桑坝大桥施工缆索塔架设计

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摘要：正安县桑坝大桥施工采用缆索吊装施工，两岸缆索均设置桩式地笼锚固。黄渡岸缆索直接锚固在地笼上，桑坝岸因地势较低，须设置塔架，缆索需穿过桥头处塔架后再进入地笼。塔架采用321桁架片为主要材料进行组装。

关键词：桑坝大桥 塔架 稳定性 抗倾覆力

一、工程概况

贵州省正安县桑坝大桥桥梁全长158米，位于正安县桑坝村沿渡河上。主桥为1×115米钢筋混凝土箱形拱桥，主拱圈高2.0米，宽7.0米，单箱双室断面，矢跨比1/5，净矢高23米，拱轴线为悬链线，拱轴系数1.756。采用缆索吊装施工，桑坝岸主索经321桁架片塔架后锚固在桑坝岸地锚上，塔架顶高程为647m；黄渡岸主索直接锚固在地锚上，高程为648m，跨度为225m，高差为1m，坡度为0.45%。本文主要对桑坝岸塔架的稳定性及抗倾覆力验算进行阐述。

二、塔架布置

塔架总高26.5米，由321桁架片三片一组，一组一节，节间以水平、竖向连接片相互联接组拼而成，中部采用7.5号热轧角钢及12号热轧槽钢组拼的1.5米高横梁联结，顶部采用3根20a热轧工字钢作横梁，塔脚下端铰接，顶部安装索鞍。用4φ36（6×37）钢丝绳作稳定缆风索，缆风索在前后方与主索成45度方向。黄渡岸地势较桑坝岸高26.7米，不设置塔架，直接连接地锚。

安装塔架所需材料如下：

1）、钢丝绳：Φ21.5×800米；2）、8根枕木；3）、葫芦：3吨2个；4）、321桁架片48片；5）、地笼8个，C20砼1.8/个m3，采用与大桥主墩基础相同的C20混凝土配合比施工。

三、塔架稳定性、抗倾覆力计算

塔架安全性按极限荷载下进行强度、刚度、抗倾覆力的验算，其安全系数符合JTJ041―2000“公路桥涵施工技术规范”中15.3.1条规定。由于桁架片本身各部分具备足够的强度和稳定性，主要对塔架的销接部位（即插销）进行验算。

1、塔架及缆风索的计算

塔架外力

1）、主索产生外力

V1 =551.40KN

H1= V1 f0=551.40×0.2=110.28KN

f0为主索对索鞍的摩擦系数，取0.2.

2）、起重索、牵引索产生外力

V2 = 88.21KN

H2 =8.11KN

3）、缆风索产生外力

V3 =110.0KN

H3 =77.8KN

4）、塔架自重V4=（1+0.25）×275×8×3×10/1000=82.5KN

注：0.25为塔架横联、连接片、螺栓、索鞍等按塔架贝雷片重量的25%计算

则塔顶所受总水平力

Q= H1+ H2 + H3

=110.28+8.11+77.8=196.19KN

塔底所受总竖直力

P=V1+ V2 + V3 + V4

=551.4+88.21+110.1+82.5=832.21KN

销接点的轴向力

σ1= P /∑F立净

=832.21×1000/（12.74×6×2/10000）

=54.44MPa

H塔架高度，e竖向力力臂，b塔架宽度

塔架立杆为6根，则每根立杆的轴向力

N=P/6=138.70KN

桁架插销所受剪力即为立杆销接点的轴向力，考虑杆内不均匀受力因素，按单侧受力验算，则销子的剪应力

τ= N/AQ=138.70/（0.0495/2）2/3.14/2/1000

=36.06MPa

安全系数K=τ/[τ]=16.23

2、稳定性验算

1）、塔架平面外的稳定性验算

计算简图如下页图：

查《路桥施工计算手册》附表3-32得：A0=12.74cm2

塔柱惯性距Ix=6×2A0×702+6×2I0

=6×2×12.74×702+6×2×198.3

=751491.6 cm4

A=6×2A0=12.74×2×6=152.88cm2，Wx=79.4cm3

回转半径：rx= =

=70.1111cm

长细比：λx=l0x/ rx

=2650/70.1111

=37.80

缀条取321桁架片四根腹杆，其型号为8#工字钢，A8=9.53 cm2

Alx=2×9.53

=19.06 cm2

查《钢结构设计手册（上册）》表3-18

λhx=

=

=41.83

由λhx=41.83，查《路桥施工计算手册》附表3-26得，

φ=0.829

σ=N/（φA）

=832.21×1000/（0.829×152.88/10000）

=65.66MPa

2）、塔架平面内的稳定计算

假设作用在塔架的水平力（风力）由塔架缆风和水平横联承受，塔架为轴心受压构件，计算简图见图二。

塔架平面内的塔柱惯性距

Ix =6A0×∑l2

=6×12.74×（452+8.752）

=160643.4cm4

塔柱的自由长度

loy =26.5m=2650cm

回转半径：

ry== =32.42cm

长细比：

图二、塔架平面内稳定计算简图

λy=l0y/ ry=2650/32.42=81.74

缀条取321桁架片二根腹杆，其型号为8#工字钢，A1y=5.69 cm2

Alx=2×5.69=11.38cm2

查《钢结构设计手册（上册）》表3-18

λhy=

=

=84.96

换算长细比：

λ?hy=λhy

=84.96×

=102.60

式中σs为16Mn钢的屈服极限。

查《路桥施工计算手册》附表3-26得，φ=0.413

σ=N/（φA）

=832.21×1000/（0.413×152.88/10000）

=131.81MPa

刚度验算

λmax=102.6

满足承载力要求

四、结语

缆索系统安装完毕，用15T重的物体反复试吊和水平运行后，检查各部位和部件均正常完好。

本缆索系统设施于2009年12月试吊完成后即投入使用，至2010年6月停用拆除，期间运行良好，维护得当，塔架工作状况良好，未倾覆、偏移等结构安全事故。