水电站大渡河临时桥缆索吊装计算书

1、2 硬梁宝水电站大渡河3#临时桥缆索吊装计算书2.1 主吊系统计算单组主索采用739钢丝绳，索跨200m,设计吊重29.2吨。大渡河3#临时桥安装上、下游两套缆索吊装系统，其结构形式和受力特征基本一致，本文以单套主吊系统为例进行单个缆索吊（除地锚）结构分析计算。2.1.1 主索计算1、结构参数表2-1 主吊系统材料参数表 备注：钢绳理论破断拉力=公称抗拉强度钢丝总断面积，钢绳破断拉力=钢绳理论破断拉力换算系数，型号637+1的钢丝绳换算系数为0.82。2、主索荷载（1）均布荷载G（钢丝绳组自重）表2-2 钢丝绳自重计算表 （2）集中荷载Q 跑车重 Q1=20.75=1.5t 吊点重 Q2=22

2、=4t 起重索自重(走“8”线布置) Q3=28501.327/1000=1.062t 考虑计算吊重Q4=35t（试吊时按1.2倍吊重29.2t进行）作用于一组主索上的集中荷载： 最大荷载Qmax=Q1+Q2+Q3+ Q4=1.5+4+1.062+35=41.562t =407.31KN架空荷载Q0=Q1+Q2+Q3=1.5+4+1.062=6.562t =64.31KN3、最大吊装重量时主索的最大垂度和最大张力（1）最大垂度 在缆索吊装过程中，主索的线形和张力是相互影响的，它们需要采用循环迭代方法来求解。但本次缆索吊装系统的验算，由于塔架顶高程和拱肋的最高高程已基本确定，因此主索的最大容许垂

3、度即可确定： 主索的最大容许垂度f30.44-2-2-2.5-3-2.018.94m，因此缆索吊装方案中将主索最大垂度设计为15mf18.94m，能满足吊装高程的要求。（2）主索最大张力和强度验算设跨中产生最大垂度fmax=15m。 图2-1 主索计算简图Hmax=1429KN式中 s两吊点之间的间距，s10m。主索的最大拉力位于左岸塔顶，对应主索垂直分力。左岸：V=+Htg=288KN右岸：V左=202KN主索的最大拉力：Tmax=1457KN对应右岸最大拉力：T=1443KN主索极限拉断力：Tn =7877=5509KN不考虑冲击系数，主索的安全系数：3.5满足规范要求。4、索接触应力和主

4、索拉应力的验算（1）主索接触应力验算主索最大接触应力：式中 Dmin平滚最小直径，其值为0.4m F主索（739）钢丝绳总截面积，F=7564.63=3952mm2 d主索39钢丝绳钢丝直径 Ek主索弹性模量。主索接触应力安全系数：，满足规范要求。（2）主索拉应力验算主索最大主拉应力：主索主拉应力安全系数：，满足规范要求。5、架设空缆时的初始张力和垂度根据上述最大吊装重量下的主索的线形和张力，可以逆向求出架空缆时的初始张力和空载（安装）垂度。（1）空缆架设时的主索初始张力空缆架设时的主索初始张力的水平分力H0的计算公式为： 将此式简化为式中 钢丝绳的换算弹性模量，考虑到主索两端锚固端长度较长，

5、为钢丝绳的弹性模量，因此；F所有钢丝绳的面积F=7564.63=3952mm2；Q吊装时总荷载Q407.31KN；Q0跑车空载时的重量P064.31KN；G主索（包括起重绳和牵引绳）自重G83.2KN；Hm主索最大水平分力Hm=1457KN。因此，A538KNB234246729KN3由此可以求得H0480KN（2）初始安装时的跨中垂度由H0215KN进而可以求得主缆初始安装时的跨中垂度:6、两岸近塔点起吊计算（1）左岸起吊点距塔架最近为23m，是跑车最大升角位置。计算在左岸塔架前23m起吊最大拱肋时的主索张力及升角。计算方法上述一样，计算公式为： 上式简化为Qx=Q=407.31KN ；x=

6、26m带入式中，求得A=538 KN； B1661283225KN3 ,由此可以求得Hx=1029KN。对应主索的垂直分力右岸：V右=371KN左岸：V左=119KN主索的最大拉力：Tmax=1094KN相应的主索升角计算公式为： （2）左岸距塔架26m位置为拱肋起吊点，依照上述方法计算结果如下：左岸：Hx=1029KN；V左=371KN；f=8.9m；T=1094KN。右岸：Hx=1029KN；V右=119KN。2.1.2 起重索计算1、起重索绕过卷扬机端的张力由于对于单个缆索是采用两点吊装，其卷扬机端张力的计算公式为：=30.67KN式中 Q起最大起吊荷载=（4+1.062+35）9.8=

