CN103233427B - 一种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换的方法。所述吊索张拉与体系转换的方法的步骤为： 1）同一纵桥向位置横向的多根吊索同步进行张拉与锚固；2）在全桥范围内的吊索张拉，同时进行最多为4个作业处，即两个边跨各一个作业处，一个主跨的两个半跨各一个作业处；3）以主跨跨中为界对称进行；4）在每个半桥范围内，边跨吊索按由边跨跨中向两侧的顺序逐根张拉并锚固；剩余的未张拉锚固吊索从主塔向跨中对两相邻吊索同时进行张拉，其中靠近主塔的吊索张拉并锚固，而另一吊索张拉至某一索力并临时锚固，如此循环，直至全部吊索张拉并锚固。本发明施工速度快，工期大为缩短，所需千斤顶及接长杆少，成本大为节约。

Description

一种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换的方法

技术领域

本发明涉及自锚式悬索桥领域，具体为一种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法。

背景技术

自锚式悬索桥不需修建体积庞大的锚碇，对地质条件要求低，跨径布置灵活，且景观效应好，其应用愈来愈多^[1]。自锚式悬索桥的桥形主要有独塔单跨（仅主跨有吊索）、独塔双跨（主、边跨均有吊索）、双塔单跨（仅主跨有吊索）、双塔三跨（主、边跨均有吊索）、双塔双跨、多塔多跨等多种形式^[1]。

自锚式悬索桥的架设方法之一是采用有临时锚锭的“先缆后梁”法，如跨度33m+90m+33m的苏州竹园大桥的架设即是采用此方法^[2]。该方法只适应跨径较小的主梁采用结合梁的自锚式悬索桥。

大跨径自锚式悬索桥的架设方法通常是“先梁后缆”，再通过吊杆张拉，使主梁的重量由临时墩转移到主缆承担，如中国发明专利CN201010301437公开的独塔双跨，（这个过程称为体系转换，自锚式悬索桥这种架设方法简称吊索张拉与体系转换方法详细施工过程为：下部结构施工→主塔与主梁施工→主缆安装→吊索张拉与体系转换→桥面系施工）。在吊索张拉，使主梁（主梁）的重量由临时墩转移到主缆承担的关键施工程序中，吊索张拉顺序、同步张拉的吊索数量、同一根吊索张拉次数、张拉索力或者张拉后锚固的无应力索长等吊索张拉与体系转换方法（方案）应满足目标、安全、构造相容和经济等四原则^[3 ]。

文献^[3]-[5]已按上述四原则分别给出了独塔单跨、独塔双跨、双塔单跨的吊索张拉与体系转换方案（方法），且实施效果良好。

为了使两桥塔布置于尽量远离河谷的水深较浅的两侧位置，并节省造价，三跨平面主缆悬索桥的边、主跨跨径之比通常在0.4以下。这种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥除了采用前述的通过吊索张拉使主梁重量由临时墩转移到主缆的方法外，还可使用“主梁顶升+吊索无应力安装+主梁分级逐步下降”的方式实现体系转换^[6 ]。后一种方法需要数量较多的大吨位千斤顶，并且适应范围有限，因此，本发明研究的是通过吊索张拉实现体系转换的方法。

主跨的吊索张拉既可按从两主塔向跨中的顺序，也可按由跨中向两主塔的顺序；其边跨的吊索张拉既可按从主塔向散索鞍（套）的顺序，也可按从散索鞍（套）向主塔的顺序，还可按从跨中分别向主塔和散索鞍（套）的顺序。因此，双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥体系转换在理论上存在六种吊索张拉方法（方案），但哪种张拉方法才能有效和较好满足目标、安全、构造相容和经济等四原则呢？

本发明即是这针对这种三跨平面主缆悬索桥，根据这种桥型施工力学特性而发明的能有效和较好满足上述四原则的吊索张拉与体系转换方法（方案）。

发明内容

为了确保双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥的吊索张拉与体系转换满足目标、安全、构造相容和经济等四方面的要求，本发明经过对背景工程的六种可能方案进行论证，本发明旨在提供一种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法，该方法施工速度快，工期大为缩短，所需千斤顶及接长杆少，成本大为节约。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法，包括如下步骤：

