长沙至重庆公路通道湖南省吉首至茶洞高速公路矮寨特大桥施工图设计
设 计 说 明 书
一、设计范围
(13)《碳素结构钢》（GB/T 700-1988） (14)《优质碳素结构钢》（GB/T 699-1999） (15)《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-1994）
本册文件为长沙至重庆公路通道湖南省吉首至茶洞高速公路第6A合同段矮寨特大桥第六册缆索系统施工图设计阶段设计文件。内容包括主缆、吊索、主索鞍及栅格、散索鞍、索夹、中央扣、缆套、主缆检修道以及主索鞍防护罩等的设计。
(16)《合金结构钢》（GB/T 3077-1999）
(17)《一般工程用铸造碳钢件》（GB/T 11352-1989） (18)《大型低合金钢铸件》(JB/T 6402-1992)
(19)《铸钢件磁粉探伤及质量评级方法》（GB/T 9444-1988） (20)《铸钢件超声探伤及质量评级方法》（GB/T 7233-1987）
（一）《关于吉首至茶洞公路初步设计的批复》（交公路发[2006]260号，交通部）
（二）《关于吉首至茶洞公路矮寨特大桥技术设计及项目概算的批复》（交公路发[2006]455
号，交通部）
(21)《铸钢件渗透探伤及缺陷显示迹痕的评级方法》（GB/T 9443-1988） (22)《钢锻件超声波检验方法》（GB/T 6402-1991） (23)《锻轧钢棒超声波检验方法》（GB/T 4162-1991） (24)《金属布氏硬度试验》(GB/T 231-2002)
(25)《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》（GB/T 3274-1988） (26)《优质碳素结构钢热轧厚钢板和宽钢带》（GB/T 711-1988） (27)《锅炉用钢板》（GB713-1997）
⑴《公路悬索桥设计规范》（报批稿）
(2) 交通部部颁：《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）； (3) 交通部部颁：《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） (4) 交通部部颁：《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86） (5) 交通部部颁：《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000） (6) 交通部部颁：《公路工程抗震设计规范》（JTJ 004-89） (7)《公差与配合》（GB/T 1800～1804-1992） (8)《形状和位置公差》（GB/T 1182～1184-1996） (9)《表面粗糙度符号代号及其注法》（GB/T 131-1993） (10)《焊缝符号表示法》（GB/T 324-1988） (11)《钢丝绳》（GB/T 8918-1996） (12)《粗直径钢丝绳》（GB/T 11256-1989）
(28)《厚钢板超声波检验方法》（GB/T 2970-2004） (29)《焊接结构用碳素钢铸件》（GB/T 7659-1987）
(30)《铸钢件射线照相及底片等级分类方法》（GB/T 5677-1985）
(31)《金属和其他无机覆盖层 热喷涂 锌、铝及其合金》（GB/T 9793-1997） (32)《铸造锌合金》（GB/T 1175-1997） (33)《碳钢焊条》（GB/T 5117-1995）
(34)《金属熔化焊焊接接头射线照相》（GB/T 3323-2005）
