空间预应力索桁架步行桥施工技术

1、施工技术C ONSTRUCTI ON TECH NO LOGY 2003年7月第32卷第7期空间预应力索桁架步行桥施工技术欧阳平(中铁十一局集团有限公司,湖北襄樊441003摘要208m 跨通天桥工程地处海峡,设计采用了空间预应力索桁架新型结构,本文介绍其结构与施工技术。关键词桥梁工程;预应力;空间预应力索桁架;步行桥;环氧喷涂钢绞线;索夹中图分类号T U7581166文献标识码A 文章编号100228498(20030720030203Study of Construction Technology of Spatial Prestressed C able W alking BridgeO

2、UY AN G Ping(No .11Chinese Railway Bureau Group Co .,Ltd .,Xiangfan ,Hubei 441003,China Abstract :T ongtian Bridge project ,whose span is 208m ,located in a channel.Engineers adopted a new structure ,the spatial pres 2tressed cable truss ,in the design of this bridge.In this article ,the author intr

3、oduces its structure and construction technologies.K ey w ords :bridge engineering ;prestress ;spatial prestressed cable truss ;walking bridge ;epoxy spray steel strand ;cord clip 收稿日期2003202221作者简介欧阳平(1964,男,江西吉安人,中铁十一局集团有限公司高级工程师,湖北襄樊市长虹路338号441003,电话:137*通天桥工程位于浙江省九龙山旅游度假区,包括主桥和引桥两部分。由于桥址位于海峡风口,风

4、力大,潮水急,海底深达30m ,故采用空间预应力索桁架结构,主跨长208m ,1跨跨越海峡。桥面采用拉板网结构,风阻小。该步行桥结构形式新颖、自重较轻、抗风性能好、跨越能力强,具有良好的景观效应(见图1。工程于2000年12月28日开工,2002年8月6日竣工。A 主缆;B 桥面缆;C 栏杆缆;D 抗风缆;E 北背缆;F 南背缆;G 主缆与桥面框架间系索;H 主缆与抗风缆间系索;I 抗风缆与桥面框架间系索;L 两主缆间系索;O 撑杆顶节点间系索;M 索塔;K 桥面框架;N 撑杆与抗风锚碇间系索图1通天桥示意1结构构造及特点该桥由承重索、背索、桥面索及抗风索等组成。其中主塔由塔基、撑杆组成,南北

5、各设2根撑杆,于南北塔基上横桥向呈“V ”形布置,东西塔顶节点通过塔顶系索O 相连,并通过索塔与抗风锚碇间系索N 锚固于抗风锚碇上。南北索塔顶通过承重主缆A 和背缆E 、F 连接。承重主缆为包PE 的环氧喷涂钢绞线,呈矩阵分散排列。承重缆和背缆与塔顶为销接方式。边跨背缆由包PE 钢绞线排列成六角形断面。桥面缆Bn 、Bs 由包PE 的环氧喷涂钢绞线并排而成,南北分2段,于跨中位置25号桥面框架处通过挤压锚连接。承重缆与桥面缆在跨中联结,跨间由系索G 相连,系索上端挂在承重缆索夹上,下端吊有桥面半框架,桥面缆用U 形螺栓倒扣在半框架横梁上。桥面缆两端用带压板夹片锚锚固于索塔墩体背面。半框架两侧立

6、柱作为栏杆立柱,上设扶手索C 及栏杆钢丝绳。桥面两侧设抗风缆D ,由包PE 的环氧喷涂钢绞线组成。抗风缆在跨中固结于桥面半框架下角,在跨间通过上、下系索H 、I 分别与承重缆及桥面半框架下角相连。抗风缆两端均用夹片锚锚固于抗风锚碇上。空间预应力索桁架桥结构具有以下特点:使用环氧喷涂与高密度聚乙烯护套的高强度钢绞线作为索材料,解决海洋结构的防腐问题;施加拉力后的空间索桁架,使结构的竖向和侧向刚度均有很大提高;承重索、背索、抗风索均为单根钢绞线分散排列合成的索,由索夹固定;桥面采用透风的拉板网结构,大大提高了结构抗风稳定性;索桁架所形成的6张曲形空间索面外观轻盈美观,桥3上、桥下畅通无阻。2施工工

7、艺流程撑杆管段加工现场焊接拼装南北塔搭设贝雷塔架搭塔架斜坡引道撑杆整体吊装就位利用贝雷塔架架设猫道在猫道上制作主缆主缆吊装架空运输索道架设安装桥面钢框架铺桥面缆转型猫道制作安装抗风缆桥面拉板网安装栏杆索安装调索装饰及防护清理场地。3关键施工技术311外倾撑杆整体安装技术承重主塔由塔基、撑杆组成,塔基为铸钢件,撑杆为钢管混凝土结构,杆身长27m,南北各2根。主塔撑杆采用“摇柱式”,下端为撑杆头与撑杆座组成的球形铰接式单柱结构,以适应桥梁由于温度、荷载变化导致索长、索力及空间节点位置变化。由于底部有脚铰,撑杆承受的荷载弯矩大幅度下降,31111加工制作撑杆座、撑杆头及顶节点等为铸钢件,在工厂加工制

