成都市地铁南站斜拉桥主塔设计

成都市地铁南站斜拉桥主塔设计

成都火车南站斜拉桥是一座斜拉桥，与单塔和两个单元的不同地形冲破预算混凝土。主塔高78.3m，内坡73.855，主塔南侧124m，辅助30m，北塔南侧93m，共结27m。主梁为双空心主肋,梁高2.1m,横梁标准间距6m,桥宽34.6m。拉索为扇形空间密索布置,南北两侧各16对,1～13号拉索南北对称,总共有64根,规格及型号如表1所示。1制作斜拉索和盘绕成圈该斜拉桥拉索采用τb=1670MPa的ϕ7高强镀锌钢丝制作,每根拉索包含钢丝从127～241丝不等,钢丝平行,同心同向作轻度扭绞,扭绞角2°～4°,再用包带扎紧,最外层挤裹2层高密度聚乙烯(PE)套作防护,里层为黑色高密度聚乙烯,外层为桔红色高密度聚乙烯,2层聚乙烯均具有良好的机械性能、耐候性能及抗老化性能。斜拉索由工厂制作盘绕成圈,运至施工现场。锚具采用单端张拉冷铸锚,主梁上为固定端,塔上为张拉端。2锚固的安装斜拉索的安装过程,就是将斜拉索的上下锚头穿入主梁及主塔上的索导管中,并在锚板上初步锚固的过程。首先,安装主梁上的下锚头,由16t汽车吊辅助安装。其次,安装主塔上张拉端锚头,安装过程中,必须提出并解决以下问题:①张拉端锚头与牵引装置的连接方式;②张拉端锚头的提升方式;③张拉端进入索导管前的调中方式;④不同长度、直径的斜拉索的牵引方式。2.1拉索的粘结与钢绞线的连接如图1所示,张拉端冷铸锚头内外均有梯形螺纹,不同型号的锚头螺纹直径及螺距不同,通用的自制联结器通过不同型号的连接螺母与锚头相连。1～13号斜拉索所需牵引力较小,采用前一种联结器,联结器与卸夹相连,卸夹再与牵引装置的钢丝绳连接。14～16号斜拉索所需牵引力较大,采用后一种自制联结器,通过5根15.24mm钢绞线与牵引装置相连。2种自制联结器受力较大(最大约560kN),故采用45号钢加工而成,并经调质处理,在1000kN压力试验机上加载试验,以检验螺纹的承载力,试验说明联结器承载力能满足斜拉索的安装要求,32对斜拉索的顺利安装也说明了这2种联结器的可靠性。2.2卷扬机装置设计传统的斜拉索安装,必须是大吨位的塔吊辅助卷扬机提升张拉端,但由于该桥是A形主塔,考虑到成桥后塔吊拆除困难,未采用塔吊方案,而是在主塔顶端用万能杆件拼装成桁架结构,并在上面挂转向滑轮,在桥面上设卷扬机进行提升(见图2)。桥面与塔顶高差64m,用卷扬机可将斜拉索的解索和提升一起完成,简化了操作。桁架悬臂4m,使提升点距塔身有4m的距离,便于调整斜拉索进入索导管角度,也防止了斜拉索在提升过程中扭转与塔身相碰划伤PE层。提升系统必须有足够的安全储备,在斜拉索正式提升安装前,对提升系统进行试吊,试吊重量是实际最大吊重的3倍。2.3预埋转向滑轮的确定该桥主塔为A形,内倾角73.8575°,从塔顶转向后的提升绳仅能将提升端竖直提升到索导管管口的水平面上,还必须将提升端水平拉至索导管管口处(1号索平移距离约9m,至16号索依次递减为0m)。在没有塔吊的情况下,采用在塔背上的相应位置预埋千斤绳并设转向滑轮的方法(见图3),1～10号索平移距离长,用5t卷扬机,通过塔背上的转向滑轮进行水平牵引,11～15号索平移距离短,用5t葫芦牵引。牵引过程就是提升端的调中过程,提升端牵引到相应索导管口后,操作人员乘操作挂篮到该索导管口安装牵引装置,在提升、牵引、调中3种装置的配合下,操作人员将上锚头送入索导管中,然后解除调中装置,开始牵引,提升装置放松后暂不解除,防止牵引装置失效,斜拉索从高空坠落(见图4)。2.4牵出索力的计算该桥共32对斜拉索,南北两端各16对,1～13号完全对称,14～16号不同(见表1)。不同的斜拉索有不同的长度、线密度、倾斜角,故要将上锚端牵出锚板的拉力不同,从短索至长索依次增大。以上锚头露出锚板10丝时的牵出力作为拉力的控制值,并以此为依据设计牵引装置。因斜拉索安装到位后垂度很小,故索力的计算采用抛物线理论,公式如下:Tmax=qL2cosβ1+L2+h216f2max+h2fmax−−−−−−−−−−−−−−√Τmax=qL2cosβ1+L2+h216fmax2+h2fmax式中,Tmax为最大牵引力(N);q为拉索单位重量(N/m);L为拉索跨度(上下锚板的水平投影距离,m);β为拉索倾角(°);h为上下锚板的高差(m);fmax为最大垂度(m)。通过不同的fmax试算不同的Tmax值,可以知道,在上锚头即将牵出锚板时索力变化很大,且牵出量对垂度的影响也越来越明显,综合以上因素判断牵出索力值的大小。计算的牵出索力值仅作为参考,实际安装到位的斜拉索可以通过张拉机油表读出的初始油压换算出斜拉索的牵出力,二者互相校核并导出下一根斜拉索的牵出力。实测值从20kN到560kN不等,与计算值差距很小。实际牵引时锚头可能会与锚板相碰使牵引力意外增大,设计牵引装置时应考虑到这一点。根据不同的牵出索力,将斜拉索做如下分类:1～5号为短索,6～13号为中长索,14～16号为长索。常规斜拉索的牵引装置,采用牵引杆或牵引杆与软牵引共同作用的方式,牵引动力均为千斤顶。但本桥跨度小,拉索牵引力较小,考虑到安装速度及操作的难易程度,不同的索力就采用了不同的牵引方式。2.4.1合链葫芦出链短索的牵出索力较小(20～60kN),直接用倒链葫芦牵出。其特点是牵引速度慢,操作人员劳动强度高,但准备时间短,易于控制和发现问题,安全度高。2.4.2柄动滑轮驱动系统中长索的牵出索力较大(65～350kN),用10t卷扬机,通过6柄动滑轮提高牵出力进行牵引。其特点是牵引速度快,操作人员劳动强度低,但准备时间长,安全威胁大,对操作人员的要求高。2.4.3斜拉索牵引张拉系统长索的牵出索力最大(380～560kN),普通的牵引方式不能满足要求,故采用软牵引装置(见图1),即是1个单向连续张拉系统。用5根ϕ15.24mm钢绞线,通过自制联结器与牵引端锚头相连,用钢绞线进行牵引。牵引的动力来自于1台100t的穿心式千斤顶,5孔锚具临时锚固。穿心式千斤顶每个行程20cm,仅用约10个行程,就可以将1根斜拉索牵出锚板。此方法的特点是:牵引过程平稳、连续,牵出力大(最大约900kN),安全储备高,对操作人员安全威胁小。3拉索及塔吊采用上述方法,斜拉索的安装顺利完成。火车南站斜拉桥因其结构和地理位置的特殊性,斜拉