三塔斜拉-自锚式悬索体型桥梁缆索系统设计.pdf

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1、桥梁工程器BridgeEngineering三塔斜拉一自锚式悬索体型桥梁缆索系统设计张和，马选利，雷永智(中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安710064)摘要：以汉中龙岗大桥为例，介绍了亚洲首座三塔斜拉一自锚式悬索协作体系桥的缆索体系设计、受力特点和计算方法，介绍了该桥缆索体系的设计和计算，为今后我国同类型桥梁的发展和应用进行了有益的探索，积累了一定经验。关键词：桥梁；三塔斜拉一自锚式悬索协作体系；悬吊系统；斜拉系统；设计和计算方法中图分类号：U442．5文献标志码：B文章编号：1009—7767(2014)03—0047—04CableSystemDesign

2、ofThree-pylonCable-stayedandSelf-anchoredSuspensionBridgeZhangHe，MaXuanli，LeiYongzhi汉中市龙岗大桥位于陕西省汉中市汉台区汉江城区段，是亚洲首座三塔斜拉一自锚式悬索组合体系桥。大桥主桥由主塔斜拉体系段与自锚式悬索体系段组成。整个缆索系统包括：自锚段的主缆、吊杆、吊索、斜拉背索以及斜拉段的斜拉索等。由于结构为三塔联合受力，且自锚段主缆为空间索面，因此整个缆索体系在设计时考虑的因素比较复杂。1缆索系统布置1．1自锚段缆索系统布置目前，现行的与悬索桥设计相关的规范主要是JTJ025--1986(公

3、路桥涵钢结构及木结构设计规范》，该规范发布时间较早，对很多现代悬索桥设计中采用的材料、结构等都没有涉及，因此国内很多悬索桥在设计中多参考《公路悬索桥设计规范》(报批稿)中有关内容。该桥在缆索系统设计时除考虑该规范外，同时也参考了部分国内外已建成悬索桥的设计经验。1．1．1主缆主缆设计与其锚固方式有着密切联系。根据结构受力及桥梁景观要求，主缆锚固设计为：在主梁端部设置散索套和锚固区；在次塔处通过散索套后散成7股，锚固于副塔上；斜拉背索一端锚固于副塔，另一端锚固于主梁上。缆索系统布置见图1。图11／2缆索系统布置图(cm)为满足锚固的需要．大桥单根主缆由7股平行钢丝索股组成。

4、主缆(含分主缆)在运营状态下索股钢丝应力验算的安全系数按不小于2．5考虑⋯。由此可推算出最大1根索股所需的07mm平行钢丝数不少于300丝。为满足主缆拼合的需要，单根索股须为正六边型，最终选择了397丝07mm镀锌高强平行钢丝索股。2014卑3期(5一)第32巷啼荭投求47器桥梁工程BridgeEngineering7根索股在施工时逐一架设，紧缆后成圆型(见图2)。主缆在索夹处的空隙率为18％，在索夹之间为20％。a)架设阶段主缆索股拼装b)紧缆后主缆索股图2主缆截面示意图1．1．2吊索(杆)大桥的吊索分为柔性吊索和刚性吊杆两类。其中：1)柔性吊索分别采用9107．0mm

5、和7307．0mm环氧涂层钢丝成品索。按照大桥的景观效果，柔性吊索采用“V”字型布置，单个索夹上设置2个吊索。吊索使用阶段的安全系数不小于3．5，施工阶段不小于3．0。2)刚性吊杆采用0140mm的合金钢拉杆，杆体材质为40Cr。钢吊杆布设在靠近主缆人梁处(见图1)，采用单杆布置。由于其受力复杂，设计时采用了较大的安全系数，按4．0考虑。所有吊索(杆)的上接头均采用铰销接头，以减少主缆吊索弯折的可能性：下接头为锚头直接固定在主梁上，且设置球面锚垫板，以便于适应吊索的变形。1．1．3索夹、散索套及封闭装置由于索夹所悬挂的吊索数量、吊索拉力及主缆倾角不同，所需夹紧力也不同，所

6、以索夹长度和螺杆数量均不相同。为便于制造和施工。将相近长度的主缆索夹合并成4种。为使吊索索夹紧固螺杆受力均衡，销孔中心及索夹中心均位于吊索中心线的延长线上。散索套的作用是将主缆由1根整体索股分散成7股单束，因此其上、下套体均采用全铸结构。散索套分为梁端散索套和塔端散索套2种。对于梁端散索套．其底面置于不锈钢板平面上，允许其自由活动以满足主缆的变形要求。主缆张拉至成桥线形后合上套体，上紧高强螺栓。为了加强主缆在人梁散索套和塔端散索套处区域的防护，采取设置封闭索夹及保护罩方式来予以实现(见图3)。1．1．4斜拉背索斜拉背索采用平行钢丝成品索。平行钢丝成品索是将若干根钢丝平行并

7、拢，同心同向作轻度扭绞。再用包带扎紧，最外层直接挤裹聚乙烯(PE)护套作防护。48．事荭投木2014No．3(May)V01．32∥殄形∥形杉∥獭f／一，芒上兰兰型＼主缆入粱预埋管EIl＼3E；；；j么荔戮、l蓟}方向～图3人梁端封闭索夹成品索须在工厂内制作完成。该工程最长背索长度为55．6m(长度较小)；同时与钢绞线拉索相比，在承载力相同的前提下，其锚头及保护罩的尺寸要小于钢绞线拉索。由于受副塔上锚固空间的限制，该项目最终选择了平行钢丝成品索。其中索体为34907．0mm环氧涂层平行钢丝．外包HDPE防护套，索股锚头采用冷铸