8、作后与钢管一起运到现场,每一撑杆共分3段制作,吊放于作业平台上加法兰连接后施焊。31112吊装准备撑杆现场焊接检测合格后即可吊装。吊装前,先在南北塔基上搭设猫道的贝雷塔架,作为撑杆吊装过程的临时固定设施。根据钢管本身的承载力和刚度作吊点计算和验算,并使撑杆头稍下倾,便于撑杆头先放入撑杆座球铰内。清理桥址现场杂物,以便吊船定位、抛锚、吊装作业。31113撑杆吊装单根撑杆长27m,采用在平台上拼接成整体、单根撑杆整体吊装后压浆充填的方案。吊装采用浮吊,先将撑杆头放入撑杆座球铰内,然后将整根撑杆调整至基本竖直,在撑杆下部球铰外侧临时用钢丝绳和环形箍将撑杆底部固定,上部与贝雷架间采用滑轮组固定,滑轮组

9、可收放使撑杆上段竖直或倾倒,其它3个方向用<20mm抗风缆锚固(迎水面拉至对岸承台预留孔。两撑杆成“”形直立于塔体贝雷架两侧并与贝雷架连接牢固,在安装猫道和桥面主缆期间撑杆保持不动。31114撑杆就位主缆在猫道上编制、吊装后,通过放松撑杆与贝雷架间滑轮组使撑杆上段向外倾倒,逐步将撑杆由“”形转换成“”形,同时收放撑杆缆风绳,撑杆底脚环形箍也同时放松,将撑杆上段向两侧张开。在撑杆外倾过程中,主缆两端逐步远离,顺序完成8根主缆间系索L的安装。之后安装撑杆间系索O、背缆及撑杆与抗风锚碇间系索N,调节撑杆基本至设计位置。各系索及缆风绳可保持撑杆在上部结构安装及调索阶段的稳定性。31115撑杆压浆

10、主桥初步成型后,利用预留孔对撑杆进行压浆。压浆前,撑杆加劲肋两端与贝雷架用2道刚性杆连接,以解决撑杆压浆时的变形。312预应力索施工技术31211主索施工本工程参照悬索桥施工中的“预制平行束股法”进行主缆施工。在南北塔间架设1组猫道,作为主缆制作的场地和成型的模具,主缆在猫道上编制成型后整体吊装与撑杆顶节点连接。(1钢绞线下料主缆两端均为挤压锚,挤压施工后长度不可调整,因此长度控制尤为关键。实际下料时,按照“下料长度=修正后的无应力长度+施工长度”来进行控制。根据安装工艺,需设置1根基准索股来控制主索索夹及连接头安装位置和主索索长。在编束过程中,每根钢绞线均需调整成与基准索股相同的跨度和垂度,

11、则其所受拉力、线型及总长应与基准索股一样。下料后,选1根钢绞线作基准索股,在外包PE上根据监控提供的索夹间距,由中间向两端准确标记出索夹的位置。(2主缆编束主缆制作时必须采取措施保证索夹及连接头与主索各钢绞线之间的相对位置和角度,以确保全桥安装调索后主索线形及构件受力情况符合设计要求。先将钢绞线人工搬运至猫道上整齐排列,按自下而上、由中间向两端、对称的顺序安装索夹。安装时,索夹夹槽内用环氧树脂座浆,钢绞线呈矩阵排列,钢绞线与夹板分层安装并用螺栓夹紧。主缆是全桥受力的生命线,主缆内28根钢绞线受力要均匀,这是其施工过程中的控制原则。编束前,应先放基准索股来确定各钢绞线的无应力长度;为保证钢绞线在

12、安装过程中不缠扭,可根据钢绞线设计的排列顺序制作限位架,使同一根钢绞线在每个索夹中的位置一致,各钢绞线受力情况一致,以确保各节段间索长一致。索夹安装时,利用木制楔形块来实现相邻索夹间的相对转角。各钢绞线从1号索夹按照“就近排列”的原则穿过连接头底板,1号索夹与连接头间钢绞线要顺直,不得扭绞、交叉;同时要准确控制挤压锚具安装位置,使主缆内该段钢绞线长度一致,从而使各钢绞线受力均匀。挤压施工时挤压力不得小于260kN,确保挤压套与钢绞线之间的握裹力。(3主缆吊装吊装过程中撑杆尚处于不稳定状态,吊装前要对撑杆用临时背索、联系索等进行加固。牵引主缆的钢丝绳及滑轮组按照容许应力法进行验算,采用<3