7、392.6KN；跑车中起重索采用钢丝绳走“8”布置，即有效绳数为n=8，滑轮组轮数m=7，转向滑轮数=2；滑轮组效率，取0.98；转向滑轮效率，取0.96。2、起重索安全系数（1）主拉应力安全系数：，满足规范要求。（2）起重索的接触应力 式中 D滑轮最小直径，取大于12倍钢丝绳直径，250mm； F起起重索截面积； 起重索钢丝直径。接触应力的安全系数：，满足规范要求。2.1.3 牵引索计算1、牵引索牵引阻力计算（1）跑车运行阻力W1式中 1钢丝绳与跑车德运动阻力系数，滑车为球轴承时1=0.008。（2）起重索运行阻力W2式中 起重索穿过滑车的效率，滑车为球轴承时=0.98；m起重索穿过跑车和滑

8、车的数量,m=7+3=10（3）后牵引索的自然张力W3式中 g牵为牵引索单位长重量； f后牵引索的自然垂度，控制在10.7m左右。（4）牵引索总牵引阻力W2、牵引索安全系数计算（1）牵引索的最大拉力式中 牵引索穿过滑车的效率，滑车为球轴承时=0.98； n牵引索穿过滑车的数量。拉应力安全系数：，满足规范要求。（2）牵引索的接触应力式中 D滑轮最小直径，取大于12倍钢丝绳直径，250mm； F牵牵引索截面积； 牵引索钢丝直径。牵引索接触应力的安全系数：，满足规范要求。2.1.4 主索对主塔作用力主索在主塔产生的水平力公式（向跨中为正）：H=主索在主塔产生的下压力公式（向下为正）：V=式中 V主主

9、索靠跨中竖向作用力； H主主索靠跨中水平作用力； 边跨主索与主塔的夹角。计算结果如下：表2-3 主索对主塔作用力计算表2.2 扣索系统计算单肋分7段吊装悬拼，节段较多，但重量较轻，长度不大，且左岸第1号扣索存在扣点移动，采用静力法计算过程复杂，结构亦偏差较大。因此采用力矩平衡法计算扣索张力，取1.2倍不均匀扩大系数。施工过程中要求每吊装一段拱肋，在主缆卸力过程中调整全部扣索张力，确保全部受力均匀。有条件情况下，可在第三段拱肋主缆卸力前将第1号扣索1根39钢丝绳移至第3号扣索（前提是第1号扣索单根固定），另1根不动，可增加扣塔和地锚安全系数。考虑施工人员和其他小型机具等，在个节段骨架自重基础上再

10、加20KN施工荷载，第3段（和龙段）吊装时，按自重的50%作用在第3段端头上。2.2.1 结构参数 图2-2 扣索计算简图表2-4 节段参数表 备注：3#横撑在拱肋和龙后吊装，不计入计算荷载内。2.2.2 扣索索力计算表2-5 扣索索力计算表 4、扣索对扣塔的作用力扣索在扣塔产生的水平力公式（向跨中为正）：H=Tsin- Tsin扣索在扣塔产生的下压力公式（向下为正）：V=Tcos+ Tcos式中 T扣索索力； 扣索与扣塔的夹角（靠拱肋）；扣索与扣塔的夹角（背拱肋）。计算结果如下：表2-6 扣索对扣塔作用力计算表2.3 主、扣塔计算2.2.1 主塔1、荷载全桥共设4个主塔，单个主塔由6片贝雷片

11、组成，荷载主要由5部分组成。（1）主索作用力主索作用力分为纵向作用力和横向作用力，横向作用力是因为主索地锚与主缆索吊中心线存在夹角而产生纵向作用力：；式中 构件吊装动力系数，取1.2； ，表2-3计算结果。横向作用力：H横=式中 T主索最大张力；地锚和主索中心线夹角。（2）起重索和牵引索作用力起重索和牵引索的最大张力T起=30.67KN，T起=113.74KN。起重索和牵引索的夹角与主索基本保持一致。T=T起+T起=30.67+113.74=144.41KNH2=Tsin- Tsin（向跨中为正）V2=Tcos+ Tcos（向下为正）式中 边跨缆索与主塔夹角，左岸=63.204, 右岸=62.

