8 西岸段扣索受力图西岸段扣索扣挂角度所示，根据力矩平衡原理可得m9.19m7.2311IITGmG西施工解得tT7.56西工况二：西岸段和西岸段均已扣挂西岸段和段拱肋扣挂示意图如下18图 9 西岸段和段扣挂示意图在悬拼扣挂时，西岸段与段接头连接方式假定为铰接，铰接点位于拱肋底板接头处（图中1O点）。根据西岸段段拱肋力矩平衡可得m2.30m4.267.11IIIITGmG施工解得tTII7.23西IIG、施工G和IIT西三个力产生的合力tFII55，矢量方向如图 9所示。因此，西岸段拱肋受到重力IG、扣索拉力IT西和IIF的共同作用根据力矩平衡可得mTmGmFIIII9.19111.12西解得tTI2.90西（2）东岸扣索计算东岸的两个半拱与西岸半拱不在同一个平面上，因此东岸扣索不在西岸半拱面内。简明起见，将东岸半拱及其扣索在西岸半拱面内的投影所示的几何尺寸视为等同于实际19尺寸。工况一：东岸段已扣挂、其他节段尚未安装东岸段安装后，扣索受力如下图所示图 10 东岸段扣索受力图东岸段扣索扣挂角度所示，根据力矩平衡原理可得m9.12m1.102.4IITGmG东施工东解得tT1.26东工况二：东岸段和东岸段均已扣挂东岸段和段拱肋扣挂示意图如下图 11 东岸段和段扣挂示意图在悬拼扣挂时，东岸段与段接头连接方式假定为铰接，铰接点位于拱肋底板接头处（图中1O点）。20根据西岸段段拱肋力矩平衡可得m2.20m8.207.9IIIITGmG东施工解得tTII9.31东IIG、施工G和IIT东三个力产生的合力tFII7.76，矢量方向如图 9所示。因此，东岸段拱肋受到重力IG、扣索拉力IT东和IIF的共同作用根据力矩平衡可得mTmGmFIIII9.122.41.6西解得tTI8.59西工况三：东岸段、段和段均已扣挂在悬拼扣挂时，第段拱肋与第段拱肋连接方式假定为铰接，铰接点位于拱肋底板接头处（图中1O点）；第段拱肋与第段拱肋连接方式假定为铰接，铰接点位于拱肋底板接头处（图中2O点）。21图 12 东岸段、段和段扣挂示意图根据第段拱肋力矩平衡可得mTmGIIIIII8.13m4.27F8.11西施工解得tTIII5.53IIIG、施工F和IIIT西三个力产生的合力tFIII4.90作用于第段拱肋，矢量方向如图 12所示。因此，第段拱肋受到重力IIG、扣索拉力IIT东和IIIF的共同作用根据力矩平衡可得mTmFmGIIIIIII2.201.57.9东解得tTII5.51东IIT东、IIG和II东T三个力产生的合力tFII6.177作用于第段拱肋，矢量方向如图 12所示。因此，第段拱肋受到重力IG、第段扣索拉力IT东和IIF的共同作用根据力矩平衡可得mTmFmGIIII9.122.32.4东解得tTI1.59东大拱拱肋全部扣索的索力值汇总如下表所示。工况西岸东岸扣索扣索扣索扣索扣索工况一56.7t/26.1/工况二90.290.2t t23.723.7t t59.8t31.9t/工况三/68.168.1t t51.551.5t t53.553.5t t根据钢管混凝土拱桥技术规范GB50923-2013 第 45 页，采用钢丝绳作为扣索时，扣索强度安全系数不小于 3。对西岸第段扣索而言，其最大索力为tF1.452/t2.90max扣（每个拱肋扣点由两条扣索共同受力），选mm56（637+FC）钢丝绳作为扣索，安全系数为2236.31.451641.45tttFK满足要求对西岸第段扣索而言，其最大索力为t9.112/t7.23max扣F（每个拱肋扣点由两条扣索共同受力），选mm30（637+FC）钢丝绳作为扣索，安全系数为349.116.47t9.11ttFK满足要求对东岸第段扣索而言，其最大索力为t342/t 1.68max扣F（每个拱肋扣点由两条扣索共同受力），选mm5.47（637+FC）钢丝绳作为扣索，安全系数为35.34.336.11734tttFK满足要求对东岸第段扣索而言，其最大索力为t 8.252/t 5.51max扣F（每个拱肋扣点由两条扣索共同受力），选mm5.47（637+FC）钢丝绳作为扣索，安全系数为36.48.256.1178.25tttFK满足要求对东岸第段扣索而言，其最大索力为t 8.262/t 5.53max扣F（每个拱肋扣点由两条扣索共同受力），选mm5.47（637+FC）钢丝绳作为扣索，安全系数为34.48.266.1178.26tttFK满足要求3.4.2小拱扣索索力计算小拱扣索布置如图 6所示：图 13 扣索布置图小工拱肋顺桥向划分为西岸段（共计两段）、合拢段和东岸段（共计一段）。