缆索吊塔架设计计算书(A3).doc

宁波市东外环甬江大桥工程缆索吊设计说明书 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φ70mm、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φ32mm起重钢丝绳和4台1000kN主索跑车系统组成。跑车牵引系统由φ32mm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2φ56mm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：150m＋217m＋16m＋217m＋150m，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：150m＋217m＋217m＋150m。 (1) 主索荷载： 单组主索拟采用8φ70mm-1470MPa密封钢丝绳，作用于主索上均布荷载总重： G＝521kN 跑车、吊具及起重牵引索分配重量等空载集中力：Q0＝280kN 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：Qm＝Q0+ Q吊＝1900kN (2) 设计吊重下主索张力 设计吊重下跨中垂度取fm＝12.5m（矢跨比：1/17.36） 则主索水平分力： 此时，主索张力： 一组主索（8φ70mm-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，G＝gL； x——集中荷载Q的位置； 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a＝0，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γ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：V＝1452＋300＝1752kN 水平力：H＝5021－4840＝181kN，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Q＝1800/2=900kN， S——省力系数， ， 式中： K——阻力系数，按滚珠轴承，取1.02 n——绳数，为了与100t滑车组匹配，起重钢丝绳按走12线布置，取n＝12 t——导向滑车个数，跑头由导向滑车引出，取t=6+1＝7， 则省力系数： 跑头拉力： 起重索φ32mm-6×37S＋IWR-1770MPa，钢丝绳最小破断拉力： Tn＝645kN 起重索安全系数： ，满足设计要求 3． 牵引索 (1)