12、623 中跨缆索与主塔夹角，左岸=79.854, 右岸=83.395（3）风缆作用力风缆张力分为初张力和平衡张力，平衡张力是风缆平衡塔架水平力产生的张力，合力为竖向力，见表2-10。（4）风载（计算过程参照公路桥涵设计规范）横向风载：左岸：=11.31.30.686.8=88KN右岸：=77KN式中 K0设计风速频率换算系数，取1；K1风载阻力系数，取1.3；K3地形、地理条件系数，取1.3；Wd基准风压，取0.6KN/m2A横向迎风面积，左岸：A=40%57.51.5+50%81750.039+125=86.8m2；右岸：A=76m2。纵向风载：左岸：0.71.31.30.46（40%57.

13、52.35）=29.4KN右岸：20.2KN式中 纵向折减系数，取0.7（5）自重塔架：塔顶按40KN，塔身按7KN/m计算。边跨主索：左岸8109.385.308/100=46.45KN 右岸867.835.308/100=28.8KN表2-8 主塔荷载表2、承载力计算（1）左岸左岸主塔断面采用6片标准贝雷片，高57m。 抗压强度验算左岸塔架受竖向压力最大，P=2428.57KN截面强度=200Mpa式中 F16贝雷片净截面积，F=625.482=305.76cm2； 16锰钢容许压应力。 塔架抗压强度满足使用要求。 塔架竖向稳定性单片贝雷架竖向力P1=449.7KN（受力不均匀系数0.9）

14、单片贝雷架惯性矩I0=250500cm4 回旋半经cm 长细比=82.03 =200Mpa式中 轴向受压构件纵向绕曲折减系数，查得=0.599；F0单个贝雷片立杆截面积，F0=225.48=50.96cm2。左岸主塔架稳定性满足使用要求。（2）右岸右岸主塔断面采用6片标准贝雷片，高39m。 抗压强度验算左岸塔架受竖向压力最大，P=2785.73KN截面强度=200Mpa式中 F16贝雷片净截面积，F=625.482=305.76cm2； 16锰钢容许压应力。 塔架抗压强度满足使用要求。 塔架竖向稳定性单片贝雷架竖向力P1=515.8KN（受力不均匀系数0.9）单片贝雷架惯性矩I0=250500

15、cm4 回旋半经cm 长细比=55.6 =200Mpa式中 轴向受压构件纵向绕曲折减系数，查得=0.796；F0单个贝雷片立杆截面积，F0=225.48=50.96cm2。右岸主塔架稳定性满足使用要求。2.2.2 扣塔1、荷载左岸设2个433m贝雷片扣塔，右岸设2个30m高、双拼1m1m钢结构扣塔,所受荷载由4部分组成。（1）扣索作用力见表2-6。（2）扣塔风缆作用力风缆张力分为初张力和平衡张力，平衡张力是风缆平衡塔架水平力产生的张力，合力为竖向力，见表2-10。（3）风载横向风载：=11.31.30.615.15=15.4KN式中 K0设计风速频率换算系数，取1；K1风载阻力系数，取1.3；

16、K3地形、地理条件系数，取1.3；Wd基准风压，取0.6KN/m2A横向迎风面积，左岸：A=40%331+50%1000.039=15.15m2。纵向风载：0.71.31.30.6（40%332）=18.7KN式中 纵向折减系数，取0.7（4）自重塔架自重G=(330.42+0.6)+1) 9.8=151.5KN扣索自重G=66.9KN表2-9 扣塔荷载表2、承载力计算2、承载力计算（1）左岸左岸扣塔断面采用4片标准贝雷片，高33m。 抗压强度验算左岸塔架受竖向压力最大，P=900.7KN截面强度=200Mpa式中 F16贝雷片净截面积，F=425.482=203.84cm2； 16锰钢容许压

17、应力。 塔架抗压强度满足使用要求。 塔架竖向稳定性单片贝雷架竖向力P1=250.2KN（受力不均匀系数0.9）单片贝雷架惯性矩I0=250500cm4 回旋半经cm 长细比=47.1 =200Mpa式中 轴向受压构件纵向绕曲折减系数，查得=0.82；F0单个贝雷片立杆截面积，F0=225.48=50.96cm2。左岸主塔架稳定性满足使用要求。（2）右岸右岸扣塔断面采用2个1m1m的小钢塔，高30m。 抗压强度验算右岸塔架受竖向压力最大，P=1132.8KN截面强度=200Mpa式中 F立杆（L10010010）净截面积，F=819.3=154.4cm2； 16锰钢容许压应力。 塔架抗压强度满足

