式悬索桥中的恒载由主缆来承受,而活载还需要由主梁来承受,所以主梁必须有一定的抗弯刚度,主梁的形式以采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为合适。 2. 施工顺序
在现场刘工向我们强调地锚式与自锚式悬索桥最大的区别在于其施工顺序上。地锚式悬索桥采用先缆后梁,即先施工锚碇,再架设主揽,最后吊起主梁。而自锚式悬索桥由于其主缆是直接锚固在加劲梁端部的锚锭上,这使得自锚式悬索桥的施工顺序是先梁后缆,以这座桥为例,其施工步骤是先架设加劲梁(为了满足加劲梁安装的施工操作,需设临时辅助墩进行梁的支撑,然后用顶推法预制箱梁),再架设主揽,最后才能张拉吊杆。
三. 加劲梁
加劲梁的主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形。加劲梁是承受风荷载和其它横向水平力的主要构件。大跨度悬索桥由于加劲梁自重的限制,加劲梁均为钢结构,一般采用钢析架和钢箱梁形式,密云大桥则是采用的扁平钢箱梁结
构(右图)。对于钢筋混凝土材料的加劲梁由于自重大,所以限制了其跨径的大小。对于钢筋混凝土自锚式悬索桥其跨径一般不宜大于40mm。
1.钢箱加劲主梁施工方法(顶推法)
钢箱加劲主梁一般采用预制节段大型浮吊安装和支架上分段拼装顶推施工两种方法,密云大桥采用的是顶推法。顶推法指的是梁体在桥头逐段浇筑或拼装,用千斤顶纵向顶推,使梁体通过各墩顶的临时滑动支座面就位的施工方法。顶推施工是在桥台的后方设置施工场地,分节段浇筑梁体,并用纵向预应力筋将浇筑节段与已完成的梁体连成整体,在梁体前安装长度为顶推跨径0.7倍左右的钢导梁,然后通过水平千斤顶施力,将梁体向前方顶推出施工场地。重复这些工序即可完成全部梁体施工。顶推法最早是1959年在奥地利的阿格尔桥上使用,其特点是:由于作业场所限定在一定范围内,可于作业场上方设置顶棚而使施工不受天气影响,全天候施工。为了在顶推的过程中为了减少过大的悬臂弯矩,可设置临时墩和导梁。在连续梁的跨度大于顶推跨度时,宜设置中间临时
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墩,临时墩应能承受顶推时的最大竖向荷载和最大水平摩阻力引发的变形。在此原则前提下,尽可能降低造价,便于拆装。为提高临时墩的稳定性,防止临时墩在箱梁顶推过程中产生较大的水平位移,保证顶推安全,将临时支墩与相邻的主桥墩和制梁台座进行撑拉连接,用水平或斜拉钢绞线束临时加固。
顶推过程中梁体截面要承受正负交替出现的弯矩,施工工艺复杂,要充分计算并控制钢梁的安全性、局部稳定性和抗倾覆性。
2. 钢-砼混合段连接
密云大桥的主梁形式是主跨为钢箱梁而边跨是混凝土梁,钢-砼混合结构传力最关键、受力最复杂、施工相当困难的部位,国内多座桥梁都对钢-砼混合段进行了许多专题研究,主梁钢混结合段施工除保证通常混凝土梁以及钢梁施工的质量措施,结合模板支架及其预拱度、测量予控和混凝土浇筑振捣、养护、预应力张拉等工序,保证主梁混合段所在位置达到桥梁线形、标高、轴线偏移、几何形状等精度要求外,必须严格控制钢束的张拉和锚固的准确和可靠性,剪力钉和加劲构造的焊接质量,和满足混凝土浇筑的强度和密实度,混凝土振捣到位,不能有缺陷和空洞,并使混凝土得到良好的养护。
四.主缆
