矮塔斜拉桥的设计

矮塔斜拉桥的设计

随着科学技术的发展，桥梁施工呈现出新技术、新方法和新技术的出现。在桥梁的施工中,桥梁的主体结构情况是处于不断变化中的。“矮塔斜拉桥”也称“部分斜拉桥”,介于“斜拉桥”与“体外预应力箱梁桥”之间,起源于日本,在国外发展很快,在国内来说是一种新桥型。矮塔斜拉桥具有如下优点:工序简单,安全性强;索塔内鞍座采用分丝管,可以实现单根换索;采用单根等值法张拉,可控制每根斜拉索各股钢绞线的离散误差不大于规定的数值;可实现一对斜拉索对称、交叉单根张拉,同步整体张拉,确保两根斜拉索间的差值不大于理论值的±1%;斜拉索采用多重防腐处理,锚固端灌注防腐油脂,延长了斜拉索使用寿命。1施工工艺1.1斜率结构组成及过程图斜拉索由锚固段+过渡段+自由段+塔柱内段+自由段+过渡段+锚固段组成(如图1所示)。斜拉索施工工艺流程如图2所示。1.2斜拉索挂索及张拉按公式列表计算出无应力状态下的自由长度,校核无误后下料。钢绞线下料完成后,须将钢绞线两端的PE护套按计算好的长度剥除掉。将钢绞线两端打散,在端头约10cm长度范围内切掉外圈6丝,保留中心丝,然后将钢绞线复原。用镦头器将两端的中心丝镦成半圆形镦头,以供挂索牵引用。HDPE套管的连接采用HDPE焊机对焊连接。主梁采用悬臂浇筑法施工,可直接利用施工用的挂篮进行斜拉索安装、调索等工作。在箱梁的顶板上预留孔,以便成桥后进行灌注防腐油脂。将套管按给定的长度把两端锯好并刨平,然后将之运至中央分隔带。安装套管时,在套管内穿上一根临时辅助索并将辅助索的一端穿入锚具,同时在套管端头附近一定位置上装上专用管夹,然后用卷扬机将套管一端吊至塔上分丝管管口附近;此时将辅助索分别先后穿过索鞍、塔另一端的套管、锚具,同样方法将套管起吊至塔上管口附近,最后在锚具两端同时用YDCS160-150千斤顶顶紧辅助钢绞线,索塔两端套管就固定地落在辅助索上(见图3)。由于该拉索钢绞线在塔上分丝管内是分层排列的(如图4),为便于施工,钢绞线不打绞,该拉索的挂索顺序为自上排到下排单根挂索、张拉。单根挂索顺序如图5所示。挂索前,梁下锚具的锚孔内穿上Ø5的牵引钢丝,随后用该牵引丝牵引出带穿束器的牵引钢丝绳至桥面管口。桥面工作人员将盘上钢绞线的一端与从HDPE套管和分丝管内穿下来的牵引钢丝绳相连接,确认牢固后,开动卷扬机直到将该束钢绞线从另一HDPE套管引出并达到规定工作长度,撤出牵引钢丝绳,将绞线与锚头处牵引钢丝绳连接牢固后,将该端绞线向锚具内推送,直至该端绞线穿出锚孔达到规定工作长度,撤出牵引钢丝绳,装上临时工作夹片,用专用打紧器打紧锚固。用同样的方法将钢绞线的另一端穿过该端的锚具,装上临时工作夹片,用专用打紧器打紧锚固。单根张拉示意图见图6。为使每根索中各钢绞线索力均匀,采用等值张拉法进行张拉,即每根绞线的拉力以控制压力表读数为准,传感器读数进行监测。挂索前,将监测传感器安装在底排的一根钢绞线上。随后张拉时每根绞线的拉力是按当时传感器的显示值进行控制的。每根斜拉索各钢绞线均逐根挂索并随即用YDCS160-150型千斤顶进行张拉。加载至10%张拉力时测初始伸长值;用压力表读数控制最后一级张拉力,使之跟传感器显示值相对应时,测终止伸长值。装上工作夹片,适度打紧,卸压至2MPa时测回缩值后锚固。在挂索结束后,即拆出传感器,并按传感器拆除时的读数再进行补张拉。在单根张拉完每一根钢绞线后,应严格控制工作夹片的跟进平整度。