龔 毅

（湖南省高速公路管理局，湖南 長沙410000）

1 工程概況

澧水特大橋為張家界至花垣高速公路上的一座特大型橋梁，地處張家界永定區(qū)與湘西自治州永順縣的交界處，橫跨澧水河峽谷，谷頂寬約420m，谷底寬約50m，谷頂與谷底高差達280m 左右。該橋總體布置如圖1所示。

圖1 澧水特大橋總體布置圖（單位：cm）

澧水特大橋主橋采用單跨簡支鋼桁架懸索橋，主纜跨徑為（200+856+190）m。

2 主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架一體化設計

2.1 設計思路

澧水特大橋主索鞍鞍體的制作和吊裝分塊進行，吊至塔頂后采用高強螺栓連接，其最大吊裝重量為48.3t，安裝高度超過120m，故采取在索塔塔柱頂面設置吊裝門架的方式進行吊裝；鋼桁梁采用纜索吊機安裝，纜索吊承重繩線形根據(jù)大橋主纜矢跨比確定，需在索塔頂設置纜索吊承重繩支撐塔架。

澧水特大橋的索塔塔柱頂結構尺寸為：5.5m×8.8m，施工空間非常狹小，為確保結構安全的同時方便施工，施工時將主索鞍吊裝門架和后期鋼桁梁纜索吊裝系統(tǒng)支撐塔架一并綜合考慮，進行一體化設計。

2.2 主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架設計

2.2.1 主索鞍吊裝門架[1-2]

主索鞍吊裝門架考慮單次最大吊裝重量48.3t，設計為門式桁架結構，上弦桿、立柱、斜撐采用HW400×400型鋼，下弦桿和腹桿采用[28型鋼。門架設計起吊高度為8.15m，計算跨徑為4.85m，上弦桿長18.7m，前端懸臂長8.6m，后端懸壁長3.5m，立柱間距為3.3m，通過立柱底座固定在索塔塔柱頂面上，具體構造如圖2所示。

圖2 主索鞍吊裝門架構造圖（單位：mm）

2.2.2 纜索吊塔架

塔架采取塔上矮塔的方案，為獨立的空間體系，每個塔架采用4 根HW400×400 的型鋼作為立柱，橫桿采用HW400×400 的型鋼，斜撐采用[28 的槽鋼組成的空間格構體系，支撐在主塔塔頂和側面上，塔架總高為12m（含纜索吊系統(tǒng)索鞍）。

纜索吊塔架的具體構造如圖3所示。

2.2.3 一體化設計

由于澧水特大橋的索塔塔柱頂面空間有限，纜索吊塔架安裝時，主索鞍吊裝門架尚不能拆除。吊裝門架和支撐塔架在位置上沖突，安裝時間上不能錯開，單獨設計顯然不能滿足現(xiàn)場施工需要。因此，設計時考慮纜索吊塔架和主索鞍吊裝門架一體化，有效解決兩構件的位置沖突問題，便于施工的同時又減少了材料的用量，且增加了塔架的整體穩(wěn)定性。

主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架一體化結構形式如圖4所示。

2.3 結構計算

2.3.1 主索鞍吊裝門架計算

主索鞍吊裝門架采用Midas 程序計算[3]。立柱、斜桿、腹桿采用梁單元進行模擬，計算模型如圖5 所示。材料選用Q235，參數(shù)的取值如下：彈性模量E=2.1×105MPa，密度ρ=7.85×103kg/m3，泊松比μ=0.3[4]。

圖5 門架有限元模型圖

門架吊裝主索鞍及起吊系統(tǒng)總量（考慮沖擊系數(shù)）按照80t考慮。按照集中力施加，考慮到起吊系統(tǒng)的移動，共計算8個工況，從右到左依次為工況1～工況8（見圖6）。

圖6 門架荷載工況示意圖

通過計算得出各工況的應力值（見表1）。其中工況1為最不利工況，桿件受到的最大應力值為88.9 MPa，工況1應力如圖7所示。

表1 主索鞍門架計算結果匯總表

根據(jù)《公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范》（JTJ 025—1986）[3]，Q235鋼材容許應力為140MPa。從表1 可以看出，主索鞍吊裝門架應力滿足要求，結構安全可靠。

2.3.2 纜索吊塔架計算

塔架計算采用Midas程序。立柱、斜桿、腹桿采用梁單元進行模擬，計算模型如圖8所示。材料選用Q235，參數(shù)的取值如下：彈性模量E=2.1×105MPa，密度ρ=7.85×103kg/m3，泊松比μ=0.3。

圖8 塔架有限元模型圖

模型中施加的荷載為結構自重及纜索傳遞給索鞍的力，最大水平力H＝50.3t，最大豎向力V＝339.6t，按照集中力施加（如圖9所示）。

圖9 塔架加載示意圖

塔架各桿件的應力如圖10 所示。圖中壓應力為負，拉應力為正。根據(jù)《公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范》（JTJ 025—1986），Q235 鋼材容許應力為140MPa。從圖10可以看出，門架應力滿足要求。

圖10 塔架應力圖

3 主索鞍吊裝門架及纜索吊塔架施工

主索鞍吊裝門架和纜索吊塔架均采用塔吊從下往上依次安裝。為減少塔頂焊接量，可根據(jù)吊裝設備參數(shù)，考慮在加工場區(qū)進行門架片體焊接施工，在塔頂完成組裝焊接。

結合現(xiàn)場實際施工進度情況，主索鞍吊裝時，僅需完成門架部分桿件安裝，如圖11所示。

纜索吊系統(tǒng)安裝時，在主索鞍吊裝門架的基礎上安裝纜索吊塔架部分桿件，并在連接處栓接或焊接牢固，如圖12所示。

4 結語

本文以澧水特大橋施工為例，介紹了在索塔頂狹小空間內(nèi)同時考慮兩大吊裝門架系統(tǒng)的設計及施工，并采用Midas Civil軟件對結構受力情況進行建模復核驗算，確保結構安全的同時方便了施工、節(jié)約了材料、縮短了工期，取得了較好的經(jīng)濟效果，可供同類型橋梁工程技術人員參考。

[1] 喻勝剛，沈良成，牛亞洲.潤揚大橋懸索橋索鞍吊裝施工技術[J].橋梁建設，2004（4）：21-24.

[2] 蔣劍虹.自錨式懸索橋主索鞍分塊及吊裝施工技術[J].鐵道建筑技術，2009（10）：10-13.

[3] 葛俊穎. 橋梁工程軟件Midas Civil 使用指南[M]. 北京：人民交通出版社，2013.

[4] JTJ 025—1986，公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范[S].