其中，西岸段采用支架法，仅东岸段采用扣索扣挂，扣索经塔侧转向轮转向后锚固于主锚碇 Zb 和 Zd。东岸段安装后，扣索受力如下图所示23图 14 西岸段扣索受力图西岸段扣索扣挂角度所示，根据力矩平衡原理可得m8.15m9.20F10IITmG东施工解得tT46东对小拱东岸第段扣索而言，其最大索力为t232/t46max扣F（每个拱肋扣点由两条扣索共同受力），选mm5.36（637+FC）钢丝绳作为扣索，安全系数为31.3232.7023tttFK满足要求3.5缆风索计算缆风索计算3.5.1 塔架后缆风索计算两岸塔架后缆风受力接近，以西岸塔架为例计算后缆风索索力。（1）后缆风设计参数A 塔的后缆风索（背索）由 6 条mm5.47钢丝绳和 4 条mm28钢丝绳组成，单根破断拉力各为 117.6t 和 41.1t。（2）工况和荷载a、工况后缆风计算工况表 3-3工况编号荷载组合备注工况一跑车重载（额定吊重）位于跨中+风荷载此工况为后缆风的最不利工况24b、顺桥向风荷载不计缆索的风压，塔架迎风面积按外轮廓面积乘以折减系数 0.4。A 塔架横桥向塔架外廓尺寸为：宽 2.3m，高 81m。作用在 A 塔和 B 塔上，风力作用点在迎风面积形心上。A 塔顺桥向风力为（根据公路桥涵设计通用规范第 4.3.7 节）：tmKNAWkkkkkH5.174.0m81.3m2/45.038.10.151.16.175.022202532210横桥向风其中，k0设计风速重现期换算系数，取 0.75；k1风载阻力系数，取 1.6；k2考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，取 1.51；k3地形、地理条件系数，取 1.0；k5阵风风速系数，取 1.38；0W 基本风压值，参考“全国各气象站台的基本风速和基本风压值”，桥址处基本风压取 0.45KN/。而当风力大于六级时（对应的基本风压约 0.12KN/），缆索起重机已停止作业，处于空载状态，缆风及锚碇的安全储备充足。风力作用点位于形心，也即塔架中部，该风力产生的倾覆力矩为：mt709281mt 5.172塔高风HHM该倾覆力矩对 A 塔顶的等效横桥向推力tT8.8m/81mt709风（顺）c、吊重时主索对塔架产生的倾覆力矩当跑车额定吊重位于跨中处时，背索所需提供的平衡力矩最大，塔顶顺桥向水平推力为tH195maxd、扣索对塔架产生的倾覆力矩由于大拱西岸段扣索的主跨段和边跨段关于 A 塔对称，因此该扣索不对塔架产生水平推力。25由于 A 塔背索由 10 条mm5.47钢丝绳和 4 条mm28钢丝绳组成，因此背索安全系数31.4t/cos18195.8t/cos188t 1.414t6.1176K（容许）（3）计算结果后缆风索计算结果表 3-4工况A 塔B 塔背索受力（t）背索安全系数背索受力（t）背索安全系数工况一2144.12453.63.5.2 塔架前缆风和通风缆计算（1）设计参数塔架临时前缆风在塔架拼装阶段起到稳定塔架的作用，为了不影响拱肋吊装，在吊装阶段，放松或拆除有干涉的临时前缆风。每个塔架设置临时前缆风 2 条，规格为mm28钢丝绳，每根初张力 5t。由于吊装时主索与索鞍锁定，因此主跨内的 6 根主索兼具通风缆的作用，为了减小塔顶的顺桥向偏移量，在两岸塔顶增设 4 条通风缆，规格为mm24，每根初张力 5t（对应安装垂度为 2.8m）。（2）工况和荷载由于西岸边跨较大，背索对塔顶的约束能力较弱，塔顶偏移量较大，因此塔顶偏移量的计算以西岸塔架为例。