在单根张拉过程中,中、边跨应同时均衡进行加载,力求两端伸长值的不均匀值应控制在设计允许范围之内。安装防松装置前,应先用手提砂轮机切除锚头两端的多余钢绞线,并预留一定的长度。装上防松装置,拧紧锁紧螺母,以便有效地防止夹片松动。整体张拉见图7。张拉机具采用穿心式YDCS5500-100型千斤顶进行整体张拉。整体张拉系统主要包括千斤顶、撑脚、连接套、张拉杆和张拉螺母。张拉系统部件质量大,安装时借助手拉葫芦将连接套、张拉杆、撑脚、千斤顶、张拉螺母依次安装。安装时应保证系统整体的对中性满足整体张拉要求。确定初始张拉力时,当锚具螺母松动脱离锚垫板时以此作为其伸长值的测量起始点。以此为起点分级加载张拉至设计要求的(超)张拉值,测量各级伸长值。并通知监控单位测试索力,确认索力在允许误差内,旋紧螺母,千斤顶回油,锚固。紧索时,在管口索夹旁相应的位置装上一套紧索器将索收紧,使之成型至设计断面。将组装好的减振器推入主梁预埋钢导管内,直至减振器端面与钢导管管口持平,再收紧螺栓,按内缩外涨原理,使其内外分别与索体和钢导管管壁紧紧相贴。用锲紧千斤顶将锲块顶入抗滑锚的锲槽内。锚头保护罩内灌注防腐油脂,可使绞线防腐,又可为以后换索提供方便。2斜拉索整索索力误差不等于理论值本工法采用如下质量控制措施:(1)质量标准:每根斜拉索各股钢绞线的离散误差不大于理论值的±3%;一对斜拉索间的差值不大于理论值的±1%;斜拉索整索索力误差不大于理论值的±2%。(2)控制措施:采用“等值张拉、先单根后整体”的施工方法。先张拉一根钢绞线,然后安装锚下传感器,其余钢绞线的张拉值等于第一根钢绞线上传感器显示的索力值,这样就避免了钢绞线的离散误差。索力测试采用频谱仪和千斤顶油压表读数双控的原则。主要机具设备如表1所示。3工程实例3.1斜拉索施工技术兰州小西湖黄河大桥是国内第二座矮塔部分斜拉桥,结构为一联(81.2+136+81.2)m预应力混凝土双塔单索面部分斜拉桥,桥长300m,采用塔梁固结、梁墩分设的结构形式。斜拉索采用扇形单索面、钢铰线索,每根拉索由31根Ø15.24mm镀锌钢铰线组成,斜拉索布置在中央分隔带上,塔根附近无索区梁长约46m,有索区长约36m,跨中无索区长约18m,塔上竖向索距0.7m,梁上索距4.0m。施工到有斜拉索的梁段时,张拉纵向预应力钢筋后再安装斜拉索,采用本工法施工,斜拉索一次张拉到位,不进行后期索力的调整。索力测试表明拉索索力的变化及张拉力符合设计要求。该桥已与2003年底通车运营。3.2拉索及索力测试该桥结构为一联(85+135+85)m预应力混凝土双塔单索面部分斜拉桥,桥长305m,结构形式与小西湖黄河大桥相同。斜拉索采用扇形单索面、钢铰线索,每根拉索由31根Ø15.24mm环氧喷涂钢铰线组成,斜拉索布置在中央分隔带上,塔根无索区梁长45m,有索区长40m,跨中无索区长10m,塔上竖向索距0.75m,梁上索距4.0m。采用本工法施工,索力测试结果表明拉索索力的变化及张拉力符合设计要求。2004年在汾柳高速公路离石高架桥3号桥施工中应用该项技术也获得了成功,取得了良好的经济效益和社会效益。4施工技术及施工设备矮塔斜拉桥斜拉索施工方法采用分丝管及抗滑锚工艺,使各单根索布置整齐,受力均匀。施工中采用单根等值张拉,然后整体张拉到位,很好的控制了各索间的离散性,达到了设计要求。采用本工法施工,投入的设备、人员较少,工序简单,