13、6mm钢丝绳牵引。撑杆及缆风系统验算以刚度保证和稳定性为主,钢丝绳及滑轮组验算以强度保证为主。主索在猫道上编制成束、连接头拼装挤压、做索夹防护后,两端利用卷扬机牵引连接头至顶节点并与其销接。主缆吊装采用单端先起吊,另一端用钢丝绳与贝雷架临时连接的方法进行。起吊前解除主缆同猫道的一切联系,利用安装在撑杆顶部的导向滑轮及卷扬机缓慢提升至顶节132003N o.7欧阳平:空间预应力索桁架步行桥施工技术点,待连接头与顶节点就位后,插入销轴固定。31212桥面索施工该桥不设加劲梁,桥面系由桥面框架、桥面索、桥面拉板网等组成。桥面框架间距412m ,位于桥面缆下方,由U 形螺栓与桥面缆连接固定,拉板网直接

14、铺在桥面索上。桥面框架的安装顺序为先跨中后两端。为安装跨中处桥面框架,利用安置在南北塔基上的猫道贝雷架作塔架,架设1组往复式运输索道,索道牵引系统布置在桥梁中线位置。安装时将跨中各框架于北塔处吊起、通过架空运输索道将其水平运至设计位置,调整其高度并与承重主缆相连接。由于2根主索间距大于桥面框架长度,跨中框架与主缆连接前需在跨中利用倒链将两主缆拉近,利用索夹螺栓将其与框架连接。对一般框架,在猫道上人工搬运至设计位置,并与吊挂在主缆上的各吊杆销接。桥面索分南北2段。下料时,根据监控提供长度,设置3根定位索,在各定位索上作好分段标记。从猫道上将各钢绞线搬运至安装位置,顺序排放在桥面框架上并用U 形螺

15、栓将各索与桥面框架紧固定位,3根定位索分别安放在框架中部及两端,U 形螺栓拧紧;其余各索U 形螺栓稍松以便桥面索张拉。在跨中25号桥面框架两端将各桥面索挤压锚固, 南北塔处各索穿过塔墩体混凝土预留孔后用夹片锚锚固于墩体背面。张拉时,先张拉3根定位索并带动桥面框架就位,再张拉其余各索,将U 形螺栓与桥面框架拧紧。31213抗风索的制作及安装抗风缆制作工艺与主缆基本相同,但抗风缆是呈上拱,原猫道为下垂,不能满足抗风索安装的线形要求。因此桥面缆安装完成后,利用桥面框架及桥面索铺装木板作为抗风缆制作转型猫道,猫道宽4m 。其拱度基本符合抗风索在无应力状态下的线形,可保证抗风缆最终成型。在转型猫道上、桥

16、面框架立柱外侧制作抗风缆,索夹防护后,由安置在南北两岸的卷扬机分别牵引抗风缆两端至各抗风锚碇上,并用夹片锚锚固在抗风锚碇锚块混凝土上,在牵引抗风索就位的过程中,同时安装抗风缆与钢框架、抗风缆与主缆间的系索。抗风索于抗风锚碇前端以连接器进行连接,安装抗风缆后,先用锚碇后端夹片锚调索,再浇筑后浇混凝土,待混凝土达到设计强度后,将锚固段索张拉至018倍标准强度(见图2。图2抗风缆锚固构造示意(单位:cm 313上部结构调索上部索结构的形状与受力密切相关,除要保证索力准确外还应尽量保证节点坐标准确,为此,在上部空间预应力索桁架结构安装及调索时采用索长和索力双控制。考虑空间结构各索相互影响、撑杆的不确定

17、性及施工误差等因素,施工过程以索力控制为主,索长控制为辅,索长控制通过节点空间坐标来反映。在满足设计要求索力的情况下,各节点的空间位置可适当调整。调索工作分初步调整和最终调整2个阶段。初步调整目的是使各索均参与受力,节点基本到位;最终调整目的是达到设计索力和空间线形。按照各索索力的影响系数关系,确定调索的顺序为:背缆E 、F 索撑杆位置撑杆与抗风锚碇间系索N 桥面索B 抗风缆D 索栏杆索C 。调索时利用压力传感器和张拉千斤顶进行读数控制。调索方法:从1束缆索中受力最大的1根钢绞线开始调整,调整到适当的索力时,利用单孔锚具将传感器锚固,再利用张拉千斤顶进行第2根钢绞线的调整,使第2根钢绞线的索力调整到与锚固在第1根钢绞线的传感器上显示的索力相同为止;按此方法进行其余各钢绞线索力调整,直至整