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1、春晓大桥缆索吊装系统计算书1 主索验算1.1缆索吊机主索概述本桥缆索吊机主索的计算跨径布置为224+336+224mm，采用各跨连续布置，中间转点支撑于塔架的索鞍上，两端锚固在锚碇装置上，鞍座顶与锚碇的竖直距离为126m，主索在施工中的最大垂度垂跨比为1/13（25.8m）。主索分两组，每组由856mm（CFRC836SW）满充钢丝绳组成。缆索吊机的设计吊重为487.5t，吊点纵向间距9m。1.2计算荷载参数1.2.1结构参数表1 结构计算特征参数特征参数取值特征参数取值主跨径（m）336主索弹性模量（GPa）130边跨径（m）224224钢丝强度（MPa）1960边跨倾角（）29.3629.
2、36单根主索截面积（mm2）1667索鞍高度126主索线膨胀系数0.000012最大垂跨比fmax1/13主索最小破断力（t）250主索截面组成2856（CFRC836SW满充式钢丝绳）计算总荷载（t）3501.2.2荷载参数（1）均布荷载单组主索8根，本桥不采用承索器，均布荷载只考虑主索自重，单根索自重W=14.98kg/m。单组主索每延米重量为119.84kg。（2）集中荷载（单位：t）本桥跨中2号节段重量为265.3t，靠近塔端最重12节段重量为338.1t。因缆索系统主索张力在吊重荷载位于跨中时最大，计算中施工控制荷载的选取以跨中2号节段为准，以靠近塔端最重12节段重量为施工验算荷载对
3、主索进行验算。表2 集中荷载组成项目吊重（t）吊具重量天车及滑车重量起吊和牵引绳重量总集中荷载控制计算265402420349施工验算338.1402420422设计吊重工况:选取设计吊重荷载为350t，采用双吊点起吊，平均到单根主索，每个吊点:P=10.9375t。施工验算工况：验算吊重荷载422t，采用双吊点起吊，平均到单根主索，每个吊点:P=13.1875t。1.3计算假定为简化计算，对主索计算做如下假定：（1）不计塔顶的水平位移影响；（2）塔顶索力在索鞍两侧连续，即索力满足在索鞍两侧相等的条件；（3）承重索的自重恒载沿索为恒量，承重索在自重作用下呈悬链线，且满足线性应力应变关系；（4）
4、在缆索吊装系统计算中，忽略滑轮直径和滑轮摩擦力的影响；（5）吊重集中荷载由4个吊点平均分担。1.4计算理论1.4.1悬链线基本方程自重作用下的柔性索曲线可表示为左端水平力H、左端竖向力V分量和无应力索长S0的方程。 （1） （2）式中： EA-索的抗拉刚度；W-索的每延米自重；X-两支点跨度；Y-支点高差；V-索右端竖向力。图1 自重作用下的索段单元 图2 集中荷载作用下的柔索1.4.2 缆索吊装系统多吊点主索中跨线形推导（见图2） （1）缆索吊装主索中跨线形递推公式.(3). (4). (5).(6)Vi为承重索i连接点右侧索段起点的竖向张力, V0=V；Hi为承重索i连接点右侧索段的水平张
5、力, H0=H；S0i分别为i连接点右侧索段的无应力长度。Pi为吊点竖向集中荷载，Fi为吊点水平集中荷载。1.5缆索吊机重载主索线形计算1.5.1中跨跨中重载线形计算对于给定的一组H0、V0，吊装系统承重索存在一个唯一线形与之对应。中跨线形的计算就是通过不断的循环迭代计算过程，修正左端H0、V0，求解各索段S0i,Yi，在此基础上比较跨中点和右端点的高差，当主索通过跨中点和右端点时，其H0、V0就是我们求得的主索计算最终参数，主索线形随之确定。1.5.2 边跨线形计算在上述中跨计算求出塔顶索力的基础上，采用塔顶索力连续条件，经(1)、(2)式转化成式（7）直接求解非线性方程组（7）求得各项参数
6、。求解可采用Newton迭代法及其他方法。1.6缆索吊机空载线形计算在缆索吊装重载线形的计算中，承重索线形边、中跨的无应力长度已经求出。此处需要在总无应力索长不变的情况下，求出承重索在空载下塔顶满足索力连续条件的最终索张力。可采用二分法进行塔顶索力调整，并最终使塔顶索端张力在索鞍两侧相差足够小。已知塔顶索力求索无应力长度可通过(7)式变换求解S0,VT，已知索无应力长度求塔顶索张力采用式（7）变换未知数求T,VT。1.6缆索吊机施工阶段计算原则：在整个施工过程中，全桥总的无应力索长不变。根据这个条件，可以计算任意吊重在主跨任意位置时，主缆的线形和内力。其实质是在分跨计算上基础上调整索塔两侧索力
7、使之满足承重索在塔顶索力连续的条件。其索力调整方法与承重索空载线形计算相同。不同的是此处考虑了施工荷载作用，施工荷载作用跨需采用分段悬链线数值迭代法求解。对应每一次循环计算，此处承重跨无应力索长和跨径已知，而跨中垂度未知，水平力修正比较变量由跨中垂度变为索无应力长，H0、V0的值修正，直到右端点高差和无应力索长的容差足够小为止。1.7计算成果及结论1.7.1计算成果表3 春晓大桥缆索吊机计算成果表（单根主索） 线形及受力 工况100重跨中空索安装120%吊重跨中100%重跨中温升20度106.3%重（14号肋）X=16m120.57重（12号肋）X=37.5中跨跨中垂度f（m）25.811.2
8、5427.04826.272左塔水平力（t）77.56118.79687.21176.17145.60663.770右塔水平力（t）77.56118.79687.21176.17145.60663.770左塔竖向力（t）13.4752.52215.66513.47724.38225.632右塔竖向力（t）13.4752.52215.66513.4773.9355.815无应力索长（m）338.832336.710339.072339.002338.058338.524左边跨塔顶水平力（t）67.77515.62476.39266.58144.22359.060塔顶竖向力（t）40.04910.
