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1、宜宾金沙江戎州大桥扣索施工及索力分析 张弘涛，李亚东(西南交通大学土木工程学院，四川成都 6 1 0 0 3 1)周 仲 元(浙江省嵊州市交通建设管理所，浙江嵊州 3 1 2 4 0 0)【摘要】以宜宾金沙江戎州大桥为分析对象，应用专业程序对大跨度钢管混凝土拱桥塔架 扣架 一体化缆索吊装，扣索 锚索一体化施工过程进行模拟，计算出不断变化的扣索内力，其结果与监测结果吻 合。在严格的施工监控 下，减 少 了施 工设备 的投入，保证 了结构的安全稳定性和施 工质 量。【关键词】拱桥；钢管混凝土；缆索；施工【中图分类号】U 5 5 6。4 6 大跨度钢管混凝土拱桥，将钢材和混凝土有机地结合 起来，使其
2、在材料、施工和经济上表现出极大的优势。内 灌混凝土增强了钢管的承载能力和稳定性，提高了钢管壁 的抗腐性和耐久性；同时又借助于钢管壁对混凝土的套箍 作用，改变了混凝土的受力状态，提高了?昆 凝 土的抗压强 度；在施工方面，还可利用空心钢管作为劲性骨架，有利 于拱桥的无支架施工。目前，大跨度钢管混凝土拱桥的建造主要采用缆索 吊 装斜拉扣挂施工法。随着跨径的增大，缆索系统的吊装重量不断增加；还 由于拱段吊装高度一般较大(对中承式和下承式拱桥)，其 施工缆索和扣索塔架亦很高。尤其是当运用吊塔、扣架一 体化结构的吊装施工新技术时，保证大桥钢管拱肋合拢前 的塔架和拱肋的稳定性，并使其拱轴线满足设计要求，是
3、 主拱安全合拢乃至大桥顺利建成的关键技术所在。1 工程 概况 宜宾市金沙江戎州大桥位于四川宜宾市城 区，紧邻宜 宾小南门大桥。主桥结构为一净跨 2 6 0 m的钢管混凝土中 承式桁拱，矢跨比为 l：4 5，拱轴线为 m=1 4的悬链线；两片桁拱拱肋各由4根 1 0 2 01 6 m m，呈四肢格构式；吊 杆采用 5 5 中7 m m镀锌高强平行钢丝束，间距 8 m；桥面系 采用箱型横梁和T型纵梁。桥面以上设 6道、桥面以下设2 道钢管桁架横撑，其主管为 中7 2 01 2 m m；桥面以上还设 有2道肋间横梁，横梁下弦为 凹 0 0 m m钢管混凝土。拱脚 上下弦约5个节间段设计外包混凝土，拱
4、座均置于中风化 基岩上，两肋拱座 间设 两道 系梁 连接。桥面宽度：净一l 5 m(行车道)+2 0 5 m(防撞护 栏)+2 3 m(人行道)+2 0 2 5 m(人行道栏杆)，全 宽2 2 5 m。设计荷载等级：城一A级(主跨采用汽车一超 2 0，挂一 l 2 0)，人 群 4 0 k N m 。2 施工方案【文献标识码】B 展到千斤顶钢绞线斜拉扣挂法。在传统的拱桥合龙技术中，各段拱肋间采用铰接，扣索索力可以实时调整，结构的可 变性比较大；而在千斤顶斜拉扣挂技术中，除第一段与拱 座铰接外，其余各段均采用固定连接。该方法与拱桥的其 他施工方法相比，具有使用机具少、施工时间短、扣索钢 绞线可回
5、收，经济效益显著等特点，并解决了大跨度拱桥 节段悬拼、扣索系统操作复杂、拱轴线难于控制、风险大 等难题，应用前景十分广阔。采用千斤顶斜拉扣挂技术进 行施工，在整个悬拼架设过程中，每扣挂一段即与上段 固 结，克服了传统卷扬机滑轮组合龙技术中多铰稳定性差的 缺陷，并使拱桥的合龙难度与分段多少无关，但同时也对 拱桥的施工控制提出了更高的要求。戎州大桥拱肋 的设计施工方案采用缆索 吊装法，吊装 塔为缆索吊装系统和斜拉扣挂系统合用的承重结构，通过 吊扣合一钢塔架(简称吊装塔)，让缆索吊装系统所用的“塔架”和斜拉扣挂系统的“扣架”成为有机整体，吊装 塔采用万能杆件拼装而成。原设计方案要求在塔顶设置交 换梁
6、，扣索和锚索分离。经比较论证后采用扣锚一体化施 工(见图 1 所示)，即在塔顶不设交换梁，扣索绕过塔顶索 鞍形成锚索。该方法施工工序简单，但是由于索长增加而 使施工控制难度加大。3 扣索索力分析与测量 采用扣锚一体化、扣塔 吊塔一体化方法施工时，缆索 吊机起吊作业、钢管拱节段拼装及线形调整均会引起扣索、锚索、缆索索力以及支承塔架内力的变化，从而影响悬壁 钢管拱肋的线形。因此，整个吊装、扣锚体系的计算模拟 是十分重要的。由于塔顶安置鞍座，扣锚索为通长索，目 前采用的专业分析程序还难以进行准确模拟。在比较分析 了多种模拟方法之后，采取了较为保守的方法进行计算。收稿 日期2 0 0 5 0 31 2
