纳界河特大桥扣挂系统设计研究.docxVIP

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纳界河特大桥扣挂系统设计研究

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[摘要]纳界河特大桥为352m上承式钢桁提篮拱桥，本文结合大桥钢桁拱提篮内倾的结构特点，研究设计了钢桁拱扣挂系统;通过对施工阶段模拟计算分析，设计了利用交界墩与钢塔结合的扣塔结构型式，扣挂系统设计合理，确保了钢桁拱的快速精确合龙，为今后同类桥梁扣挂系统设计提供参考。

[关键词]提篮结构扣挂系统悬臂拼装扣索联结器

1工程概况

纳界河特大桥主桥为352m上承式钢桁提篮拱桥，主桥桥面为钢混结合梁，交界墩位置为T构连续梁，大桥全长810.1m。纳界河大桥为跨山谷桥梁，河两侧岸壁陡峭，桥面至水面高差约300m，施工难度大。

大桥钢桁拱轴线采用2.5次抛物线，矢高64.5m，矢跨比1/5.46。桁拱采用N型桁架，桁拱中心立面投影拱顶高8m，拱脚高13m；平面投影拱顶桁间距8m，拱脚桁间距27m，桁拱内倾角度8.378°。

图1主拱结构布置图

2施工特点及难点

大桥钢桁拱提篮结构（内倾角度8.378°）的设计，给扣挂系统设计带来了极大困难。主要体现在：

（1）受钢桁拱内倾角度影响，扣索需沿内倾面布置，扣塔高度受限。

（2）扣塔位置选择受限，采用交界墩作为扣塔基础，钢塔设计紧凑且复杂。

（3）扣索竖向角度过小，单组扣索索力大。

（4）受吊装空间影响，扣塔无法设置侧向缆风。

（5）钢桁拱线形调整困难，合龙精确高。

3扣挂系统设计

扣挂系统是钢桁拱悬臂拼装状态拱肋自重荷载的平衡系统，关系主桥钢桁拱施工安全质量。扣挂系统由扣塔、扣锚索、扣索联结器、扣锚梁、锚索地垄等组成。

图2扣挂系统布置图

3.1扣塔方案确定

大桥钢桁拱采用“吊扣分离”的方案：缆索系统索塔和扣挂系统扣塔分开设置，吊装时扣塔不会产生偏移，易于钢桁拱线形控制和过程调整，更易达到合龙时的精度要求。对“吊扣合一”与“吊扣分离”两种方案进行比选，确定采用“吊扣分离”布置，同时扣塔设置于交界墩顶。主要优点有：①索塔和扣塔结构受力清晰，无相互影响；②扣塔设置于交界墩顶，扣索布置两岸完全对称，扣索索力相同，易于索力调整；③扣索布置在钢拱桁内倾8.378°平面内，扣索与钢桁拱无偏角。

扣塔立于纳界河特大桥T构交界墩墩顶，两岸扣塔高度均为19.2m，扣塔结构中心距尺寸为4.6m(顺桥向)×4m(横桥向)，扣塔层高2.5m，每层对称设置一组扣锚梁，共设置七组。扣塔为全钢桁架结构，立柱通过法兰与交界墩梁面预埋件连接，预埋件布置于腹板及0#段横隔板位置。

3.2扣锚索及扣锚梁确定

扣索与锚索均为临时锚固结构，锚具采用OVM250体系，索体采用钢绞线体外索，采用带PE钢绞线，避免钢铰线生锈腐蚀。全桥扣索共28束(4×7束)，锚索共28束(4×7束)，扣锚索单塔分为7层，每层2.5m，双索面对称布置。扣索钢桁拱肋端采用扣索联结器与上弦拱上立柱连接板连接，扣塔端锚固于扣锚梁上；锚索扣塔端锚固在扣锚梁上，地垄端锚固于锚索地垄上。扣锚梁考虑结构受力及前后扣锚索角度设置，采用箱形结构。

3.3扣索联结器确定

扣点布置于主拱5#、8#、11#、14#、17#、21#拱上立柱节点位置，同时为减少17#和21#节点的扣索扣力，在19#节点位置增加一对扣索。扣索联结器通过拱上立柱联结螺栓与主拱肋进行连接，该方案能确保不损坏主拱结构的情况下完成扣索与拱肋的连接，保证扣挂体系的完美实施。

3.4锚索地垄确定

锚索地垄是确保整个扣挂系统在受力状态下安全的最关键结构。单岸扣索地垄承受约为3000t扣力，转换成竖向力和水平力分别为700t、2800t。扣锚索采用钢绞线通过锚具锚固于地垄上，使地垄承受水平力及竖向力，产生倾覆及滑移。地垄结构同样采用板桩形式，长宽高尺寸分别为26×4.6×7m，锚固深度6.5m，上下游主拱扣索锚固于同一地垄上。设计主要从地垄选址上考虑，尽量减少地垄前方抵抗土体宽度，契合纳界河两岸地形。

4扣挂系统计算分析

4.1计算分析原则

（1）塔架立柱及锚梁考虑弯矩影响，其余杆件按轴向受力杆件考虑。

（2）扣塔底固结于交界墩顶，考虑到扣塔承载力大，按塔高的1/500对塔顶位移进行控制。

（3）整体稳定性失稳系数，参考类似工程对永久结构取大于4。

（4）扣锚索索力以平衡水平力进行控制，同时满足平衡拱肋自重，保证拱肋安装线形。

4.2加载工况

根据钢桁拱肋安装顺序，采用MIDASCIVIL有限元软件对扣挂系统进行仿真分析，具体工况见表1：

表1加载工况表

1

安装扣塔，同时悬拼1#-5#节段

9

悬拼15#-17#节段

2

张拉第一组扣锚索

10

张拉第五组扣锚索

3

悬拼6#-8#节段

11

悬拼18#-19#节段

4

张拉第二组扣锚索

12

张拉第六组扣锚索

5

悬拼9#-11