维普资讯 http://www.cqvip.com “成品索”主缆及吊索施工工艺 李东平，梁炜，彭春阳，甘科 ３７ “成品索’’主缆及吊索施工工艺 李东平。梁炜，彭春阳。甘科 （柳州市建筑机械总厂，广西柳州５４５００５） 摘要：简要地介绍了国内第一座自锚式柔性悬索桥——丽君桥“成品索”主缆及吊索的施工工艺，对该种悬索的线 形、索夹紧固力的加载情况进行了初步探讨。 关键词：悬索桥；主缆；索夹；吊索；紧固力；桥梁施工 中图分类号：Ｕ４４３．３８；Ｕ４４５．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—７７６７（２００２）０３—００３７—０４ １工程概况 丽君桥位于广西桂林市丽君路三多路交叉口至环 卫处附近，跨越丽泽湖，全桥长１２０ ｍ，桥中心线为直 线。桥面宽２５．５ ｍ，其中４车道宽１４ ｍ，分隔带宽２× １．２５ ｍ，非机动车道宽２×２．５ ｉｎ，人行道宽２×２ ｍ。本 桥为３跨（２５＋７０＋２５）ｍ自锚式悬索桥。桥塔为“门” 式变截面钢筋混凝土结构，加劲梁为纵横向钢桁梁。桥 面板为２００ ｌ／ｉ／ｎ厚现浇钢筋混凝土板，以刚性剪力键与 桁梁结合形成结合梁。主缆与吊杆分别采用由４５１根 和６１根幻ｌ／ｌｌｎ镀锌高强钢丝组成的成品索。其活载主 要由桁架结合梁承受，恒载主要由主缆和吊杆承受。 ２工程特点 主缆钢丝束截面 吊索钢丝束截面 图１主缆及吊索截面示意 （５）由于主缆采用成品索，其刚度较大，在卷盘、运 输过程中会产生弯曲和扭曲现象。如处理不当，会给主 缆线形调整和索夹定位带来极大的困难。在施工中我 们通过倒拆数值计算和非线性计算算出无应力状态下 主缆上的索夹位置，采取在工厂制造时预先在主缆上标 注出索鞍索夹位置的方法成功地解决了这个施工难题。 （６）塔顶最大偏移量仅为１ １ ｌ／ｌｌｎ，这就要求严格控 制主桥脱架工艺。 由于上述特点，本桥的施工控制和工艺过程也较为 复杂，下面简要地介绍一下施工的有关情况。 ３施工工艺及控制 ３．１施工控制目标值 桂林丽君桥形式独特，是国内第一座柔性索自锚式 悬索桥。它在结构上和施工上主要有以下特点： （１）主缆锚在锚固梁上，加劲梁梁端头亦埋入锚固 梁上，锚固梁通过板式橡胶支座放置在桥台上，加劲梁 水平力与主缆水平力平衡。 （２）加劲梁（钢桁梁）采用满布膺架拼装，在加劲梁 合龙后方进行主缆、吊杆架设。 （３）主缆采用４５１丝串７镀锌钢丝（外包双层ＰＥ）组 成的成品索，沿索的方向扭角为２ｏ，吊索采用ＰＥＳ７—６１ 镀锌钢丝成品索，结构形式见图１，技术参数见表１。 表１主缆及吊索技术参数 ３．１．１计算理论 （１）对竖向载荷和温度采用平面有限元分析法。 即建立平面杆系计算模型，主缆、吊杆为索单元，其它划 分为梁单元，主缆与吊杆的刚度不计，进行非线性结构 分析。 （４）桥矢跨比为１／５．４９，相对来说较大。为了确保 给索夹施加的紧固力满足设计要求，采用了同步施力和 多次复拧的施工方法。 （２）成桥状态加劲梁假定为只承受轴力作用，由恒 载产生的纵向弯矩较小可忽略不计。