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1、1 斜拉桥施工 斜拉索 斜拉索系一种柔性拉杆 是斜拉桥的重要组成部分 斜拉桥梁体重量和桥面荷载主要由拉索传至塔 墩 再传至地基基础 当今国内外各类斜拉桥所用的斜拉索主要采用经多种防腐处理制作的高强平行钢丝和平行钢绞线两种拉索 2 平行钢丝拉索结构 平行钢丝拉索的结构体系可分为三个主要部分 锚固部分 又分为张拉端锚固与固定端锚固两种形式 其中张拉端锚固由锚筒 锚圈 锚垫板 防护罩等组件组成 固定端锚固由锚饼 锚垫板 防护罩组成 过渡部分 由钢导管 锚筒过渡延伸钢管 减振器 防水罩等组成 中间部分 由高强钢丝 玻璃丝带 PE防护 缠包带等组成 近年来拉索制作技术已发展到内层与外层两层PE防护套一次
2、热挤成型 无须再用外层缠包带 单根圆钢丝直径常用5mm 7mm两种 钢丝抗拉标准强度Rb不少于1570MPa 锚具一般采用冷铸镦头锚 以1 2mm的淬硬钢球 环氧树脂铁砂 矿粉 固化剂 增韧剂等材料冷铸而成 拉索制作好后 卷盘运至建桥工地 放索 牵引 安装 张拉 通过索力调整完成拉索的张挂受力 拉索制作有工厂制作与施工现场制作两种形式 目前一般采用工厂制作形式 因为工厂制作 拉索质量容易得到控制 放索有水面放索 桥面放索 桥侧放索三种施工方法 拉索的挂设方法有吊点法 硬牵引法 软牵引法 承重导索法四种 拉索的张拉有一端张拉一端锚固与两端张拉两种 3 平行钢丝拉索结构 平行钢丝拉索成品索断面图
3、平行钢丝拉索冷铸镦头锚构造图 4 钢绞线拉索结构 钢绞线拉索的结构体系由两端的锚固段 隐埋在塔 梁内部的过渡段和外露部分的中间段三部分组成 锚固段分张拉端与固定端 由锚环 锚圈 锚垫板 防水装置 保护装置等组件组成 过渡段组成与平行钢丝拉索相同 中间段由钢绞线 内防护 外防护组成 钢绞线由7根直径5mm或7mm的圆形钢丝绞制成单股钢束 各单股钢束平行排列 形成钢绞线索 单根钢丝标准抗拉强度Rb 1860MPa 国外的钢绞线 如美国 日本 目前已发展到Rb 2000MPa 5 钢绞线拉索结构 6 钢绞线拉索结构 7 钢绞线拉索结构 8 平行钢丝拉索与钢绞线拉索的比较 平行钢丝拉索与平行钢绞线拉索
4、 在加工制作 运输 安装 受力性能 防护性能 维护更换等方面各有优缺点 现比较如下 1 拉索的制作平行钢丝拉索全部在工厂制作完成 目前国内已有专业化的制索工厂 具有成熟的生产工艺 质量控制易得到保证 其受力均匀 轴向刚度较大 材料利用率较高 钢绞线拉索的各个零部件均在工厂制作完成 而大部分的组装 防护工程须在建桥工地完成 受力均匀性较差 要求材料强度相对较高 国际上用群锚与夹片锚固拉索的新型钢绞线拉索在桥梁上使用的年限较短 因而使用经验尚不够成熟 2 拉索的运输 安装平行钢丝拉索 运输需要大直径卷索盘 受公路净空 净宽的限制 需大型起吊设备进行装 卸作业 安装和张拉需要重型千斤顶 张拉端结构内
5、需较大空间 牵挂索时牵引力大 需特殊设计牵引装置 钢绞线拉索 运输时其索盘直径相对较小 装卸作业起吊 运输及安装较容易 挂索时牵引力小 张拉空间相对要求较小 因此钢绞线拉索的大型设备投入少 不易控制 而且工期要长 9 平行钢丝拉索与钢绞线拉索的比较 3 拉索的防护性能平行钢丝拉索索体部分与两端锚固部分均在工厂整体进行加工 施工时间短 整体防护性好 其防护性能明显优于钢绞线拉索 钢绞线拉索的防护层数较多 且钢绞线拉索的防护施工时间长 防护施工的环境条件较差 防护的整体性也较差 钢绞线拉索的锚头与锚下过渡段结合部位是防护薄弱环节 钢套管内压注浆液在拉索的振动与变幅荷载作用下易碎裂 渗水 引起拉索锈