1）形成主梁、两座主塔和两座边墩；安装主缆；

2）在主缆上安装索夹与吊索，并将猫道吊挂在主缆上；

3）张拉锚固吊索：

a）当两边跨吊索数相同，且主跨两个半跨张拉锚固的吊索数相同时，由边跨跨中分别向主塔和散索套的顺序张拉锚固至成桥无应力索长，同时，将主跨靠近两主塔侧的吊索由主塔向跨中的顺序对称张拉锚固至成桥无应力索长；待边跨的吊索全部张拉锚固至成桥无应力索长后，主跨跨中附近剩余吊索继续按由两主塔向跨中的顺序，以跨中为对称中心，单侧两相邻编号的吊索为一组，以主跨跨中为对称中心与该组吊索对称的两相邻编号吊索为另一组；每一组中，靠主塔一侧的吊索张拉锚固至成桥无应力索长，而靠跨中一侧的吊索，在此步张拉至靠主塔侧吊索在张拉至成桥无应力索长过程中该靠主塔侧吊索的索力安全系数满足设计和规范要求，而所述靠跨中一侧的吊索在下一步张拉锚固至成桥无应力索长，直至全部吊索张拉至成桥无应力索长；

b）当两边跨吊索数不同，且主跨两个半跨张拉锚固的吊索数不同时，先同时由边跨跨中分别向主塔和散索套的顺序、主跨靠近两主塔侧的吊索由主塔向跨中的顺序对称张拉锚固吊索，当吊索数较少的边跨上的吊索张拉锚固完毕时，继续对称张拉锚固吊索数较多的边跨上的吊索，同时主跨靠近吊索数较多的边跨侧的吊索由主塔向跨中的顺序继续张拉锚固，直到吊索数较多的边跨上的吊索张拉锚固完毕，此时，两边跨上的吊索全部张拉锚固至成桥无应力索长；而主跨跨中附近剩余吊索继续按由两主塔向跨中的顺序，以跨中为对称中心，单侧两相邻编号的吊索为一组，以主跨跨中为对称中心与该组吊索对称的两相邻编号吊索为另一组；每一组中，靠主塔一侧的吊索张拉锚固至成桥无应力索长，而靠跨中一侧的吊索，在此步张拉至靠主塔侧吊索在张拉至成桥无应力索长过程中该靠主塔侧吊索的索力安全系数满足设计和规范要求，而所述靠跨中一侧的吊索在下一步张拉锚固至成桥无应力索长，直至全部吊索张拉至成桥无应力索长。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

就本发明而言，对于张拉锚固时索力不大于5t的边跨吊索和靠近主塔的主跨吊索，采用手拉葫芦张拉就位；而对于锚固时索力较大的主跨跨中附近的吊索，采用千斤顶张拉就位。

为了方便快速地去顶张拉锚固吊索的索力值，张拉锚固吊索的索力值通过有限元软件计算分析确定。

本发明优选适用于所述边跨与主跨的跨径比小于0.4的双塔三跨。

在吊索张拉与体系转换中，若主塔塔顶偏位超限，则顶推主索鞍至预偏位置。

以下对本发明的方法作进一步介绍：

本发明具体包括如下步骤：（1）同一纵桥向位置横向的多根吊索同步进行张拉与锚固；同一位置的双吊索同步进行张拉与锚固（张拉后的索力和锚固的无应力索长相同）。正因如此，下面将同一纵桥向位置横向的多根吊索，同一位置的双吊索视为同一编号的吊索或者同一根吊索。（2）在全桥范围内的吊索张拉，同时进行最多为4个作业处，即两个边跨各一个作业处，一个主跨的两个半跨各一个作业处。（3）以主跨跨中为界的两个半桥的吊索张拉对称或者基本对称进行。（4）在每个半桥范围内，边跨吊索按由边跨跨中向两侧（主塔和散索鞍或散索套）的顺序逐根张拉至成桥无应力索长并锚固，靠近主塔的主跨相同根数吊索按由主塔向主跨跨中的顺序逐根张拉至成桥无应力索长并锚固；边跨吊索每张拉锚固一根，主跨亦同步张拉锚固一根。（5）若两边跨的吊索数不同，则在上述步骤完成后，主跨两个半跨张拉锚固的吊索数不同，需先对吊索锚固较少半跨的吊索继续从主塔向跨中逐根张拉锚固，直至主跨两侧的吊索张拉锚固数相同。（6）在每个半桥范围内，主跨跨中附近剩余的未张拉锚固吊索仍按从主塔向跨中的顺序，对两相邻吊索同时进行张拉，其中靠近主塔的吊索张拉至成桥无应力索长并锚固，而另一吊索张拉至某一索力（使得相邻靠近主塔的吊索张拉锚固时的索力安全系数满足设计和规范要求）并临时锚固。如此循环，直至全部吊索张拉至成桥无应力索长并锚固。（7）在全过程的吊索张拉与体系转换中，若塔顶偏位超限则顶推主索鞍。（8）对于张拉锚固时索力不大于5t的边跨吊索和靠近主塔的主跨吊索，采用手拉葫芦张拉就位；而对于锚固时索力较大的主跨跨中附近的吊索，则采用千斤顶张拉就位。若主塔塔顶偏位超限，则顶推主索鞍至设计文件确定的预偏位置。