主缆是悬索桥的主要承重构件,除承受自身恒载外,缆索本身通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面系)的恒载。除此以外主缆还承担一部分横向风荷载,并将它传递到桥塔顶部。主缆材料大多采用平行钢丝绳或高强钢丝,由于平行线钢缆弹性模量高、空隙率小、抗腐蚀性能好,因此较多采用。设计中一般将主缆设计成二次抛物线的形状。
1. 主缆施工是整个桥梁施工的重点部分。一般悬索桥主缆架设和主缆调整工作如下:(自锚式悬索桥也适用)
主缆架设根据结构特点,主缆架设可以采取在便桥或已浇筑桥面外侧直接展开,用卷扬机配合长臂汽车吊从主梁的侧面起吊安装就位。
①缆索的支撑:为避免形成绞,将成圈索放在可以旋转的支架上。在桥面每4-5m,设置索托辊(或敷设草包等柔性材料),以保证索纵向移动时不会与桥面直接摩擦造成索护套损坏。因锚端重量较大,在牵引过程中采用小车承载索锚端。
②缆索的牵引:牵引采用卷扬机,为避免牵钢丝绳过长,索的纵向移动可分
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段进行,索的移动分三段,分别在二桥塔和索终点共设三台卷扬机。
③缆索的起吊:在塔的两侧设置导向滑车,卷扬机固定在引桥桥面上主桥索塔附近,卷扬机配合放索器将索在桥面上展开。主要用吊车起吊,提升时避免索与桥塔侧面相摩擦。当索提升到塔尖时将索吊入索鞍。在主索安装时,在桥侧配置3台吊机,即锚固区提升吊机、主索塔顶就位吊机和提升倒链。
2. 主缆防腐
悬索桥主缆的防腐对悬索桥十分重要,是要延续至整个悬索桥服役期的全过程,主要涉及到主缆材料的选
取,主缆的加工安装工艺,以及防腐措施等。主缆的防腐措施普遍采用的技术是:钢丝出厂前进行热镀锌处理,主缆成形后进行挤缆(将架设后略成六边形的索股群挤压成圆形),再通过“涂抹防腐腻子+缠绕钢丝+外防护涂层”的方式来进行防腐(如图所示),这种主缆防护体系实际上是通过对主缆外层进行密封包裹形成一个有效的铠装保护,来防止水分和腐蚀介质侵入其内部以达到防腐蚀目的。目前国内外主缆防腐主要采用3种方法:一是圆钢丝缠绕涂层法(19世纪40年代早期由JohnReobling开发);二是合成护套防护法(20世纪60年代早期由Bethlehem钢铁公司和DuPont化学公司开发);三是S形缠绕钢丝代替圆形钢丝。 3.猫道
猫道是指位于主缆之下(大约lm),沿着主缆设置,让进行主缆作业的工人有个立足的脚手架(如右图)。它是由猫道主索上铺设钢丝网面层、扶手绳等所组成.猫道宽度不大,为防止被风吹翻,同时也是为上、下游猫道之间能互相交通,一般要在两猫道之间设置横向天桥,中跨町设三至五道,边
跨一道。在猫道下方一般需设抗风索。在立面上,抗风索呈向上凸出的曲线形,其两端则扣在塔和锚碇的下方。在猫道主索和抗风索之间设若干根竖向(或斜向成v形的)细绳,互相辅紧,就形成一空间抗风体系。
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猫道的安装是在两塔间先由拖轮带一根Ф22mm钢丝绳渡海,架空作为导索。卷插机带动导索,从空中带Ф33mm牵引索过海安装。用Ф33mm牵引索作临时支承索,由Ф22mm钢丝绳牵引,将Ф45mm猫道主索逐根牵引过海安装就位,之后再用Ф22mm钢丝绳将成卷的猫道面铁丝网牵引拉开铺设在猫道主索上。 4. 主缆的锚固