在架设过程中，恒 载作用在主缆上。本桥根据设计单位提供的跨度 、垂 收稿日期－＇２００２—０５—２３ 作者筒介：李东平（１９７３一），男，工程师，１９９３年毕业于广西水电学校土木工程专业。 维普资讯 http://www.cqvip.com ３８ 世界桥梁 ２００２年第３期 度 、荷载 ，利用抛物线方程Ｙ：Ｘｔａｎａ一（Ｌ— ）／２ 并参考设计部门确定的设计成桥线形来确定状态。 （３）成桥坐标的计算，假定主缆自重沿索长方向均 匀分布，而其它静载为沿水平方向均匀分布，用数值求 解法求解坐标。 ３．１．２索夹摩擦系数试验 图３全桥总体布局及索夹、吊杆编号 索夹抗滑力的大小直接关系到桥梁的安全，为了弄 表４索夹紧固力表 清索夹实际摩擦系数，设计部门委托柳州建筑机械总厂 技术中心进行了索夹摩擦系数试验，试验装配见图２。 索夹编号 Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３ Ｅｌ４ Ｂ５ Ｂ６ Ｂ７ Ａ１ Ａ２ 紧固力／ｋＮ ３ ９６０ ４ ３２０ ５ ２８０ ６ １６０ ６ ４４０ ７ ３６０ ７ ３６０ １ ８００ １ ８００ 试验主缆螺栓副 索夹 顶推千斤顶 索夹编号 Ａ３ Ａ４ Ａ５ Ａ６ Ａ７ Ａ８ Ａ９ Ａ１０ Ａ１１ 紧固力／ｋＮ １ ８００ ２ １６０ ２ ５２０ ２ ９４０ ２ ９４０ ３ ８４０ ４ ３２０ ４ ８００ ４ ８００ （４）索鞍预偏量 根据成桥状态进行倒拆计算，每个施工步骤索鞍预 偏计算结果见表５。 图２索夹抗滑试验装配示意 表５索鞍预偏量表 根据设计要求，采用最小的一组索夹进行试验，螺 栓的紧固轴力与成桥后的螺栓紧固力相同，为１８０ ｋＮ， 根据多次试验，测得螺栓副紧固轴力Ｎ：１８０ ｋＮ，索夹 抗滑力Ｆ：９００ ｋＮ，由索夹抗滑力经验计算公式Ｆ： 啤 且取Ｍ＝２．８，得： ＝９００／（２．８ ｘ １８０ ｘ １０）： ０．１７８。 考虑到索夹长期使用的安全性，我们还做了索夹螺 栓紧固轴力随时间损失的试验，试验时间持续了１０ ｄ， 注：表中“＋”号表示向跨中侧，“一”号反之。 试验结果表明，索夹的抗滑力在测量时间内没有明显 ３．２施工工艺 损失。 主桥上部结构施工工艺流程见图４。 ３．１．３施工控制目标值 ３．２．１索鞍、主缆及吊索主要施工步骤 （１）主缆长度 成桥状态主缆各跨索长值及其弹性伸长值见表２。 表２成桥状态各跨主缆索长值及弹性伸长值 （２）索夹吊点位置 索夹位置以主缆无应力长度形式给出，各单元无应 力长度见表３，单元号示意及索夹编号如图３。 表３主缆各单元无应力长度 索夹吊装，初拧．安装吊索上端 单元号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 长度／ｎＩｎ ３ ６０９．２ ３ ２０４．９ ３ ３４２．６ ３ ５０８．８ ３ ６９９．８ ３ ９１２．０ ４ １４２．０ 单元号８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ 长度／ｎＩｎ ５ １３９．