7、 作者简介张弘涛(1 9 7 9一)，男，吉林辽源人，硕 拱桥的节段施工常采用无支架缆索吊装法，后来又发 士研究生。四川建筑第 2 5卷 4期2 0 0 5 8 1 2 7 维普资讯 http:/ 蘩霉 冀 羹 。：爨超 主缆 图 1 戎州大桥 拱肋节段 吊装示意图 3 1 模型的建立 由于计算需要耗费大量的时间，在进行吊装计算 时，要尽量简化分析模型，抓住问题 的实质。因计算结 构对称，只取单个拱肋来进行分析。按照钢管拱肋节段施工设计图，在构件交接处设置结点。横撑及行车道板的重量取其一半 作为永久荷载作用在结点处，扣索和锚索采用通长索进行 模拟。这种方法求出的索力既能很好地控制线形，又能保
8、证结构 的内力 处于 安全 范围之 内。实践 证明，该 方法 计算 精度完全可 以满足工程要求。3 2 扣 索 内力测 量 钢管拱的吊装是一个动态过程，各扣索的内力不断地 在变化，及时、准确、全面地 了解各个节段施工时的索力 值，对保证吊装塔 的结构安全稳定极为重要。现场实时跟 踪监测扣索内力，是施工得 以进行的保证。可采用的方法 有千斤顶压力表量测、压力传感器(环)量测和基于振动 频率理论 的索力仪量测。在戎州 大桥施工控制中，采用 J MM 2 6 8型索力动测仪测量扣索索力。在扣索索力监控工作中，对索力仪量测，采用人工激 振或环境激振的频率测试方法，用加速度传感器作拾振器 测定扣索频率。
9、这种量测方法是基于振弦原理，索力大小 可根据以下公式计算出：量、计算长度、测试频率等有直接的关系。索力计算式(1)，是假定索的两端呈嵌固的状态下推导 出来的，在扣锚一体化体系中，其扣索长度是一个难以准确 确定的参数。因为扣索与锚索为通长索，鞍座对索形成了支 承作用。鞍座处的支承既不是固结也不是 自由，而是一个可 滑动的支承形式，该处所支承的是一段索长，而不是理论上 的一个点。因此在测试过程中，索长难以准确量取。所以扣 索长度可以用以下公式计算：L：+f (2)式中 为每根钢铰线的长度基数(m)；A L 为安装牵引 力作用下扣索弹性伸长修正(m)；A L 为扣索垂度修正(m)。，：(3)2，2
10、AL ：(4)2 4r 式 中：卜扣索的安装初拉力(N)；E 扣索的弹性模量(MP a)；A 扣索钢铰线截面面积(c m )；。的水平投影长(m)；扣索的单位长度重(k N m)。7 1：4W：L2，f 2 (1)4 结束语 n g 式 中：卜索力(k N)；扣索单位长度重量(k N m)；n 频率 阶数；产 一 对应 n阶的频率(H z)；r 一扣索计算长度(m)；r重力加速度。在拱肋合龙前测得的扣索索力与理论计算值的比较见 下表。从表中可以看出，理论值与实测值吻合 良好。表明计 算模型是反映真实情况的。表 l 钢管拱合龙前单肋扣 索拉力(单位：k N)l 扣索 2 扣索 3 扣 索 4 扣
11、索 5 扣索 6 扣索 理论计算 7 8 7 5 4 0 4 9 6 5 4 6 6 1 8 6 9 4 现场实测 8 0 1 5 7 0 5 1 0 5 7 8 6 4 8 6 8 4 3 3索力测试误 差分析 从索力计算式(1)中可以看出，索力与扣索单位长度重 1 28 大跨度钢管混凝土拱桥施工时，通过扣索来保持拱肋 结构的平衡，同时利用扣索来调整拱形，索力大小的确定 则是保证施工质量和安全的重要措施。由于本桥同时运用 了扣锚一体化、扣塔 吊塔一体化方法施工，加大了钢管拱 合拢前期吊装施工的难度。在研究并解决大跨径钢管混凝 土拱桥扣塔 吊塔一体化吊装施工中的关键技术基础上，保 证了主拱吊装施工的可行性和安全性。该技术的成功应用。大大减少了施工设备的投入和工程量，降低了工程造价，放松了对施工场地的限制，产生了好的经济效益和社会效 益。参 考 文 献 1 陈宝春编著，钢管混凝土拱桥设计与施工 M 北京：人 民交通 出版社，2 0 0 0：4 2 4 5 2 蔡绍怀编著 现 代钢管 混凝 土结构 M 北京：人民交 通出版 社，2 0 0 3：1 6 81 6 9 3 李亚东，姚 昌荣，张 弘涛 宜 宾金沙 江戎 州大桥施 工监 控报告 R 西南交通大学 2 0 0 4：3 0 3 3 四川建筑第 2 5卷 4期2 0 0 5 8 维普资讯 http:/