6、蚀 也应引起重视并妥善解决 4 拉索的张挂钢绞线索能化整为零 吊装重量较钢线索轻 但施工工艺复杂 许多工厂化作业需在现场完成 质量不易控制 而且工期要长 5 拉索的受力性能平行钢丝拉索的材料强度较低 Rb 1570MPa 但受力均匀性较好 钢绞线拉索的材料强度较高 Rb 1860MPa 当为镀锌钢丝时 Rb 1760MPa 但受力均匀性稍差 在应力上限为0 45Rb 疲劳次数为2 106次的相同条件下 两类拉索的疲劳应力幅均可达到200MPa 平行钢丝拉索抗挠曲性能稍弱于钢绞线拉索 在相同设计荷载条件下 平行钢丝拉索的外径较小 直径比钢绞线拉索小30 40 受力面积显著减少 10 平行钢丝拉索
7、与钢绞线拉索的比较 6 拉索的更换两种形式的拉索在拆卸过程中方法是一致的 只在安装时有所不同 平行钢丝拉索的更换为整索卸载 退锚 更换 是安装过程的逆过程 施工安全可靠 与钢绞线拉索相比 相对要简便得多 钢绞线拉索安装过程为单根束牵引张拉 由若干根单股钢绞线束组装形成 在组装成索后用水泥浆将若干根单股束浇灌形成整体 或在锚头处用环氧砂浆将单股束粘结成整体 换索时 若按安装时的逆过程施工 对于压注了水泥浆的整索首先要将其分解为互相独立的若干根单股束 在高空斜向空间索上施工 无疑是很困难的 当然 无粘结柔性钢绞线拉索不存在这个困难 若采取整束卸载 退锚 则拉索锚具外露钢绞线应有足够的长度 保证拉索
8、卸载时的回缩量 因千斤顶油缸的长度有限 要分多次进行才能完成 其次 拉索营运几十年后 钢绞线 夹片 锚环三者之间易产生金属互融现象 要使几十副夹片均能同步退出 顶进是有困难的 近年来 已对钢绞线拉索的锚具作了改进 在夹片锚环处表面车螺牙 用镦头锚张拉杆与锚环拧合连接 与平行钢丝拉索换索方法相同 但钢套管孔径要大 削弱了结构的受力性能 11 平行钢丝拉索与钢绞线拉索的比较 7 拉索的造价比较对于索长短于300m 索重轻于15000ks的拉索来说 两种型号拉索的总体费用相差不大 对于超过上述长度与重量的拉索来说 受加工场地 运输 吊装的影响 平行钢丝拉索的总体费用要超过钢绞线拉索 综上所述 两种拉
9、索各有优缺点 20世纪七 八十年代 国际上普遍采用平行钢丝拉索 从90年代开始 钢绞线拉索的应用发展迅速 特别是欧美一些国家 受平行钢丝拉索加工制作及进口平行钢丝拉索的限制而大量应用钢绞线拉索 平行钢绞线拉索的防护措施与锚固体系在不断更新 我国在20世纪90年代后期也得到了一定发展 12 平行钢丝斜拉索的安装 放索及索的移动1 放索为便于运输及运输过程中索的保护 斜拉索起运前通常采用类似电缆盘的钢结构盘将拉索卷盘 然后运输 对于短索 也有采取自身成盘 捆扎后运输的情况 根据拉索的不同卷盘方式 现场放索时 常用的有立式转盘放索 水平转盘放索两种方式 1 立式转盘放索 钢结构索盘放索时设置一个立式
10、支架 在索盘轴孔内穿上圆轴 徐徐转动索盘将索放出 2 水平转盘放索 对于自身成盘的索 则设置一水平转盘 将索盘放在转盘上 边转动边将索放出 在放索过程中 由于索盘自身的弹性和牵引产生的偏心力 会使转盘转动时产生加速度 导致散盘 危及施工人员的安全 所以 一般情况下要对转盘设刹车装置 或者以钢丝绳作尾索 用卷扬机控制放索 13 平行钢丝斜拉索的安装 放索及索的移动2 索在桥面上的移动在放索和挂索过程中 要对斜拉索进行拖移 由于索自身弯曲 或者与桥面直接接触 在移动中就可能损坏拉索的防护层或损伤索股 为避免这些情况的发生 一般采取下述方法对索在移动时进行保护 1 如果索盘是水上由驳船运来 对于短索
11、一般直接将索盘吊到桥面上 利用放索支架放索 对于长索一般直接在船上设置放索支架放索 2 滚筒法 在桥面设置一条滚筒带 当索放出后 沿滚筒运动 制作滚筒时 要根据斜拉索的布置及刚柔程度 选择适宜的滚轴半径 以免滚轴弯折 摩阻增加 3 移动平车法 当斜拉索上桥后 每隔一段距离垫一个平车 由平车载索移动 梁体顶面凹凸不平时会导致平车运动不便 所以平车的轮子不宜太小 4 导索法 在索塔上部安装一根斜向工作悬索 当斜拉索上桥后 前端连接牵引索 每隔一段距离放置一个吊点 使拉索沿着导索运动 这种方法能省去大型牵索设备 可安装成卷的斜拉索 5 垫层法 对于一些索径小 自重轻的斜拉索 可在梁面放索线上铺设麻袋