(35)《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》。（GB/T 11345-1989） (36)《铸件尺寸公差与机械加工余量》（GB/T 6414-1999） (37)桥梁缆索用镀锌钢丝（GB/T 17101-1997）
(38)交通部部颁：《悬索桥预制主缆丝股技术条件》（JT/T 395-1999） (39)交通部部颁：《公路悬索桥吊索》（JT/T 449-2001）
第 1 页 共11页
二、设计依据
三、设计规范标准
（一）设计采用标准、规范
长沙至重庆公路通道湖南省吉首至茶洞高速公路矮寨特大桥施工图设计 (40)《制绳用钢丝》（YB/T 5343-2006）
(41)《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01—2004）
设计基 准 期：100年 设计安全等级：一级
峒河历史最高洪水位：H=236.78m 高程控制：1985年国家高程基准。
地震基本烈度: 地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s；
在本桥施工图设计过程中，严格执行《中华人民共和国工程建设标准强制性条文》（公路、桥梁部分），无违反强制性条文的情况。
（二）设计参考标准、规范
(1)英国标准学会：《钢桥、混凝土桥及结合桥》（BS5400）
(2)美国各州公路和运输工作者协会（AASHTO）：《美国公路桥梁设计规范》（1994年版） (3)日本本州四国联络桥抗风设计基准 * 同解说（1976年） (4)日本本州四国联络公团：上部结构设计标准 * 同解说（1989年） (5)日本本州四国联络公团：钢床版设计要领 * 同解说（1989年） (6)机械设计手册 (7)水工设计手册
(8)与设计有关的其他标准、规范、手册。
五、主要材料
㈠ 主缆材料采用公称直径为φ5.25mm、公称抗拉强度为1670MPa的高强度镀锌钢丝，其技术指标应符合本设计文件和GB/T 17101-1997的规定。
㈡ 吊索材料采用镀锌钢芯钢丝绳。预张拉后，钢丝绳的宏观弹性模量不小于1.15×105 MPa；直径的正误差不大于6%，负误差为0；捻距不小于直径的8倍；同一吊点的吊索捻向相反；规格有以下两种：
⒈ 公称直径为φ62mm，公称抗拉强度为1870MPa，结构形式为8×41SW+IWR，其技术指标应符合本设计文件和GB/T 8918-1996和GB8918-2006(部分替代了1996年的规范)的规定。
2. 公称直径为φ88mm，公称抗拉强度为1870MPa，结构形式为8×55SWS+IWR，其技术指标应符合本设计文件和GB/T 11256-1989的规定。
四、主要技术标准
主线全线采用双向四车道高速公路标准：设计车速为80km/h，路基宽度24.5m。采用塔梁分离式悬索桥方案，本标段桩号为K14+000.00～ZK15+073.65（YK15+072.53），全长约1073.65m，悬索桥的主跨1176m。
公路等级:四车道高速公路 设计行车速度：80 km/h 设计汽车荷载：公路—I 级 桥面坡度：纵坡 0.8%，横坡 2.0% 钢桁梁：梁宽27m；梁高7.5m
桥面宽度：0.5 m(防撞护栏)+11.0 m(行车道)+0.5 m(防撞护栏)+ 0.5 m(中央分 隔带)+ 0.5 m(防撞护栏)+11.0 m(行车道)+0.5 m(防撞护栏),桥面全宽24.5 m 设计基准风速：34.9m/s
(三) 主缆索股、吊索两端以及检修道栏杆绳和扶手绳的热铸锚