a、工况跑车重载且位于跨中时，主索水平力最大，跑车空载且位于大拱西岸段拱肋上方时，主索水平分力最小。另外，大拱西岸段扣索的边跨段和主跨段关于西岸塔架对称，对塔偏不产生影响。宜宾岸前缆风和通风缆计算工况表 3-5工况编号荷载组合备注工况一跑车空载位于跨中规定此时 A 塔顶位置为初始位置工况二跑车重载（额定吊重）位于跨中此时 A 塔顶向主跨偏移（相对于工况一），偏移量达到最大值工况三跑车空载位于大拱西岸段拱肋上方（两跑车中心离 A 塔 35m）此时 A 塔顶向边跨偏移（相对于工况一），偏移量达到最大值b、主索对塔顶的水平推力工况一时，主索对塔顶的水平推力为 42.6t；工况二时，主索对塔顶的水平推力为26195t；工况三时，主索对塔顶的水平推力为 32.9t。（3）计算结果背索弹性力度mtmmmmmMPalFEKkk/19122418cos452.294647.84375600cos22221通缆风弹性力度mtmmmmmMPalFEKkk/1752361.3cos287.210647.84375600cos22222塔顶正、负偏移量绝对值之和cmmtmtttKKF44/175/1919.3219521max可见，为了减少塔顶偏移量，当缆索吊拼装完成后，将跑车开至工况三对应的位置，调整后缆风索索力，使塔顶向边跨预偏 44cm/2=22cm；当缆索吊处于工况二时，塔顶向主跨偏移 22cm。根据简易架空缆索吊（段良策，人民教育出版社，P226），对于支架底固结的钢木结构，塔顶位移不大于400/H（H 为塔架高度），对于支架底铰接的钢木结构，塔顶位移不大于150/H（H为塔架高度）。塔架横桥向为固接，因此 A 塔的塔顶横桥向偏移量应小于cm3.0281m/400。塔架顺桥向为铰接，因此 A 塔的塔顶顺桥向偏移量应小于cm5481m/150。可见，塔架的顺桥梁缆风索设置满足塔顶偏移量的要求。3.5.3 塔架侧向缆风计算由于主索和扣索对塔架仅产生竖向分力和顺桥向的水平推力，因此塔架侧向缆风只需要提供抵抗横桥向风荷载所需的稳定力矩以及足够的安全储备即可。计算横桥向风荷载时，不计缆索的风压。塔架迎风面积按外轮廓面积乘以折减系数0.4。A 塔架顺桥向外廓尺寸为：宽 4.6m，高 81m。风力作用点在迎风面积形心上。A 塔横桥向风力为（根据公路桥涵设计通用规范第 4.3.7 节）：27tmKNAWkkkkkH354.0m81.6m4/45.038.10.151.16.175.022202532210横桥向风其中，k0设计风速重现期换算系数，取 0.75；k1风载阻力系数，取 1.6；k2考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，取 1.51；k3地形、地理条件系数，取 1.0；k5阵风风速系数，取 1.38；0W 基本风压值，参考“全国各气象站台的基本风速和基本风压值”，桥址处基本风压取 0.45KN/（对应风级为 10 级）。风力作用点位于形心，也即塔架中部，该风力产生的倾覆力矩为：mt1418281mt352塔高风HHM该倾覆力矩对 A 塔顶的等效横桥向推力tT6.17m/81mt1418风（横）每个塔架的每侧设置一组侧缆风索，每组侧缆风索由 3 根28mm 钢丝绳组成。由于塔架仅在顺桥向为铰接结构，横桥向为固接结构，偏于安全考虑，不考虑固接结构所产生的稳定力矩。塔架侧缆风安全系数32.453cos/6.171.413ttK3.5.4 单节拱箱横桥向风荷载及缆风索计算时取拱箱侧面积为迎风面积，最长最大节段拱箱侧面尺寸近似为 37m4m。横桥向风力为：tmKNAWkkH11m47m3/45.02.142.12021横桥向风拱箱侧缆风采用 2 根mm24钢丝绳作为侧缆风绳，两根钢丝绳相互独立而不连通，28目的在于在调整缆风索时，即使其中一条缆风索出现滑脱等意外，仍有另一根缆风索可以保证拱箱的稳定。mm24钢丝绳的破断拉力为 29.4t，侧缆风与拱箱夹角 45。