首页 理论教育索塔基础结构设计与缆索系统

索塔基础结构设计与缆索系统

【摘要】:图6-6索塔基础外形6.2.2.3缆索系统1)主缆主缆由两跨组成,跨径组成为86.4 m + 157.081 m。

富民桥采用将主缆直接锚固在加劲梁上的形式,形成自锚式悬索桥体系。为跨越民安路及海河,将边、主跨分别设置成86.4 m、157.081 m,从而形成不对称的独塔自锚式悬索桥体系。主跨主缆采用三维空间线形,在竖向及横向皆为抛物线,弧线优美,斜吊杆富有韵律感。边跨主缆采用一根独缆不加竖向吊杆的形式,通透简洁,富有现代感。

6.2.2.1 锚固系统

为克服主桥边跨主缆产生的上拔力,设置应力钢筋混凝土重力式锚碇,并将主缆和主梁均锚固于重力锚之上,通过钢混凝土过渡段与主桥钢箱梁连接,将主缆产生的竖直上拔力、主缆水平力与自锚主梁轴力的差传给重力锚进行锚固。

重力式锚碇高为15 m,分为前锚块和后锚块两部分,均采用C50 混凝土,后锚块主要用于压重和封闭锚固预应力锚具。前锚室采用箱形截面,长约为10 m,宽为6.4 m,锚室基础、侧墙和顶板均采用C50 混凝土。承台平面尺寸为14.3 m×18.2 m,高2 m,采用C30 混凝土。锚碇基础下设钢筋混凝土钻孔灌柱桩,一个锚碇下设置20根φ1.5 m钢筋混凝土灌注桩,桩长60m,采用C25混凝土,边跨锚碇一般构造如图6-3 所示。

主跨为自锚端,锚碇长16 m、高4.6 m,分为锚室和锚块两部分,锚室采用变截面形式,如图6-4所示。锚室宽度为1.2~2.2 m,锚室、锚块、侧墙和顶板均采用C50 混凝土,每个锚碇处采用单排4根φ1.5 m的圆形柱式钢筋混凝土钻孔灌柱桩,桩长45 m,采用C25混凝土。于IP点下方设置支承墩,支承墩处采用钢筋混凝土承台,平面尺寸为10.5 m×6.5 m,厚2.0 m,采用C30 混凝土。每个承台下设置6根φ1.5 m钢筋混凝土灌注桩,桩长50 m,采用C25混凝土。

边跨锚固端锚固系统由索股锚固拉杆和预应力锚固钢束构成,每根索股对应2 根直径75 mm的拉杆和1根16φs15.2规格的钢束,拉杆与锚固预应力采用与索股相同的安全系数,取2.5,锚固预应力张拉应力取70%的公称破断力,即1 302 MPa,保证在各种使用荷载作用下,锚固预应力锚板与锚块之间始终处于受压状态。由于空间受限,主跨锚固端锚固系统采用127丝φ5 mm平行钢丝冷铸锚形式进行索股锚固,每个锚碇用37套冷铸锚具,全桥共用74套。管道采用φ245的不锈钢管灌油对索股平行钢丝进行防护,并定期检查,更换油脂,锚块前后均预留检查空间。

图6-2 桥型布置(单位:cm)

图6-3 边跨锚碇一般构造(单位:cm)

图6-4 主跨锚碇立体示意

锚室均设置自动控制抽湿机,长期对锚室进行除湿,保持室内相对湿度在40%以下。前后锚室钢罩均采用不锈钢板材,并对锚体C50 混凝土进行防护处理,全面喷涂增强型混凝土防水剂,防止索股钢丝锈蚀。

6.2.2.2 索塔

1)索塔塔身

主塔采用钢筋混凝土结构、矩形截面,桥面以上塔高为56 m,塔横桥向宽为4.6 m,顺桥向塔底宽为13.0 m,塔顶宽为4.5 m。在主塔底部两侧设置门形墩,墩尺寸为2.0 m×2.0 m,横梁宽为2.0 m、高为1.5 m。墩上设置GPZ(Ⅱ)15SX 盆式支座支撑钢箱梁,在钢箱梁侧向设置横向限位支座GPZ(Ⅱ)8SX,对钢箱梁进行侧向限位约束。塔身外形如图6-5 所示。

图6-5 索塔外形(单位:cm)

2)索塔基础

主塔处采用钢筋混凝土承台,平面尺寸为26 m×26 m,厚为4 m,采用C30 混凝土。承台下设置49根φ1.5 m 钢筋混凝土灌注桩,桩长为65 m,采用C25混凝土,索塔基础外形如图6-6所示。

图6-6 索塔基础外形(单位:cm)

6.2.2.3 缆索系统

1)主缆

主缆由两跨组成,跨径组成为86.4 m + 157.081 m。主跨主缆理论跨径为141 m,在设计成桥状态下,理论垂度为52.46 m,垂跨比约为1 ∶5.376,主缆锚固于主跨桥面系两端。边跨直接锚固于3# 重力式地锚。单根主缆的设计拉力为4 000 t,成桥状态下主缆立面如图6-7所示。

主缆采用预制平行钢丝索股逐根架设的施工方法(PPWS)。主缆共2 根,每根主缆含37 股预制平行钢丝索股,每股含127丝φ5 mm的镀锌高强钢丝,每根主缆共4 699丝,竖向排列成尖顶的近似正六边形。紧缆后,主缆为圆形,其直径为393.6 mm(索夹间)和388.9 mm(索夹处)。边跨地锚端索股锚头采用套筒式热铸锚,在铸钢制成的锚杯内,浇铸锌铜合金。主跨自锚端索股锚头采用冷铸锚,在锚杯内浇铸冷铸材料。主缆断面如图6-8 所示。