⒈ 锚杯材料采用ZG310-570铸钢，其技术指标应符合本设计文件和GB/T 11352-1989规定。 ⒉ 锚杯内铸体材料为锌铜合金，合金成分（Zn：98±0.2%，Cu：2±0.2%）及热铸工艺应符合本设计文件的规定要求。
(四) 索夹材料采用牌号为ZG20SiMn的低合金钢铸件，其技术指标应符合本设计文件和JB/T 6402-1992的规定。
(五) 索夹紧固件材料均采用合金钢制造，其技术指标应符合本设计文件和GB/T 3077-1999的规定。
(六)缆套采用碳素结构钢钢板焊接。钢板及焊条的性能指标应符合本设计文件和GB/T 700-1988、GB/T 5117-1995的规定。
(七) 主索鞍和散索鞍鞍槽为铸钢件，材料牌号为ZG275-485H，应符合GB/T7659-1987《焊
第 2 页 共11页
长沙至重庆公路通道湖南省吉首至茶洞高速公路矮寨特大桥施工图设计 接结构用碳素钢铸件》标准。铸钢件出厂前，需出具合格证明书，该书应包括：制造厂名称代号、图号或件号（发运号）、牌号、熔号、化学成分及机械性能试验报告，以及合同明确规定的其他内容。
(八)主索鞍鞍座和散索鞍鞍体为组焊件，材料牌号为20g钢板，应符合GB/T 713-1997《锅炉用钢板》标准。
(九)锚梁为铸钢件，材料牌号为ZG310-570，应符合GB/T 11352-1989《一般工程用铸造碳钢件》标准。铸钢件出厂前，需出具合格证明书，该书应包括：制造厂名称代号、图号或件号（发运号）、牌号、熔号、化学成分及机械性能试验报告，以及合同明确规定的其他内容。
（十）散索鞍中底板和底座材料为ZG20SiMn,拉杆材料为40CrNiMoA。
(十一)主索鞍鞍罩围壁、端罩、补板联接件采用1Cr18Ni9Ti不锈钢板制造，其技术指标应符合本设计文件和《不锈钢冷轧钢板》（GB/T 3280-1992）的规定。鞍罩骨架采用冷弯槽钢，其技术指标应符合本设计文件和GB/T 700-1988的规定。
（十二）主缆检修道栏杆绳和扶手绳分别采用公称直径18mm、32mm，抗拉强度1670Mpa，结构形式为18ZAA6×19W+IWR和32ZAA6×19W+IWR的优质钢丝绳，其技术指标应符合本设计文件和GB/T 8918-1996和GB8918-2006（部分代替了1996年的规范）的要求。
（十三）J00、C00～C01吊索锚固底座材料采用ZG310-570铸钢，其技术指标应符合本设计文件和GB/T 11352-1989规定。预应力锚索采用φ15.2高强低松弛钢绞线，其技术指标应符合本设计文件和《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS 22:2005）的规定。
(4)索夹壁厚设计安全系数≥3.0。
(5)索夹螺杆的设计安全系数≥2.0；在初始张拉力作用下，安全系数≥1.4。
2.主要参数及要求
(1)主缆空隙率：索夹内取17%，索夹外取19%。
(2)主缆索股测长精度要求：基准丝 1/15000，标记点间距离 1/15000，成品索股 1/12000。 (3)吊索测长精度要求：标记点间距离需满足JT/T 449-2001中第6.2.5条规定，销铰中心与最近标记点间距离允许误差为±3mm。
（二）结构方案
1.主缆
主缆采用1/9.6的垂跨比，主跨主缆计算跨径1176m，吉首岸边跨主缆计算跨径242m，茶洞岸边跨主缆计算跨径116m。主缆施工采用预制平行钢丝索股逐根架设的施工方法（PPWS）。主缆共2根，横桥向间距27.0m。单束预制平行钢丝索股由127根ф5.25mm平行镀锌钢丝组成，用定型捆扎带绑扎，两端设热铸锚头。