本发明“双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉方法”，经过了背景工程的定量计算和科学论证。现定性分析如下：

1）对于双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥，由于边跨吊索未安装和主索鞍向边跨预偏两因素的综合作用，使得边跨的主缆线形一般比成桥线形略低，但低得不多；同时从主缆到成桥，边跨主缆在跨中处下降量最大，如边跨吊索张拉从跨中开始逐根进行，则各吊索一次性张拉锚固至成桥无应力索长的索力均不大，可用手拉葫芦张拉就位（不需千斤顶，也无需接长杆），且已张拉锚固的靠近跨中吊索的作用将使得相邻未安装吊索的上吊点下降。因此，边跨吊索张拉锚固的最优顺序应从跨中开始，向两侧（主塔和散索鞍）交替张拉。

2）由于主索鞍在主缆时向边跨预偏，使得主跨主缆在主缆时跨中附近抬高量较大而主塔附近抬高量较小，因此主跨吊索按由主塔向跨中的顺序张拉，则所需接长杆较少，前期张拉的吊索索力较小。若主跨由跨中向主塔方向逐步张拉，则跨中的一根吊索张拉完后便须暂停主跨跨中吊索两侧吊索的张拉，待边跨吊索张拉完后才能进行主跨吊索的张拉，否则会使得主塔向主跨产生较大偏位（虽然此时主索鞍向主跨顶推能减小主塔偏位，但将使边跨主缆线形上抬量更大），边跨主缆及主跨跨中至主塔间的主缆线形抬高量较大，给对应区域内的吊索张拉增加难度和工作量。所以主跨吊索张拉的最优顺序为由两侧主塔向跨中。

3）待边跨吊索全部张拉锚固至成桥无应力索长后，主跨跨中附近剩余吊索由于跨中附近主缆向上的竖向位移较大，不能继续按由主塔向跨中的顺序将跨中附近剩余吊索逐根张拉锚固至成桥无应力索长，否则这些吊索力安全系数不满足设计和规范要求。对于这种情况，有两种方法解决。第一种方法称为多轮循环法，具体方法是将剩余吊索按由主塔向跨中的顺序逐根张拉至一定索力（该索力需有限元仿真计算得到，且应使其对应的吊索在自身正被张拉的阶段及后续阶段的安全系数满足设计和规范要求），当跨中附近所有剩余吊索被张拉完一遍后，返回到两侧未被张拉至成桥无应力索长的吊索，又按由主塔向跨中的顺序进行第二轮张拉，……，如此循环，直到某一轮的张拉能使跨中附近剩余吊索分别张拉至成桥无应力索长；第二种方法称为逐步推进法，具体方法是按由主塔向跨中的顺序，每阶段同时张拉两对或三对相邻编号的吊索，其中离跨中最远的吊索在该阶段张拉至成桥无应力索长，而靠近跨中附近的一对或两对吊索需在此过程中分别张拉至一定索力以将主缆拉下使得离跨中最远的吊索在张拉至成桥无应力索长过程中索力安全系数满足要求。

多轮循环法的优点是每次只需张拉一对吊索，所需千斤顶少，缺点是该方法需将跨中附近剩余吊索进行多轮张拉才能达到成桥目标，千斤顶及工作挂篮需要多次移动及安装，将需要大量工期、人工及机械台班。逐步推进法的优点是只需进行一轮，则全部吊索将张拉至成桥无应力索长，千斤顶和挂篮安装次数少，无需反复移动和安装，工期快，不足是所需千斤顶数量稍多。本发明的主跨跨中附近吊索张拉发方法采用的是逐步推进法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）施工速度快，工期大为缩短；2）所需千斤顶及接长杆少，节省了人工及机械台班，成本大为节约，具有显著的经济和社会效益。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明中的两边跨吊索数相同的双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥桥型布置图；