每根拱箱侧缆风初始拉力（预紧力）设为 5t。3.6主塔计算主塔计算3.6.1 塔架稳定性计算图 15 塔架受力示意图西岸塔架高度较高，以 A 塔为例，对其强度和稳定性进行验算。如图 15所示，塔架受到主索和背索对塔架竖直向下的分力，同时受到扣索对塔架产生的竖直方向的分力。A 塔受力最大工况为：大拱西岸段已扣挂、跑车额定吊重位于跨中。当跑车额定吊重位于跨中时，主索受到的水平张力（tH195），根据后缆风索（背索）与塔架的夹角，可知后缆风索（背索）的索力为ttHF20518cos195cos背29式中西岸背索与水平面的夹角因此后缆风索（背索）对塔架所产生的垂直分力ttFF6318sin205sinV背背根据 3.1 节计算结果可知，主索对西岸索鞍的垂直分力为tV7.53主根据 3.4 节计算结果及扣索角度可知，扣索对 A 塔的竖向分力tV1.10扣塔架前后缆风及侧向缆风对塔架的竖向分力tV20缆风每片贝雷片自重约 0.5t，A 塔有 19 节共 152 片，塔顶结构重约 10t，系梁重量的一半约 10t。因此，A 塔自重及其承担的系梁重量之和t9610105.0152AtttG塔塔底受力ttttttGVVVFFAV24396201.107.5363塔缆风扣主背塔底塔架断面由 8 片贝雷片组成，每片贝雷片由 4 根 12a 槽钢组成弦杆，塔架截面如下图所示：214021402572yx4532图 16 塔架截面该截面的几何参数如下表所示：30与贝雷片便桥或龙门吊的组装方式不同，该贝雷片塔架贝雷片两两相互垂直，由特制骑马螺栓和十字螺栓连接，贝雷片与贝雷片之间密贴配合，相互之间存在较大摩擦力，可视为一个整体。因此，贝雷塔架稳定性大大高于贝雷片便桥等结构。另外，虽然贝雷片销孔间隙不可避免，但该塔架的直线度优于贝雷便桥，不存在明显的挠度。塔架稳定性由长细比衡量，由上表可知，x 轴向的稳定性差于 y 轴向，x 轴向的回转半径 ix=1129mm。单个塔架的长细比为（偏于安全考虑，不计系梁和剪刀撑结构对塔架稳定性所起的积极作用）：1207.71mm1129mm81000ix塔H，长细比满足要求。贝雷片屈服强度345Mpa，塔架按b类截面考虑，查 钢结构设计规范GB50017-2003得稳定系数745.0。因此，塔架许用轴压力tFtnFs24394734.1345Mpa745.0mm49368A2塔底塔塔式中s贝雷片材料屈服强度；n强度安全系数，此处取 1.34（参见 起重机设计规范 GB/T 3811-20086.3.1.2.1 节内容）。整体稳定性满足要求。（2）塔架局部稳定性校核）塔架局部稳定性校核每节塔架由 8 片贝雷片组成，8 片贝雷片共有 16 根弦杆。再根据tF243塔底贝雷可知，塔底贝雷片每根弦杆受力t 1.15弦F。4m2.14m 贝雷片弦杆由两根 12#槽钢组成，弦杆稳定系数 0.78，每根 12#槽钢截面积212#36cm.15A槽。因此弦杆许用轴力31弦弦FtMpacmF6234.134578.0236.152每个塔架铰接轴为 4 根直径 120mm 的插销，共 8 个剪切面。每个剪切面所受剪切力为ttFT318/2438/剪切应力为MPaMPaMPaAT6.148334.1/34534.27/满足要求（参见起重机设计规范 GB/T 3811-20086.3.1.2.2 节内容）。局部稳定性满足要求3.3.2 塔架基础计算塔架基础计算要求塔架基础基底承载能力在 200KPa 以上，若达不到要求，则采用宕渣换填直至基底承载能力达到 200KPa 以上（公路桥涵地基与基础设计规范,宕渣承载力容许值为 200KPa）。拟定钢筋砼基础底宽 3.5m，顶宽 1.1m，高度 1.5m，塔架滑槽宽度 0.5m，长度 7m，砼扩散角 40 度。基底受到的压力ttmmmmG33591t243/5t.25.15.373t42FF基础底层贝雷片基底宕渣顶许用承载力t4905.37m20t/mF2m宕顶可知宕顶基底FF，满足使用要求。塔架基础截面如图 19所示。32500803001500