每根主缆中，从吉首岸锚碇到茶洞岸锚碇的索股有169股（通长索股）；吉首岸边跨另设6根索股在吉首岸主索鞍上锚固（背索）。主缆在架设时竖向排列成尖顶的近似正六边形，紧缆后主缆为圆形，索夹内空隙率17%，索夹外空隙率19%。索夹内直径为859mm（吉首岸边跨）、844mm（中跨和茶洞岸边跨），索夹外直径为870mm（吉首岸边跨）、855mm（中跨和茶洞岸边跨）。
主缆在紧缆完成后，先进行捆扎并安装索夹，待桥面系施工完成后，主缆表面采用防锈腻子勾缝涂抹，再在外采用φ4.0mm镀锌低碳钢丝缠绕，最后涂刷后续各道防护涂层。主缆在主索鞍鞍罩及锚室入口等处采用喇叭形缆套密封防护；主缆上方设置主缆检修道。
索股锚头采用热铸锚，在锚杯内浇注锌铜合金，使主缆钢丝与锚杯相连。锚杯内锚固锥体的锥角及锚固长度采用经验公式计算确定，锚固力及可靠性还应在工厂内通过试验验证。
六、设计要点
(一) 设计技术指标 1.安全系数
(1) 在主要荷载（恒载+汽车+温度）作用下，主缆安全系数≥2.5 （2）在主要荷载（恒载+汽车+温度）作用下，吊索安全系数≥4.0； 施工阶段吊索安全系数≥2.5；
更换吊索时，在限制车辆通行情况下，相邻吊索的安全系数≥2.5。
(3)在主要荷载（恒载+汽车+温度）作用下，当螺杆拉力损失至安装拉力的70%时，吊索索夹的抗滑安全系数≥3.0。
2.吊索
本桥为单跨钢桁架悬索桥，中间跨设置吊索，端部吊索J00、C00离塔中心距离分别为66m、51.5m，J00~J01、C00~C01、C01~C02吊索间距为29.0m，其余吊索中心距均为14.5m。
根据吊索受力特点，并综合考虑材料性能、制造加工、安装维护、后期更换等因素，本桥设计采用钢丝绳吊索，靠近主塔的三个吊点(J00、C00、C01)， J00、C01每侧吊点设3根吊索，C00每侧吊点设两根吊索，通过预应力岩锚将其锚固于岩石上。其余每侧吊点设2根吊索，与钢桁架采用销铰式连接。J00、C01吊索设置一根CPS15B-19和四根CPS15B-9预应力锚杆，其对应的锚
第 3 页 共11页
长沙至重庆公路通道湖南省吉首至茶洞高速公路矮寨特大桥施工图设计 索设计张力分别为2960KN和1400KN,C00吊索设置一根CPS15B-15和四根CPS15B-5预应力锚杆,其对应的锚索设计张力分别为2496KN和780KN。
钢丝绳吊索为骑跨式，采用高强镀锌钢丝互捻而成，有两种结构形式：8X41SW+IWR、8X55SWS+IWR，钢丝绳公称抗拉强度1870MPa。同一吊点的吊索捻向相反，即一根左交互，一根右交互。J00~J01、C00~C02吊索因拉力或应力幅较大采用公称直径88mm的8X55SWS+IWR的钢丝绳。其余吊索采用公称直径62mm的8X41SW+IWR的钢丝绳，吊索两端锚头采用叉形热铸锚，锚头由锚杯与叉形耳板构成。锚杯内浇铸锌铜合金，叉形耳板与锚杯通过螺纹连接；每端叉形耳板与锚杯之间的螺纹各设有±20mm的调节量，用以消除制造、架设引起的吊索长度误差。锚杯口设有氯丁橡胶缓冲器，以改善吊索的弯折疲劳性能。为将吊索平行束紧，在主缆中心下1.8m（2.4m）处设置吊索夹具，吊索的相应部位设有锥形铸块，以定位支撑吊索夹具并保护吊索纲丝绳。对于悬吊长度大于20m的吊索，需在悬吊长度的中央设置减振架，以将一个吊点的吊索互相联系，减少吊索的风致振动。
主索鞍采用铸焊结合型结构，由鞍头和鞍身两部分组成，两者组焊为一体。当鞍槽内的隔板和索股全部就位并调股后，顶部用锌质填块填平，再把鞍槽侧壁用拉杆上紧。为减轻顶推摩阻力，鞍体下设聚四氟乙烯滑板以适应施工中的相对位移量，在吉首岸塔上预偏量为1000mm，在茶洞岸塔上预偏量为373mm。主索鞍分两半制造，吊装后用高强螺栓联为一体。