2)吊杆和索夹

富民桥采用平行钢丝成品吊杆,吊杆基本水平间距为9 m,每个吊点共2 根吊杆为一组,全桥设置吊杆28 组,吊杆采用预制平行钢丝束股(PWS),外包双层PE 防护(外层PE 厚度应大于4 mm),PE 材质需具有良好的高应力抗老化性能。钢丝采用直径为5 mm 的镀锌高强度钢丝,钢丝强度大于1 670 MPa,每根吊杆含91 根钢丝。吊杆上、下锚头均采用叉耳式热铸锚,锚头由锚杯与叉形耳板构成,锚杯内浇铸锌铜合金,叉形耳板与锚杯用螺纹联接,吊杆锚头锚杯采用ZG35SiMn 铸钢铸造。吊杆一般构造如图6 -9 所示。

图6-7 成桥状态下主缆立面(单位:mm)

图6-8 主缆断面

索夹壁厚均为35 mm,包括中跨安装吊杆的索夹、夹紧边跨主缆的索夹和安装缆套的索夹三类。由于主缆倾角不同,所需夹紧力不同,索夹长度和螺杆数量均不相同,为节省模具,将相近长度的索夹并为6 组。索夹均采用上、下分开的形式。上、下两半索夹用螺杆相连夹紧,接缝处嵌填橡胶防水条。索夹采用ZG35SiMn铸钢铸造,螺杆用40CrNiMoA 合金钢。索夹一般构造如图6-10所示。

3)主鞍

塔顶采用全铸整体式索鞍,为肋传力结构。鞍座主缆槽口曲面的纵向圆弧半径R =3.9 m。主索鞍长为4.6 m、宽为4.2 m、高为2.4 m,索鞍重约为74 t。鞍座下设置聚四氟乙烯板,便于主鞍在施工过程中通过塔顶预埋反力架进行顶推,调整施工中恒载产生的塔顶不平衡水平力。成桥后,再将索鞍的地脚螺帽固定,并将鞍座与底钢板焊接。主鞍一般构造如图6-11 所示。

图6-9 吊杆一般构造

图6-10 索夹一般构造

4)缆索封闭装置

为了加强主缆在靠近主鞍区域的防护,采取设置缆索封闭装置的模式以满足主缆与空气隔绝,并允许自由转动的要求,该封闭装置包括主鞍连接套筒、封闭索夹连接板、封闭索夹等构件。主鞍封闭索夹一般构造如图6 -12 所示。

5)散索套

采用散索套构造将主缆索股分散锚固于锚体。主跨散索套采用全铸的肋传力结构,散索套纵向圆弧半径R = 5 m,两个散索套重约为8.7 t。主跨散索套一般构造如图6 -13 所示。

图6-11 主鞍一般构造

图6-12 主鞍封闭索夹一般构造

图6-13 主跨散索套一般构造

边跨主缆自中间向两边散索,偏角较大,散索套采用两个分离式全铸的肋传力结构分别散索,再用铸钢件加劲板将两个散索套横向连接,克服主缆散索产生的横向分力。散索纵向圆弧半径R =7 m,散索鞍长为2.3 m,宽为2.67 m,高为1.11~1.27 m,两个散索套重约为16.6 t。边跨散索套空间示意如图6 -14 所示。

图6-14 边跨散索套空间示意

6.2.2.4 钢箱梁

主跨单个加劲钢箱梁总宽为16.8 m,梁高为1.94~2.3 m,纵向设置三道腹板,板厚为16 mm,采用正交异性钢桥面板,桥面板厚为16 mm,钢板下设置厚度为8 mm 的纵向U 形加劲肋,箱梁底板与斜腹板纵向分别设置U 形和扁钢加劲肋。在主跨顺桥向每3 m 设置一道横隔板,每6 m 设置一道钢箱横撑,横撑宽度为3 m。

边跨变宽加劲钢箱梁宽度由37 m 变化至34.4 m,单个加劲钢箱梁宽为16.8 m,桥梁宽度变化由钢箱横撑长度变化实现。双主梁最小处梁高仍采用1.94 m,纵向设置三道腹板,与主跨两加劲梁腹板顺连,板厚为16 mm,采用正交异性钢桥面,桥面钢板厚为16 mm,钢板下设置厚度8 mm的纵向U 形加劲肋,箱梁底板与斜腹板纵向也分别设置U 形和扁钢加劲肋,每隔3 m 设一道横隔板,横隔板厚度分别为12 mm(吊杆处)和20 mm(支座处)。纵梁梁段之间采用全断面焊接结合的连接方式,钢箱加劲梁各构件钢板均采用Q345qD钢材。钢桥面铺装采用环氧沥青混凝土,厚度为5.5 cm。主跨钢箱加劲梁横断面如图6 -15 所示。

图6-15 主跨钢箱加劲梁横断面图

6.2.2.5 人行道

主桥桥面不设置人行道,在主跨钢梁下方设置专门的人行通道,如图6 -16 所示。人行通道通过两排吊杆吊在主梁下方,吊杆间距为4.0 m,吊杆下为顺桥向间距4.0 m 的工字型钢横梁,横梁间通过纵向加劲板连接,横梁、纵板上焊接桥面板,桥面板上铺设2 cm 灰蓝色塑胶铺装。人行通道共设置竖吊杆34对,均采用销接式13φ5带双层PE护套的平行钢丝成品吊杆,配LZM5-13锚具,每根索的设计截面积为7.26 cm2

图6-16 人行道布置