边跨散索套无支撑的独塔双跨自锚式悬索桥吊索张拉方法

摘要

本发明公开了一种边跨散索套无支撑的独塔双跨自锚式悬索桥吊索张拉方法，其特征为主跨侧吊索由主塔向主塔侧散索鞍逐步张拉的同时，交替张拉边跨侧吊索，而边跨侧先张拉散索套附近的BK-M吊索，然后向边跨散索套按顺序逐步张拉，再由BK-M向主塔按顺序逐步张拉，过程中若塔顶偏位超限则顶推主索鞍。本方法充分利用了边跨散索套附近永久吊索控制索力较大的特点，张拉该部分后基本能控制住散索套的竖向位移，且在后期索力增量小，总量满足安全要求。本发明有以下优点：1)不需临时固定散索套或临时吊索等设施，节约成本；2)安全系数高、快捷方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种边跨散索套无支撑的独塔双跨自锚式悬索桥吊索张拉方法。

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，而空间主缆自锚式悬索桥抗风能力强，动力性能优，因此越来越受到重视。迄今为止，已建或在建的自锚式悬索桥有二十余座，如佛山平胜大桥、韩国永宗大桥、美国旧金山新奥克兰海湾大桥、广州猎德大桥、杭州江东大桥、天津富民桥、青岛海湾大桥大沽河航道桥等。自锚式悬索桥按主塔的数量可以将其分为独塔自锚式悬索桥和双塔自锚式悬索桥。而根据边跨有无吊索又可以将独塔自锚式悬索桥分为独塔单跨(仅主跨有吊索)、独塔双跨(主、边跨均有吊索)，将双塔自锚式悬索桥分为双塔单跨(仅主跨有吊索)、双塔三跨(主、边跨均有吊索)。

无论是平面主缆自锚式悬索桥，还是空间主缆自锚式悬索桥，其施工方法一般为：下部结构施工→主塔、加劲梁施工→主缆安装→吊索安装→体系转换，其中体系转换的功能是将由临时墩承受的加劲梁自重转换到吊索上，继而由吊索传递给主缆，主缆传递给主塔。因此，体系转换为自锚式悬索桥建造过程的关键技术环节。

目前，自锚式悬索桥体系转换方法有两种：一是整体顶升加劲梁，在无应力状态下安装吊索，精确调整吊索长度后，解除加劲梁的临时墩支承，使加劲梁悬吊于主缆上；二是先安装吊索，再分批分阶段张拉吊索，将加劲梁由临时墩支承转化为主缆悬吊。方法一进行体系转换的优点是一般不需要对吊索进行张拉的设备，缺点是吊索需要调整时难度较大，同时需要较多的起顶设备、材料。而方法二具有较好的适应性，自锚式悬索桥的体系转换绝大部分采用该方法。第二种方法是主边跨均按主塔由远离主塔的方向张拉吊索，如果边跨无支撑的自锚式悬索桥也采用这种方法，则会出现散索套竖向位移过大，从而引起主缆索股在锚固导管口弯折的问题。

为了解决第二种方法存在的问题，现有的施工方法是：1)在散索套底部加临时锚固结构将散索套临时固定，然后从主塔向散索套逐步张拉吊索。但是，该方法需在加劲梁施工时预埋较强大的构件以便提供强大的锚固力，该力作用在混凝土加劲梁较小的范围内会破坏加劲梁；2)将散索套附近的主缆用临时吊索先行拉下，然后从主塔向散索套逐步张拉吊索。采用该方法需在钢箱梁制作过程中增加强大的锚固装置，且需增加临时吊索，而临时吊索及临时锚固装置的容许张拉力一般较小。上述方法需增加较多的临时设施，且施工风险较大。

发明内容

为了解决现有自锚式悬索桥吊索张拉方法存在的上述技术问题，本发明提供一种无需增加临时设施、安全系数高、快捷方便的边跨散索套无支撑的独塔双跨自锚式悬索桥吊索张拉方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

1)主塔、加劲梁施工，主缆安装；

2)空缆上安装索夹与吊索，并将猫道改吊挂在主缆上；

3)张拉边跨散索套附近的BK-M吊索；

4)将主跨吊索按距主塔的距离由近至远的顺序逐步张拉到成桥无应力吊索长度，张拉主跨吊索的过程中，交替张拉边跨吊索；边跨吊索的张拉顺序为：依次将边跨吊索BK-M外侧的边跨吊索按距主塔的距离由近至远逐步张拉，之后再将边跨吊索BK-M内侧的边跨吊索按距主塔的距离由远至近逐步张拉。