吉首岸边跨附加索股锚固于鞍顶的锚梁上。
塔顶设有底座格栅，以安装主索鞍。格栅悬出塔顶以外，以便安置控制鞍体移动的千斤顶，鞍体就位后将格栅的悬出部分割除。格栅要求表面平整，与塔顶构成一体并具有足够的竖向弯曲刚度，故采用纵横向以竖直钢板焊成的格构，上、下设格状顶、底板，形成纵横两向均为Ⅰ字形断面的网格，格内设锚固钢筋并填浇混凝土。
7.散索鞍
散索鞍鞍体采用铸焊结合的结构方案。鞍槽用铸钢铸造，鞍体由钢板焊成。
为增加主缆与鞍槽间的摩阻力，并方便索股定位，鞍槽内设竖向隔板，在索股全部就位并调股后，在顶部用锌填块填平，上紧压紧梁，再将鞍槽侧壁用螺栓夹紧。
3.中央扣斜拉索
为限制主缆和钢桁架的纵向水平位移，在主缆跨中设置三对柔性中央扣，中央扣斜拉索采用公称直径88mm的8X55SWS+IWR的钢丝绳，钢丝绳两端设套筒式热铸锚，锚固于钢桁架的上弦杆上。
8.主缆缆套
主缆缆套是主缆出入索鞍鞍罩或锚室前墙的过渡装置。要求其在对主缆提供防护的同时且具有良好的密闭性能，并在索鞍鞍罩或锚室前墙之间允许少量的伸缩活动；使主缆钢丝保持一定长度不受缠丝约束。
主缆缆套的构造形式为喇叭形管状钢套，缆套沿纵向分为上下两半，两半之间设螺栓夹紧装置和拼接条板，用螺栓将两半缆套连接安装在锥形索夹和主索鞍（或锚碇前墙）连接件之间，条板连接处及两端接头均设有橡胶层防水构造。
4.索夹
全桥索夹共三大类：①连接主缆与吊索的吊索索夹，②用于主缆定型的紧箍索夹，③主索鞍及出口处防护密封的封闭索夹。吊索索夹由于吊索拉力及主缆倾角不同，所需夹紧力不同，索夹长度和螺杆数量均不相同。为便于制造和施工，将相近长度的索夹并为10类。AT、A类索夹因吊索力较大，索夹壁厚采用45mm，其余索夹(中央扣索夹除外)壁厚采用35mm。AT类索夹上设三个承索槽，其余吊索索夹设两个承索槽，索槽设计张角±3.5°。索夹采用铸钢铸造，左右对合型，两半索夹用螺杆连接夹紧，接缝处嵌填橡胶防水条防水。各类索夹上均设有安装主缆检修道立柱的构造。
9.主索鞍鞍罩
鞍罩为钢结构，由骨架、带肋围壁以及端罩构成，鞍罩骨架焊接于塔顶的预埋钢板、格栅、主索鞍下承板上。鞍罩内设一台除湿机，以保持鞍罩内空气的干燥。
5.中央扣索夹
在主缆跨中设置了三对柔性中央扣，减少钢桁架的纵向位移。 柔性中央扣构造是加长竖向短吊索的索夹，在此索夹上另外加设两个能套挂短斜索的由凸肋条形成的凹槽。通过斜拉索将主缆与加劲钢桁架联结。中央扣索夹壁厚为45mm。
10.主缆检修道
为主缆检修人员通行，在主缆顶面设主缆检修道。在主缆两侧设由钢芯钢丝绳制成的扶手绳及栏杆绳，钢丝绳上端锚固于塔顶主索鞍上，边跨下端锚固于锚碇前墙内；中间通过立柱支承在索夹上。
6.主索鞍
第 4 页 共11页
长沙至重庆公路通道湖南省吉首至茶洞高速公路矮寨特大桥施工图设计
七、制造加工和施工要点 （一） 制造加工
1.主缆索股的预制
制索单位应编制“索股制作工艺细则”，并在通过由业主组织的审查后，根据该细则进行试生产，待试制索股通过质量评定后方可申请开工，批量生产。
先按设计确定的各索股无应力长度及各标记点间的距离，经过温度修正后，制造各股基准丝，然后在编索生产线上编制索股。每根通长索股沿长度方向均应有9个标记点，分别是：主跨中央点、吉首岸和茶洞岸主索鞍标记点、吉首岸和茶洞岸边跨中央点、吉首岸和茶洞岸散索鞍标记点、索股两端标记点；吉首岸边跨背索索股有4个标记点，分别是：边跨中央点、吉首岸散索鞍标记点、索股两端标记点。在预制索股的相应位置加以标记，并于锚头侧面标明索股编号。