主缆锚固装置即锚碇,由混凝土锚块(含钢筋)及支架、锚杆、鞍座等组成。主缆由空中成束的形式进入锚碇,要经过一系列转向、展开、锚固的构件。位于塔顶的有主鞍座;在锚碇前沿,主缆散开,需设散索鞍;若主缆散索中不改变其方向,则只需设散索套。
散索鞍的作用是将主缆的索股散开,分别锚固在锚固区的锚块上。散索鞍一般用在跨度较大的自锚式悬索桥中,由于跨度较大的悬索桥其主缆传递到主梁上的压力很大,所以必须将主缆散开分别锚固。散索鞍一般前段与主缆固定,后端散开。为了不使散索鞍承受主缆的拉力,可通过橡胶支座和螺栓安在主梁上。例如汕头海湾大桥是在散索鞍下面设置盆式橡胶支座,两侧有卡板、螺栓,以防止其侧向移动。其槽道呈漏斗状,主缆从小口进入,在大口处
散开,形状为系列阶梯形空间曲面。
如果主缆在散开的同时不改变其总方向,那就不用散索鞍而用散索套。散索套的槽道与散索鞍基本相同。在散索套安装就位后,由于侧向力的作用,仍有可能向着主缆未散开的那个方向滑移,为此,应在散索套小口之外设置“挡圈”。
挡圈的构造同索夹相似,即凭借高强螺柱使挡圈抱紧主缆,由此而产生摩擦力以阻挡散索套的移动。
锚固方式有热铸锚(左图),即有锚环套在钢索上,使钢索端部的钢丝散开,在锚环灌入低熔点的合金形成楔形体传递外
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力;墩头锚,钢索的每根钢丝在纯果孔板后将其末端钝粗,钝粗后的钢丝不能穿过孔板,以此来传递外力;冷铸锚,与热铸锚相似,只是锚环内填充的是特制的环氧混合物填充料。密云大桥采用热铸锚,热铸锚的具体制作是将索体(钢丝束、钢绞线、钢丝绳)的端头部分套入锚具,均匀分散钢丝,进行清洁和表面处理,去除油脂、杂物等,增强钢丝和锚具内腔表面与合金的粘合特性。钢丝在锚具锥形内腔均匀地呈锥形散开,填充热熔的锌铜合金,待合金自然凝固冷却后,反顶压实,钢丝与合金在锚具内腔成为锥柱楔体,在缆索承受张拉力时,将产生楔紧作用,钢索受力时,越楔越紧,锥体的三维应力状态将有效地保证钢丝张力的可靠传递。
五.吊杆
吊杆也称吊索,是将加劲梁和桥面系吊于主缆上的唯一构件,它除受恒载外,还因时刻变化的活载、风载引起的拉伸、弯曲和摆动。因此跨中较短的吊杆易疲劳而折断。一般的悬索桥吊杆上端通过索夹(如左图)与主缆相连接,索夹由铸钢制作,分成左、右两半或上、下两半,安装之后,用高强螺栓将两半拉紧,使索夹内壁对大缆产生压力,防
止索夹沿大缆向低处滑动,索夹有骑跨式和销接式两种形式。吊杆的下端通过加劲梁调节杆与主梁相连,有销接式和套筒式两种连接形式。吊杆的施工步骤如下:
(1)吊索张拉前应确定张拉施工方案,明确张拉的顺序、步骤和方法;制定鞍座顶推步骤,确定分次顶推的时机和顶推量;同时应配备接长杆、千斤顶、作业台架等施工机具。
(2)吊杆安装及加载吊杆在索夹安装完成后立即安装。小型吊杆采用人工安装,大型吊杆采用吊车配合安装。
(3)吊索宜分2~3次进行张拉,逐步到位。张拉顺序宜从索塔向跨中进行,张拉时应同步、分级、均匀施力,且应以拉力和拉伸长度进行双控,并以拉力控制为主。吊索张拉使用8台千斤顶对称张拉。吊索底端冷铸锚具,其锚杯铸有内外螺纹,内螺纹用于连接张拉时的连接杆以便千斤顶作用,外螺纹用螺母连接后将吊杆固定于锚垫板上。
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