图2是本发明中主跨主塔附近吊索及边跨吊索张拉顺序图；其中图2-a表明主塔附近主跨吊索按从主塔向跨中的顺序张拉，与此同时，边跨吊索按从跨中向两侧（主塔和散索鞍）逐步交替张拉；图2-b为边跨吊索全部张拉锚固至成桥无应力索长时的状态；

图3是本发明中边跨吊索全部张拉至成桥无应力索长后，主跨跨中附近剩余吊索张拉方法；其中图3-a表明主跨跨中附近剩余吊索仍按由主塔向跨中的顺序，以跨中为对称中心，单侧两相邻编号的吊索（ZK-m，ZK-m+1）为一组（ZK-n-1，ZK-n为对称的另一组）同时利用千斤顶张拉，其中靠主塔侧吊索（ZK-m和ZK-n）张拉锚固至成桥无应力索长，而靠跨中侧吊索（ZK-m+1和ZK-n-1）在该步张拉至一定的安全索力使得靠主塔侧吊索（ZK-m和ZK-n）在张拉至锚固成桥无应力索长过程中的索力安全系数满足设计和规范要求；图3-b表明ZK-m和ZK-n张拉锚固至成桥无应力索长后，进入下一个阶段，将吊索ZK-m+1，ZK-m+2为一组（ZK-n-2，ZK-n-1为对称的另一组）同时利用千斤顶张拉，其中靠主塔侧吊索（ZK-m+1和ZK-n-1）张拉锚固至成桥无应力索长，而靠跨中侧吊索（ZK-m+2和ZK-n-2）在该步张拉至一定的安全索力使得靠主塔侧吊索（ZK-m+1和ZK-n-1）在张拉至成桥无应力索长过程中的索力安全系数满足设计和规范要求；图3-c为跨中附近吊索全部张拉锚固至成桥无应力索长，即体系转换完成时的状态。

在图中

1-主塔；2-主梁；3-主缆；4-吊索；5-边墩； 6-临时墩；7-散索套；8-主跨；9-主跨跨中；10-边跨。

具体实施方式

一种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法，包括如下的实施步骤：

1）主塔1、主梁2施工，主缆3安装；

2）主缆3上安装索夹与吊索4，并将猫道改吊挂在主缆3上；

3）利用手拉葫芦将主跨8主塔1附近吊索4由主塔1向跨中9逐步张拉锚固至成桥无应力索长，与此同时，利用手拉葫芦将边跨10吊索4按由边跨跨中向两侧（主塔1和散索套7）的顺序分别张拉锚固至成桥无应力索长；

4）待边跨10吊索4全部张拉锚固至成桥无应力索长后，主跨跨中9附近剩余吊索4仍按由主塔1向跨中9的顺序，以跨中9为对称中心，单侧两相邻编号的吊索（如ZK-m、ZK-m+1）为一组（ZK-n-1、ZK-n为以主跨8跨中9为对称的另一组）同时利用千斤顶张拉，其中靠主塔1侧吊索（ZK-m、ZK-n）张拉锚固至成桥无应力索长，而靠跨中9侧吊索（ZK-m+1、ZK-n-1）在该步张拉至一定的安全索力使得靠主塔1侧吊索（ZK-m、ZK-n）在张拉至成桥无应力索长过程中其索力安全系数满足设计和规范要求，而自身（ZK-m+1、ZK-n-1）在下一步张拉锚固至成桥无应力索长，如此循环，直至全部吊索张拉至成桥无应力索长。

在整个过程中，张拉吊索的索力值及鞍座顶推时机均需通过有限元软件计算分析确定。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

参考文献

[1] 胡建华.现代自锚式悬索桥理论与应用[M].北京：人民交通出版社，2008年5月:3-9.

[2] 孙剑飞，方建回，谭乔清等.自锚式悬索桥上部结构新颖施工方法介绍[J].预应力技术，2004，45（4）：25-29.

[3]李传习，柯红军，刘建，董创文. 平胜大桥体系转换施工控制的关键技术[J]. 土木工程学报，2008，41（4）:49-54.