编股时应记录所使用钢丝的盘号，并从检验记录中查得各根钢丝的线径和弹性模量，统计出索股的平均线径和弹性模量。编入同一索股的平均钢丝直径应为5.25±0.03mm，编入同一根主缆的平均钢丝直径应为5.25±0.01mm。
索股断面呈六边形，六边形的左、右两个顶点分别设置着色丝和基准丝，安装索股时通过着色丝检查索股是否扭绞。每根索股内的钢丝在全长范围内应保持平行，不允许出现交叉和扭绞现象，索股内127根钢丝的长度应保持一致，以保证受力均匀。
索股每隔1.5m用强力纤维带绑扎定型，主缆中相邻索股的绑扎带位置应错开设置，以减少主缆的空隙率。用两种颜色对比强烈的油漆，在基准丝标记点位置涂设标志，使标记点位于两种色漆的交界处，然后浇注锚杯并卷入索盘，索盘直径须满足放索要求。在索股的制作、运输、存贮、施工过程中应保证钢丝的锌层不受损伤及有害物的污染，并要做防锈保护。
吊索制造时应先浇铸一端锚头，然后在另一端锚头附近设一标记点，并精确测量、记录一端锚头销孔中心至另一端标志点之间的距离（设计恒载拉力下测量）；待测出主梁制造和主缆的架设误差后，对吊索长度进行修正（各次测量均应计入温度修正量），根据修正后的吊索长度浇铸另一端锚头。因此，要求在吊索钢丝绳下料时留有调整长度所需要的余量。
吊索锚头浇铸后，还应通过调整锚头耳板来精确调整吊索两端锚头耳板销孔之间的距离，使吊索能满足设计规定的精度值。吊索两端锚头的耳板销孔距离调整准确后，用紧定螺钉定位，定位时除应保证长度准确外，还应确保两端耳板的方向一致。因此，在锚头附近除设长度标记点外，还应设方向标记点。
3.热铸锚的浇注和检验
(1)热铸锚的锚杯必须按设计要求进行严格检验后方可使用；锚杯内灌注的锌铜合金，应严格控制纯度及配合比。
(2)合金灌注温度为460±10℃，灌注合金前应将锚杯预热至150±10℃。
(3)锚杯和索股（钢丝绳）在浇注台上垂直固定，将插入锚杯部分的索股（钢丝绳）的钢丝呈同心圆散开，应保证索股（钢丝绳）中心与锚杯中心完全一致，并保证钢丝的任何部位不与锚杯接触。合金灌注后索股（钢丝绳）与锚头端面的垂直度应控制在90°±0.5°。
(4) 合金灌注应密实，内无气孔，实际灌入量应为理论灌入量的92%以上。
(5)锚头及浇注的合金完全冷却后，对浇注质量作如下检查：将锚头固定在顶压台上，在出口端的索股（钢丝绳）上做出标记，将顶压头顶在浇注好的合金上，持荷规定的顶压力5min，卸压后测量索股的外移量，小于5 mm为合格。
主缆索股锚头的顶压力为2296kN，φ62mm的钢丝绳锚头顶压力为778kN，φ88mm钢丝绳锚头顶压力为1566kN。
(6) 在正式批量生产前，为验证锚头浇注工艺与合金配方的可靠性，要求试制一组短索（不少于3根）做静载实验，以确认锚头嵌固的安全度，试验完成后进行剖面检查，并进行合金化学分析，批量生产须在工艺成熟及检验合格后方可开始。
2. 吊索钢丝绳的预张拉及下料
吊索钢丝绳下料前必须进行预张拉，预张拉次数不得小于3次，预张拉力为钢丝绳公称破断荷载的55%，以消除非弹性变形，判定标准是：最后两次预张拉的非弹性变形之差不大于预张拉长度的0.15‰。
吊索钢丝绳应在设计恒载拉力下标记、下料；下料必须用软钢丝捆扎端头并采用砂轮切割，不得采用火焰切割。
悬索桥吊索的索长是在设计恒载重量下计算得出的，吊索钢丝绳下料时应根据实际的主缆架设误差、恒载以及反馈的各种实际误差，重新确定索长，进行有效的索长控制。
4. 铸钢件的铸造
(1) 铸造模型应采用整体模型,尺寸应考虑铸件的收缩量。
(2) 铸造用砂必须采用优质砂。要保证铸件表面光滑，不粘砂，砂型应用干燥型或自硬型。 (3) 铸造钢水应充分精炼纯净，尽量减少非金属夹杂物，应从炉中取样进行化学成分分析，保证钢水质量。
第 5 页 共11页