５ ４ ２４７．２ ３ ５３０．３ ３ ４３５．０ ３ ３４７．４ ３ ２６８．２ ３ １９８．０ 早兀号 ｌ５ ｌ６ ｌ７ ｌ８ １９ 加 长度／ｎＩｎ ３ １３７．４ ３ ０８７．０ ３ ０４７．１ ３ ０１８．４ ３ ００１．０ ２ ９９５．２ （３）索夹紧固力 根据实际试验得出的摩擦系数，本桥各个索夹的螺 栓紧固力如表４。 图４施工工艺流程 维普资讯 http://www.cqvip.com “成品索”主缆及吊索施工工艺 李东平，梁炜，彭春阳，甘科 ３９ 本桥主缆、吊杆分别采用ＰＥｓ７—４５１和ＰＥｓ７—６１ 缆不同的颜色沿主缆纵向标出基准线以控制主缆纵向 镀锌钢丝成品索，成品索总成及断面见图５。索鞍、主 缆及吊索主要施工步骤如下。 扭角。②现场实测东西锚锭横梁、索塔顶部、索鞍的位 置坐标。并对工厂所做标记进行修正。③调整锚头位 置，固定锚头。④纵向移动使主缆上索鞍位置标记和 索鞍重合。 （６）索夹安装及螺栓复拧 根据主缆上索夹标记点，剥除装索夹位置处的聚乙 烯护套，并在主缆裸露处用ｄＯ１．０ ｍｉｌｌ软钢丝缠绕。吊装 图５主缆及吊索总成示意 索夹并按设计位置精确定位安装到主缆上，用 ＹＤＣＬＬＪ５００—１００Ａ型螺栓紧固千斤顶按设计要求给索 夹螺栓施加预应力。本桥共分４次复拧索夹螺栓，其工 况为：①钢梁脱架后；②桥面混凝土浇筑完后；③桥面 二期恒载完成后；④通车１年后。 （７）安装吊杆 先将吊杆下锚头穿过钢桁梁锚孔处，拧上螺母，再 （１）起吊设备选择 由于桂林市及附近无大吨位吊车，经过经济分析和 验算，采用搭设一简易支架作为吊装反力架，利用卷扬 机系统安装主缆和索鞍。 （２）安装工作平台 根据本桥跨度不大、桥塔高度亦较小（总高仅 １６．３５ ｍ）的特点，用脚手管设计制作了一活动工作平 台。索夹、吊杆安装以及索夹复拧均在活动工作平台上 完成。 （３）索鞍安装 索鞍示意如图６。在索塔反力架上安装了索鞍临 时固定装置，通过调节临时固定装置的螺杆来调整索鞍 的位置。利用起吊装置安装索鞍。安装时用全站仪对 —将上锚头通过栓销与索夹连接。在梁下安装ＹＣＷ１５０ ２００型千斤顶，调整吊杆索力，直至符合设计要求。 （８）钢桁梁脱架 反复调整吊杆索力，以便主缆线形符合设计要求， 拆除钢桁梁下的膺架，使钢梁重量全部由吊杆和主缆承 受，再次调整吊杆索力并复拧索夹螺栓。 （９）索鞍预偏量调整 用千斤顶调整索鞍位置，同时用仪器测量桥塔顶偏 移量，防止超过设计允许值。 （１０）浇筑桥面混凝土板 分段浇筑桥面混凝土，同时调整吊杆索力及索鞍偏 其位置进行测量，使其符合设计要求。定位后锁紧ｆ临时 固定装置的螺杆，待脱架时旋松临时固定装置的螺杆以 控制索鞍偏移及塔柱偏移。 移量，保证桥塔的安全。等桥面混凝土浇筑完后，再次 复拧索夹螺栓。 （１１）固定索鞍 待二期恒载完成后，第３次复拧索夹螺栓，并将索 鞍顶推至使塔偏最小的位置，然后与桥塔焊接固定。 （１２）防腐 图６索鞍示意 主缆上钢丝裸露处用ＨＭ１０５阻蚀防腐密封剂防 （４）主缆安装 在已架好的钢桁梁上沿桥纵向在桥两侧铺２条４ ｍ宽的便道，在便桥上沿桥纵向每隔２ ｍ设一个导向滚 腐。