12、 草包 地毯等柔软的垫层 就地拖移 14 平行钢丝斜拉索的安装 斜拉索的塔部安装一般情况下 可根据斜拉索张拉方式确定拉索的安装顺序 拉索张拉端位于塔部时可先安装梁部拉索锚固端 后安装塔部拉索锚固端 反之 先安装塔部 后安装梁部 塔端拉索锚固端安装的方法一般有吊点法 吊机安装法 脚手架法 钢管法等 塔部拉索张拉段安装的方法一般有分步牵引法 桁架床法等 对于两端皆为张拉端的斜拉索 可选择其中适宜的方法 脚手架法 钢管法和桁架床法都要在悬挂斜拉索的位置搭设支架 安装复杂 速度慢 只适应低塔稀索 现代斜拉桥多为大跨 高塔 密索体系 以吊点法 吊机安装法及分步牵引法为主 安装斜拉索前应计算出克服索自重所
13、需的拖曳力 以便选择卷扬机 吊机及滑轮组配置方式 塔部安装张拉端时 先要计算出各施工阶段的索力 然后选择适当的牵引工具和安装方法进行拉索安装 由理论分析可知 当矢跨比小于0 15时 可以用抛物线代替悬链线来计算曲线长度 15 平行钢丝斜拉索的张拉 16 斜拉索的临时减震 17 钢铰线拉索现场施工 斜拉索索体结构 斜拉索锚具总图扫描 18 钢铰线拉索现场施工 张拉端锚具 张拉千斤顶 19 钢铰线拉索现场施工 逐根钢绞线挂索 外套HPE护管安装 20 钢铰线拉索现场施工 前支点式挂篮固定端斜拉索索力转换 21 钢铰线拉索现场施工 斜拉索调索 梁段标高调整 22 钢铰线拉索现场施工 斜拉索施工准备1
14、 斜拉索产品生产2 斜拉索钢绞线备料3 斜拉索施工平台斜拉索施工工艺1 斜拉索施工工艺流程2 锚具安装工艺3 PE管焊接安装工艺4 转换装置安装工艺5 单根挂索工艺6 单根张拉工艺7 夹片防松工艺措施8 减振工艺措施9 整体张拉工艺10 索力转换工艺11 调索工艺 1斜拉索施工工艺流程图 工厂备料 下料 运输 料盘运输 工作平台设计 搭设 起重设备安装 钢绞线卸盘 排列 上 下锚具检查 安装 张拉设备安装 牵引设施安装 PE圆管安装 单根挂索 单根张拉 紧索 索箍 减振器 防松装置安装 整体张拉 索力转换 循环调索 索体外防护 锚具防护 N次 23 2 锚具安装工艺图 24 3 HDPE圆管安
15、装图示 25 26 HDPE护管吊装示意图 4 索力转换装置装配图示 27 5 1 单根挂索工艺流程 28 5 2 单根挂索示意图 29 30 斜拉索挂索示意图 6 单根张拉示意图 31 32 钢绞线拉索单根张拉示意图 7 夹片防松工艺措施图示 33 8 斜拉索减振工艺措施图示 34 9 整体张拉示意图 35 36 钢绞线拉索整体张拉示意图 10 索力转换工艺图示 37 11 斜拉索调索在梁段拼装过程中或成桥后 如需调整桥面标高 则需进行整体调索11 1 调索工况 由监控指令通知而定 11 2 调索次数 由监控指令通知而定 11 3 调索顺序 由监控指令通知而定 11 4 调索控制索力 由监控
16、指令通知而定 11 5 调索方式 一般在上端利用整体张拉设备进行 如调整量太大 可考虑采用单根钢绞线调索方式 11 6 调索工艺 整体调索工艺 过程 控制方法与整体张拉工艺一致 38 1 索体防护索体材料采用带PE环氧涂层钢绞线 PE层与钢绞线间涂专用油脂 如果在下料 挂索使用过程中发现PE有破损之处 立即用焊枪修补 谨防钢绞线锈蚀 索体外用HDPE圆管防护 成桥调索结束 并将减振器固定后 固定已预先套在管外的防水罩 与两端预埋管联接 可有效防止水份进入PE管内 并隔绝了紫外线照射 进而起到保护索体的作用 斜拉索防护1 索体防护2 斜拉索锚具内注浆3 斜拉索锚具外防护 39 下端防水罩示意图 40 2 斜拉索锚具内注浆锚头内钢绞线由于挂索 张拉需要 两端PE需剥除 剥除段钢绞线必须进行有效防护 方法是在锚具内灌注防腐油脂或水泥浆 待设计确定 注油或注浆设备采用OVM活塞式注浆泵 待整体张拉后 用该泵把油脂压进锚具内 如注油不会影响今后调索 如注浆则需在成桥调索后进行 浆体材料由设计认可后 按设计的配合比在搅拌机内充分搅拌 利用灌浆泵通过锚具注浆孔进行注浆 当锚具排气孔出浆 则证明浆已灌
