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1、宁波市东外环甬江大桥工程缆索吊设计说明书18一、工程概况甬江大桥主拱拟采取缆索吊装方案。由于桥址处航空限高为107m，为减小缆索吊跨中垂度、保证主跨拱肋安装，在主拱中部加设一座临时索塔，根据本桥钢箱拱肋的结构形式和最大节段重量，甬江大桥吊装系统采取150m+217m+217m+150m跨径组合的连续四索跨吊装系统。整个缆索吊系统共设三个索塔。索塔采用门形全钢结构，塔柱横桥向中心距28m，顶宽42m（边索塔为41.8m）。边索塔为双柱式门形结构，分别设在P3、P4主墩承台顶面，采用缆索、扣索合二为一的方式，索塔底部与主墩承台固结；中索塔为四柱式门形结构，设在主跨跨中位置，仅布置有缆索系统，索塔底
2、部与临时承台固结。主索长度820多米，采用两组主索。单组主索由8根70mm、公称抗拉强度为1470MPa的密封钢丝绳组成，每根钢丝绳最小破断拉力为4976kN（密封钢丝绳GB/T 352-2002）。单组主索设计吊重1800kN，两组主缆索总设计吊重能力为3600kN，主索安全系数3.5。两组索道均采用独立的起重、牵引、跑车及上、下挂系统，全桥共四套。每组主索起重系统由4台16t卷扬机、12线32mm起重钢丝绳和4台1000kN主索跑车系统组成。跑车牵引系统由32mm钢丝绳，4台16t卷扬机组成。主索道内侧设2套工作索系统，全桥共4套。工作索主要用于临时风撑、吊杆等吊装起重作业。工作索道分别用
3、256mm普通钢丝绳组成，最大设计吊重20t。缆索系统总体布置见图1-1二、缆索系统设计1主缆系统设计计算模型：主缆跨度实际布置为：150m217m16m217m150m，中间16m跨对主缆受力影响很小，可忽略不计，即简化为双跨缆索系统：150m217m217m150m。(1) 主索荷载：单组主索拟采用870mm-1470MPa密封钢丝绳，作用于主索上均布荷载总重：G521kN跑车、吊具及起重牵引索分配重量等空载集中力：Q0280kN最大节段ZN1重1800kN，采取与中索塔抬吊安装，因此取第二大节段ZN9作为设计吊装荷载，跨中设计吊重：Q吊1620kN则：QmQ0+ Q吊1900kN(2)
4、设计吊重下主索张力设计吊重下跨中垂度取fm12.5m（矢跨比：1/17.36）则主索水平分力：此时，主索张力：一组主索（870mm-1470MPa密封钢丝绳）破断拉力：主缆安全系数：.5，满足设计要求。(3) 空缆初始张力和垂度两等跨主缆张力方程为：式中：分别为初始状态和终末状态主缆水平张力；主缆刚度，取：与代梁剪力内积有关的函数，当时，其表达式为：该函数的参数的意义如下：Q集中荷载总量，共有4个总量Q，分别为本跨和另一跨，初始状态和终末状态。下标为m时表示初始状态，为x时表示终末状态，上标表示另一跨，不带上标表示本跨。其它参数的上下标也具有类似意义；G均布荷载总量，GgL；x集中荷载Q的位置
5、；a集中荷载的间距。跑车间距12m，本跨和邻跨跑车位于跨中时：则张力方程的二次项系数为：常数项为：代入张力方程有：解得：空载垂度：(4) 塔前15m时的主索张力及垂度（吊装ZN1拱肋节段）此时，跑车与中塔上起重设备协同提升安装重1800kN、长25m的ZN1拱节段，根据该段安装工艺，可设跑车分担的提升节段重量为1000kN，距塔15m，间距取a0，则：此时张力方程常数项为：其它参数同空缆，即此时张力方程为：解得：吊点垂度：此时的跨中垂度为：吊点处主索升角为：中索塔吊装侧的支座反力：主索张力：8921kN，比跨中起吊ZN9节段（1620kN）时的张力小。中索塔空载跨侧的支座反力忽略支座摩擦，即两
6、跨的主索张力相等，则中索塔另一跨的水平分力：此工况下，缆索吊装对中塔产生的荷载：竖向力：V14523001752kN水平力：H50214840181kN，方向指向空载跨。2 起重索跑头拉力计算公式为：上式中：P跑头拉力，Q计算荷载，取Q1800/2=900kN，S省力系数，式中：K阻力系数，按滚珠轴承，取1.02n绳数，为了与100t滑车组匹配，起重钢丝绳按走12线布置，取n12t导向滑车个数，跑头由导向滑车引出，取t=6+17，则省力系数：跑头拉力：起重索32mm-637SIWR-1770MPa，钢丝绳最小破断拉力：Tn645kN起重索安全系数：，满足设计要求3 牵引索(1) 牵引索牵引阻力
7、计算1) 跑车运行阻力W12) 起重索运行阻力W23) 后牵引索的松弛张力W3（gL为牵引索的线重量，x1，f为后牵引索的跨度、垂度）4) 牵引索总牵引阻力W(2) 牵引索安全系数计算牵引索的最大拉力：牵引索走“2”布置，转向轮布置3个，则省力系数：牵引索32mm637SIWR1770MPa，钢丝绳最小破断拉力Tn645kN牵引索安全系数： 满足设计要求4 工作索计算模型同主索。(1) 工作索荷载工作索拟采用256mm-637SIWR-1770MPa普通钢丝绳，作用于工作索上均布荷载总重：G52kN，跑车、吊具及起重牵引索分配重量等空载集中力：Q050kN跨中设计吊重：Q吊200kN则QmQ0