主缆、吊杆安装防水罩，并在锚头外露部分安装保 护罩，内注防腐润滑脂。 ３．２．２吊杆索力调整情况 工况１，钢梁脱架前第１次张拉顺序：中跨Ａ５一Ａ１， Ａ６一Ａ１１；同时边跨Ｂ４一Ｂ１，Ｂ５一Ｂ７。 轮支架，用吊车将主缆索盘放到特制放索架上，用卷扬 机牵引主缆沿桥纵向直线铺开，并将主缆两冷铸锚穿人 锚碇横梁，旋上螺帽。在主缆上选择合理的吊点，用卷 扬机起吊并放人索鞍槽内。 （５）空缆线形的调整 空缆线形按以下步骤调整： 工况２，钢梁脱架前第２次张拉顺序：中跨Ａ５一Ａ１， Ａ６一Ａ１１；同时边跨Ｂ４一Ｂ１，Ｂ５一Ｂ７。 工况３，桥面第一阶段混凝土浇筑过程中，为控制 塔偏，部分索力调整（西塔Ｂ２、Ｂ４），顺序：先Ｂ２后Ｂ４。 工况４，桥面第一阶段混凝土浇筑完后，部分索力 调整（ｈｌ、Ａ２、Ａ３），顺序：Ａ３一Ａ１。 ①按照表２中所示值在工厂制索时标出主缆锚头 锚固点位置以及索鞍索夹在主缆上的位置，同时用与主 维普资讯 http://www.cqvip.com 工况５，桥面混凝土浇注完后，顺序：中跨Ａ５一Ａ１， Ａ６一Ａ１１；同时边跨Ｂ４一Ｂ１，Ｂ５一Ｂ７。 各工况吊杆索力值见表６。 表６各工况吊杆索力调整情况 注：①～⑤表不工况１～工况５。 ３．２．３索夹紧固过程及其紧固力损失情况 索夹紧固过程如下：第１次为钢梁脱架前；第２次 为钢梁脱架后，索夹紧固力损失值约１０％（Ｂ７：１１％～ １２％；Ｂ６：１１％～１２％；Ａ１１：１０％；Ａ６：７％～８％；Ａ１、Ａ２： ５％～６％）；第３次为桥面混凝土浇筑完后，因工期原 因，未紧固；第４次为二期恒载完成后，索夹紧固力损失 值约５％（Ｂ６～Ｂ７：５％～６％；Ａ１１：５％；Ａ１０：３％～４％）。 索夹紧固力损失情况：索夹倾斜角度越大，紧固力 损失越大；索夹紧固力越大，紧固力损失也越大。 ３．２．４各工况控制点主缆线形 空缆设计及实测高程见表７。因主缆本身有弯曲 和扭曲现象，故空缆实测坐标与设计坐标有较大差别。 钢梁脱架前、第１次张拉吊杆后，因主缆本身有弯 曲和扭曲现象，导致少数吊杆无法张拉，故主缆实测坐 标与设计坐标仍有较大差别，跨中坐标比设计值高约 ２０ ｎｌｍ 世界桥渠２ｏｏ２年第３期 表７空缆设计及实测高程 脱架前、第２次张拉吊杆后，因主缆内力已较大，主 缆实测线形与设计值已相差很小，跨中坐标比设计值高 约６ Ｉｎｍ。 钢梁脱架后，跨中坐标比设计值相差约２ ｎｕｎ。 ４结论 （１）实测值证明，通过吊杆的初张拉和脱架前的第 １次和第２次张拉，即随着吊杆拉力和荷载的增大，主 缆的线形越来越接近计算值，线形得到了控制。 （２）选择合适的吊杆张拉顺序和严格的索力控制 程序可较好控制塔偏。整个施工过程中，最大塔偏量为 ６ ｎｌｍ，此次控制截面应力为１．８ ＭＰａ，未出现拉应力。 （３）多次复拧有效地消除了索夹紧固力损失，确保 了桥梁安全运营。 丽君桥为国内第一座柔性自锚式悬索桥，它成功地 将斜拉索制索工艺应用到悬索桥中，在城市桥梁发展的 探索中迈出了重要一步。