18、使用要求。 塔架竖向整体稳定性左岸塔架高度大，稳定性比右岸塔架查。单个1m1m标准塔竖向力P1=629.33KN（受力不均匀系数0.9）图2-7 扣塔截面I=4(179+47.21219.3)=172778cm4式中 a1立杆形心到截面形心的距离； A1立杆（L10010010）截面积； I1立杆（L10010010）形心惯性积。截面回旋半径r=47.3cm截面长细比=57换算长细比=59式中 F立立杆毛截面积取1010=100cm2； F斜斜杠截面积，L70708取10.7cm2。 =200Mpa式中 轴向受压构件纵向绕曲折减系数，查得=0.766；塔架整体稳定性满足使用要求。（2）塔架立杆

19、稳定性单个立杆（L10010010）竖向力P1=177KN（受力不均匀系数0.8）查的截面形心惯性矩I=179cm4，回旋半径r=3.05cm截面长细比=29.5 =200Mpa式中 轴向受压构件纵向绕曲折减系数，查得=0.9；塔架立杆稳定性满足使用要求。2.4 风缆计算1、主塔架风缆每一主塔架设6束风缆，其中1、2、3、4号缆索控制纵向位移，5、6号缆索控制横向位移。（1）塔架最小位移系数K=式中 Ek风缆索弹性模量； F单束风缆索截面积； L风缆索水平跨度； 风缆索与地面竖直角。塔架最小位移式中 QH塔架转换水平力,见表2-8； 风缆索与塔架移动方向的夹角。计算得左岸纵向=0.3249；横

20、向=0.3525，均=0.38m 右岸纵向=0.244；横向=2.58， 均=0.26m（2）安装张力参数A= 式中 G风缆索自重；缆索平衡方程式中 H0风缆索初始张力； Hx塔架位移后风缆索的张力。通过架设H0反复迭代计算Hx。 表2-10 主塔风缆计算表 2.5 地锚计算左岸主索和扣索分别采用卧式地龙地锚、右岸主索和扣索地锚采用一个桩式地锚。2.5.1 荷载地锚分力H= ；V=表2-11 地锚荷载表2.5.2 右岸主、扣索地锚两岸均采用重力式地锚，上下游主扣索共用一个地锚，施工过程中严格按照单肋合拢的方案进行施工，详细见下图：该地锚长12m，实体体积255m3，左岸配重体积300m3，共5

21、55m3，重1332吨，右岸配重体积400m3，共655m3，重1572吨。（1）左岸1、上拔力安全系数Kv=G/V=13054/1079.84=12.12式中 G地锚自重，G =13329.8=13054KN； V主索、扣索、起重索和牵引索的竖向分力之和。 桩基抗拔承载力满足使用要求。2、抗滑稳定性KH=Hf/HT =(G-V) f/H=(13054-1079.84)0.35/2698.1=1.551.4式中 H主索、扣索、起重索和牵引索的水平分力之和。； f基底摩擦系数，按一般砂类土取0.35。（2）右岸1、上拔力安全系数Kv=G/V=15405.6/1449.47=10.62式中 G地锚

22、自重，G =15729.8=15405.6KN； V主索、扣索、起重索和牵引索的竖向分力之和。 桩基抗拔承载力满足使用要求。2、抗滑稳定性KH=Hf/HT =(G-V) f/H=(15405.6-1449.47)0.27/2666.23=1.411.4式中 H主索、扣索、起重索和牵引索的水平分力之和。； f基底摩擦系数，按较差砂类土取0.27。2.6 单肋合龙稳定性验算单肋合龙可以解决施工场地狭窄，资源有限等问题，并减轻地锚受力，加快单肋成型，规避突发地震破坏等风险。而单肋合龙的风险在于横向稳定性的大小，本文根据拱桥桥型和缆索吊施工特点对单肋合龙进行横向稳定性验算、风缆稳定性验算和工程实例比较。根据公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000：16.3.2-11：7段拱肋吊装，受施工条件或地形限制无法采用双肋合龙时，在对风缆系统进行专门设计，确保拱肋横向稳定安全系数不小于4，拱肋接头强度满足该施工阶段设计要求，并经监理工程师审批后，可采用单肋合龙。 根据上述条款，钢管混凝土拱桥在分7段吊装时，只要横向稳定系数大于4，风缆安全系数足够大时，可以采取单肋合龙安装成拱。1.1 拱肋横向稳定性验算1.1.1 拱肋特征值（1）截面面积：A=4(D-t)3.14t=4(0.55-0.016)3.1