8、+ Q吊250kN(2) 设计吊重下工作索张力设计吊重下跨中垂度取：fm12.5m（矢跨比：1/17.36）则工作索水平分力：此时，工作索张力：工作索（256mm-637SIWR-1770MPa）最小破断拉力：工作索安全系数： 满足设计要求(3) 工作索起重绳跑头拉力：式中：P跑头拉力，Q计算荷载，取Q200kN，S省力系数，其中：K阻力系数，按滚珠轴承，取1.02n绳数，起重钢丝绳按走“4”布置，取n4t导向滑车个数，跑头由导向滑车引出，取t=2+13，则省力系数：跑头拉力：起重绳22mm637SIWR1770MPa，最小破断拉力Tn305kN起重绳安全系数 满足设计要求(4) 工作索牵引绳
9、1) 牵引阻力A）跑车运行阻力W1B）起重索运行阻力W2C）后牵引索的松弛张力W3总牵引阻力W：2) 牵引绳索安全系数牵引绳走单线，转向轮布置2个，则牵引力：牵引绳18mm637SFC1770MPa，钢丝绳最小破断拉力Tn189kN牵引绳安全系数： 满足设计要求5 压塔索塔顶主跨侧主缆水平夹角：塔顶边跨侧主缆水平夹角：。主缆钢丝绳与索鞍摩擦系数取0.15，则背索可提供的张力为：需要压塔索提供的水平力为：设压塔索倾角与背索相同，则其张力为：每组主缆压塔索（256mm637SIWR1770MPa）最小破断拉力：压塔索安全系数： 满足设计要求6 背索及塔柱1) 背索主跨缆索张力：压塔索受力不计，塔柱
10、自身分担的水平力也不计，则边缆（背索）张力为：背索安全系数：三、塔架结构荷载计算1主缆系统对塔顶的作用力（1）中塔见前面计算，控制工况为靠中塔起吊，主缆系统对中塔的作用力为：竖向力：V1752kN水平力：H181kN（2）边塔主缆系统对边塔的竖向力为： 2抬吊ZN1时作用在中塔塔顶单根挑梁的竖向荷载3. 抬吊合拢段时作用在中塔塔顶单根挑梁的竖向荷载4塔架结构自重5风荷载 正常施工条件6级风速 台风情况下12级风速 （1）塔架立柱风荷载标准值：（见建筑结构荷载规范GB50009-2001）式中 风荷载标准值()高度z处的风振系数风荷载体型系数风压高度变化系数基本风压()1）基本风压：根据港口工程
11、荷载规范JTJ 215-98中11.0.2条规定6级风：12级风：2）风压高度变化系数：将塔架立柱沿高度方向每20m划分为一个计算节段，荷载作用于节段中间位置处，查规范表7.2.1知0m20m 取10m高度处为荷载作用点 20m40m 取30m高度处为荷载作用点 40m60m 取50m高度处为荷载作用点 60m80m 取70m高度处为荷载作用点 80m100m 取90m高度处为荷载作用点 3）体型系数：经计算得知桁架的挡风系数桁架杆件和节点挡风净投影面积桁架的轮廓面积由建筑结构荷载规范表7.3.1中34项计算6级风：12级风：查得：4）高度z处的风振系数：建筑结构荷载规范7.4.2条规定脉动增
12、大系数脉动影响系数振型系数风压高度变化系数根据附录E中E.1.1取得（塔架高度）对6级风：查表7.4.3得 对12级风：查表7.4.3得 查表7.7.41取得 根据附录F中F.1.1规定，对塔架结构的振型系数取值分别如下0m20m 取10m高度处 20m40m 取30m高度处 40m60m 取50m高度处 60m80m 取70m高度处 80m100m取90m高度处 对于6级风速由以上参数可得：0m20m 取10m高度处 20m40m 取30m高度处 40m60m 取50m高度处 60m80m 取70m高度处 80m100m取90m高度处 对于12级风速由以上参数可得：0m20m 取10m高度处
13、 20m40m 取30m高度处 40m60m 取50m高度处 60m80m 取70m高度处 80m100m取90m高度处 综上各参数，塔架立柱风荷载标准值计算如下：1）对于6级风速0m20m 取10m高度处 20m40m 取30m高度处 40m60m 取50m高度处 60m80m 取70m高度处 80m100m取90m高度处 2）对于12级风速0m20m 取10m高度处 20m40m 取30m高度处 40m60m 取50m高度处 60m80m 取70m高度处 80m100m取90m高度处 （2）塔架联系桁架风荷载标准值：（见建筑结构荷载规范GB50009-2001）式中 风荷载标准值()高度z处的阵风系数风荷载体型系数风压高度变化系数基本风压()1）基本风压：根据港口工程荷载规范JTJ 215-98中11.0