9、74844.89339.37826.80835.149无应力索长（m）256.107257.168255.986256.123256.451256.231右边跨塔顶水平力（t）67.77515.62476.39266.58139.04354.967塔顶竖向力（t）40.04910.74844.89339.37823.89532.850无应力索长（m）256.107257.168255.986256.123256.535256.290索张力左塔顶张力（t）78.723 18.964 88.60777.35451.71468.728右塔顶张力（t）78.723 18.96488.60777.354
10、45.77564.035单轮跑车前/后轮牵引力5.434/3.0384.818/2.381前/后轮爬坡斜率0.529/0.2710.393/0.181前/后轮爬坡坡角27.88/15.1621.45/10.26注：1、表中牵引力方向沿滑轮与承重索切线方向给出。实际施工中，牵引力需根据牵引绳的实际布设角度进行调整。2、表中X值表示距索塔最近吊点到塔顶滑轮中线的水平距离。3、S0851.045m。1.7.2计算结论本桥选取设计吊重荷载为350t是合理的，12号全桥最重节段拱肋不控制缆索吊机主索设计，但控制吊装系统牵引力设计。对于1214号较重拱肋节段应尽量控制运梁船在拼装位置下方直接定位，并采用垂
11、直起吊吊装，避免起吊后在全跨内移动。2 牵引力的计算在缆索吊装系统计算中，牵引力的大小与吊点的个数和吊点跑车滑轮数量有关。计算表明：在普通的双吊点吊装，前吊点的爬坡角大于后吊点；如吊点采用双轮跑车，前吊点前轮爬坡角大于后轮；同样吊重，单吊点牵引力大于双吊点，双吊点单轮跑车牵引力大于双轮跑车。表3牵引力数据采用了双吊点单轮跑车计算数据，其结果是偏于安全的。单侧最大牵引力计算值为：5.4343.038）867.776t式中未计入牵引绳后张力的影响，实际施工中可以稍作修正或忽略。实际施工中，也可采用吊装12号节段牵引力来控制设计，其牵引力为：4.8182.381）857.592t14号段吊装可以采取
12、适当偏拉的方式进行。3索塔偏位及缆风系统验算3.1索塔风荷载设计参数构件基准高度处的设计基准风速VD，按照下列公式计算： VD=K1V10 式中:V10为基本风速（参照梅山春晓大桥工程施工图设计，得到累年10min平均最大风速为34.3m/s）, K1为风速高度变化修正系数。表4 风速参数表离地面或水面高度（m）高度修正系数（A类地表）设计基准风速Vd（m/s）设计风速Vsd（m/s）20年重现期阵风风速Vg（m/s）20年重现期阵风风速Vg（m/s）100年重现期51.0837.04 32.60 42.05 47.79 101.1740.13 35.32 45.56 51.77 151.23
13、42.19 37.13 47.89 54.42 201.2843.90 38.64 49.84 56.64 301.3445.96 40.45 52.18 59.29 401.3947.68 41.96 54.12 61.50 501.4248.71 42.86 55.29 62.83 601.4650.08 44.07 56.85 64.60 701.4850.76 44.67 57.63 65.49 801.5151.79 45.58 58.80 66.81 901.5352.48 46.18 59.57 67.70 1001.5553.17 46.79 60.35 68.58 1501.6255.57 48.90 63.08 71.68 3.2缆索塔抗风计算成果(需斟酌，并通过自振频率参数最终确定)表5 100125m缆索吊装缆塔风载（采用建筑荷载规范，未计入风振系数）离地面或水面高度（m）阵风风速Vg（m/s）20年重现期风压(kg/m2)单支塔柱体型系数迎风面积每延米风力（kg）单支塔柱风荷载100.0 60.4 227.6 1.11 2.094 529 13529 125.0 61.7