本发明的技术效果在于：本发明首先确定第一个张拉的边跨吊索，然后将主跨吊索按照由近至远的顺序逐步张拉到成桥无应力吊索长度，张拉主跨吊索的过程中，交替张拉边跨吊索；边跨吊索的张拉顺序为：依次将第一个张拉的边跨吊索以左的边跨吊索按由右至左逐步张拉，再将第一个张拉的边跨吊索右侧的边跨吊索按由左至右逐步张拉。本发明既解决现有方法中主边跨均按主塔由远离主塔的方向张拉吊索，会出现散索套竖向位移过大，从而引起主缆索股在锚固导管口弯折的问题。同时也解决了现有在散索套底部加临时支撑将散索套临时固定或将散索套附近的主缆用临时吊索先行拉开并施加较大的向下临时约束力的施工方法中存在的成本高、不安全、施工速度慢的技术问题。

总之，本发明的方法不需临时固定散索套或临时吊索等设施，节约成本；并且充分利用了永久吊索控制索力大的优点，安全系数高、快捷方便。

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明中的独塔双跨自锚式悬索桥桥型布置图。

图2是本发明中边跨散索套无支撑的独塔双跨自锚式悬索桥边跨散索套区段立面图。

图3是本发明吊索锚固定体系构造图。

具体实施方式

参见图1、2、3，图1是本发明中的独塔双跨自锚式悬索桥桥型布置图。图2是本发明中边跨散索套无支撑的独塔双跨自锚式悬索桥边跨散索套区段立面图。图3是本发明吊索锚固定体系构造图。图中1是主塔；2是主缆；3是吊索；4是边跨侧散索套；5是主跨侧散索鞍；6是主跨；7是边跨；8是主跨侧锚跨；9是边跨侧锚跨；10是临时墩；11是前锚面中心；12是后锚面中心；13是钢砼结合段；14是支座中心线；15是吊索锚固导管；16是钢箱梁；17是吊索钢锚箱；18是吊索锚固垫板；19是吊索锚固螺母；20是主缆索股；21是主缆索股锚固导管。图1中主跨侧吊索由主塔向主跨散索套依次编号为ZK-1、ZK-2、…、ZK-N₁，边跨侧吊索由边跨散索套向主塔依次编号为BK-1、BK-2、…、BK-N₂。

本发明的具体实施步骤如下：

1)主塔、加劲梁施工，主缆安装；

2)空缆上安装索夹与吊索，并将猫道改吊挂在主缆上；

3)张拉边跨散索套附近的BK-M吊索；

4)将主跨吊索按照ZK-1→ZK-2→…→ZK-N₁的顺序分级逐步张拉到成桥无应力吊索长度的过程中，交替张拉边跨吊索。边跨吊索的张拉顺序为：BK-(M-1)→BK-(M-2)(BK-M吊索外侧)→…→BK-1→BK-(M+1)→BK-(M+2)→BK-N₂(BK-M吊索内侧)。本步骤中BK-M吊索与主塔之间为内侧，不在BK-M吊索与主塔之间则位于BK-M吊索外侧。

当BK-1吊索张拉后，边跨散索套的竖向位移一般基本能被控制住，即后期的吊索张拉对边跨散索套的竖向位移影响将非常小，可以忽略。

上述步骤3)M值的计算方法如下：

利用大型通用有限元计算软件ANSYS或自编悬索桥施工控制计算仿真程序按设计文件建立全桥成桥状态的有限元模型；

拆除有限元模型中的吊索，同时将主索鞍顶推至设计文件确定的预偏位置；

对上述模型进行几何非线性有限元计算，得到空缆状态时边跨各吊索对应的上下吊点三维坐标X_i上，Y_i上，Z_i上，X_i下，Y_i下，Z_i下，i＝1，2，…，N₂，N₂吊索的个数。

按i由小到大的顺序计算各吊索在空缆时上下吊点连线对应的矢量r_i与吊索锚固导管中心线对应的矢量之间的夹角θ_i，若θ_i＜[θ]，则M＝i。[θ]为吊索上下吊点连线与锚固导管中心线夹角的容许值，可由锚箱构造设计图确定。θ_i的计算公式如下：

${\theta }_i=\arccos ({\overrightarrow{r}}_i,{\overrightarrow{R}}_i)$

空缆时，各锚箱导管中心线所对应的矢量相差较小，可根据设计文件中的锚箱构造确定。

在整个过程中，张拉吊索的索力值及鞍座顶推时机均可通过施工控制有限元仿真计算确定。