[4] 唐启，李传习，柯红军. 独塔双跨空间索面自锚式悬索桥体系转换方案确定[J]. 公路交通技术,2010,2(1):73-77.

[5] 柯红军 李传习 张玉平 董创文. 双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换方案与控制方法[J]. 土木工程学报，2010，43（11）:94-101.

[6] 宋旭明，戴公连，方淑君. 三汉砚湘江大桥设计构尾及施工工艺[C]. 中国土木工程学会桥梁及结构工程分会第十八届全国桥梁学术会议论文集（上册） , 2008 年5月：415-420.

Claims (5)

1. 一种双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法，其特征是，包括如下步骤：

1）形成主梁（2）、两座主塔（1）和两座边墩（5）；安装主缆（3）；

2）在主缆（3）上安装索夹与吊索（4），并将猫道吊挂在主缆（3）上；

3）张拉锚固吊索（4）：

a）当两边跨吊索数相同，且主跨（8）两个半跨张拉锚固的吊索数相同时，由边跨（10）跨中分别向主塔（1）和散索套（7）的顺序交替张拉锚固至成桥无应力索长，同时，将主跨（8）靠近两主塔（1）侧的吊索（4）由主塔（1）向跨中（9）的顺序对称张拉锚固至成桥无应力索长；待边跨（10）的吊索（4）全部张拉锚固至成桥无应力索长后，主跨（8）跨中（9）附近剩余吊索（4）继续按由两主塔（1）向跨中（9）的顺序张拉，以跨中（9）为对称中心，单侧两相邻编号的吊索为一组，以主跨（8）跨中（9）为对称中心与该组吊索对称的两相邻编号吊索为另一组；每一组中，靠主塔（1）一侧的吊索张拉锚固至成桥无应力索长，而靠跨中（9）一侧的吊索，在此步张拉至一定的安全索力使得靠主塔（1）侧吊索在张拉至成桥无应力索长过程中索力安全系数满足设计和规范要求，而所述靠跨中（9）一侧的吊索在下一步张拉锚固至成桥无应力索长，直至全部吊索张拉至成桥无应力索长；

b）当两边跨吊索数不同，且主跨（8）两个半跨张拉锚固的吊索数不同时，先同时由边跨（10）跨中分别向主塔（1）和散索套（7）交替的顺序、主跨（8）靠近两主塔（1）侧的吊索（4）由主塔（1）向跨中（9）的顺序对称张拉锚固吊索，当吊索数较少的边跨上的吊索张拉锚固完毕时，继续对称张拉锚固吊索数较多的边跨上的吊索，同时主跨（8）靠近吊索数较多的边跨侧的吊索（4）由主塔（1）向跨中（9）的顺序继续张拉锚固，直到吊索数较多的边跨上的吊索张拉锚固完毕，此时，两边跨上的吊索全部张拉锚固至成桥无应力索长；而主跨（8）跨中（9）附近剩余吊索（4）继续按由两主塔（1）向跨中（9）的顺序，以跨中（9）为对称中心，单侧两相邻编号的吊索为一组，以主跨（8）跨中（9）为对称中心与该组吊索对称的两相邻编号吊索为另一组；每一组中，靠主塔（1）一侧的吊索张拉锚固至成桥无应力索长，而靠跨中（9）一侧的吊索，在此步张拉至一定的安全索力使得靠主塔（1）侧吊索在张拉至成桥无应力索长过程中索力安全系数满足设计和规范要求，而所述靠跨中（9）一侧的吊索在下一步张拉锚固至成桥无应力索长，直至全部吊索张拉至成桥无应力索长。

2. 根据权利要求1所述的双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法，其特征在于，对于张拉锚固时索力不大于5t的边跨吊索（4）和靠近主塔的主跨吊索（4），采用手拉葫芦张拉就位；而对于锚固时索力较大的主跨跨中附近的吊索（4），采用千斤顶张拉就位。

3. 根据权利要求1所述的双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法，其特征在于， 张拉锚固吊索（4）的索力值通过有限元软件计算分析确定。

4. 根据权利要求1-3之一所述的双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法，其特征在于，所述边跨（10）与主跨（8）的跨径比小于0.4。

5. 根据权利要求1-3之一所述的双塔三跨平面主缆自锚式悬索桥吊索张拉与体系转换方法，其特征在于，在吊索（4）张拉与体系转换中，若主塔（1）塔顶偏位超限，则顶推主索鞍至预偏位置。