悬索桥装配式主塔门架设计及应用范文

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摘要：主塔门架是悬索桥施工过程最重要的临时设施之一，主要用于主索鞍各构配件的吊装及索股的牵引横移。本文以湖北省白洋长江公路大桥为工程背景，介绍了大桥主塔门架的设计，通过改变门架杆件的连接方式，提高门架的利用率以及通用性，使门架可重复使用，节约成本，并利用Midas/Civil有限元软件对主塔门架的受力验算，结果均满足要求。

关键词：悬索桥；装配式；主塔门架；设计与应用

0引言

近年来，悬索桥因其超强的跨越能力和优美的结构造型获得了大量的研究与应用。因而对悬索桥的施工带来了更大的要求。主塔门架是悬索桥施工过程中最重要的临时设施之一，其主要作用是主索鞍各构配件的吊装及索股牵引横移。

1工程背景

湖北省白洋长江公路大桥是宜昌至张家界公路在湖北省宜昌市境内跨越长江的通道。宜张高速公路宜昌段是湖北省“753”骨架公路网中规划纵6线——郧县至五峰高速公路的重要组成部分。主桥为主跨1000m的单跨悬索桥，跨江主桥主缆跨度布置位276m+1000m+296.5m。主索鞍由主索鞍系统和格栅系统组成。主索鞍系统由鞍体、上下承板、安装板等组成，最大吊装重量为主索鞍的较大半个鞍体，重量约58t，吊装尺寸（顺×横×高）为3.8m×3.82m×3m；最大吊装尺寸为格栅系统，由格栅及反力架构成，为钢板组焊件，单件重28.76t，最大吊装尺寸（顺×横×高）为9.715m×3.82m×2.81m。

2主塔门架的设计

根据门架的用途，本着安全、经济、适用、方便的原则，将门架设计成钢桁架形式，各构件之间主要采用型钢法兰形式连接，为了增强门架整体稳定性，门架上设计了单侧侧向支撑。塔顶门架设计吊装能力按主索鞍单件最大设计重量约58t控制。

2.1主桁片设计

主塔门架主桁架高度8.3m，顶部纵梁长18.0m，悬臂长度为9.1m。纵梁采用HW400×400×13×21型钢组合形式。立柱、悬臂大斜撑、横撑、斜撑、纵梁之间连接节点在工厂加工成整体，杆件两端用型钢法兰连接。

2.2柱脚设计

塔顶门架前斜撑及立柱为400×400×13×21型钢。门架柱脚与混凝土之间采用刚性整体式柱脚连接，主要由底板、加劲肋、锚栓及锚栓支承托座等组成，各部分的板件具有足够的强度和刚度，相互间采用焊接连接。

2.3门架横梁设计

在主索鞍吊装阶段，分别在门架的前端和后端及前后端之间设置横向联系将中侧和边侧桁架连接成整体门式钢架结构。横梁采用HW400×400×13×21型钢，通过型钢法兰与左右侧纵梁上预留接头连接。在前端横梁上焊接定位板安装φ24楔套作起吊钢绳固结端，后端横梁布设定滑轮作起吊钢绳转向轮。

2.4起吊系统设计

主塔门架起吊系统采用JKB10卷扬机受力抬吊，由纵移天车、起吊滑车组和起吊卷扬机组成。纵移天车横梁为2HW400×400×13×21组合型钢，一根横梁由两根焊接H型钢通过加劲肋连接成整体。天车横梁两端放置在位移小车上，在门架纵梁顶的[36b槽钢轨道上行走。天车横梁中段悬挂6轮80t定滑车，通过φ24起吊钢绳绕12线与下端6轮80t动滑组形成起吊滑车组。φ24起吊钢绳一头通过门架前端横梁的楔套进行固定，牵引头绕过门架后端横梁的转向轮进入布设在承台上的10t卷扬机。

2.5型钢法兰连接设计

门架各杆件的连接采用型钢法兰连接，节点处在工厂加工法兰接头。具体结构形式如下图所示。HW400×400×13×21型钢法兰由1块底板和12块加劲板焊接而成，其中底板开16个φ24螺栓孔。HW200×200×8×12型钢法兰由1块底板和10块加劲板焊接而成，其中底板开10个φ24螺栓孔

3门架系统的安装

现场F0/23B塔吊在塔顶最远端吊重能力为7.5t，近端吊重能力为10t，可考虑组合件拼接后起吊，满足以上构件的吊装要求。

3.1门架的加工

为了保证门架加工质量，门架拟在厂内加工经试拼后运往施工现场以型钢法兰方式连接。

3.2门架的拼装

门架加工完成并通过验收后，将杆件及其零部件运往工地准备拼装。拼装前对门架构件的数量及质量进行全面清查，对装运过程中产生的缺陷和变形的杆件，按有关规定予以矫正、处理，符合要求后，方得使用。经矫正、处理后仍不符合要求时，予以更换。塔顶门架用塔吊拼装，在吊装前，现场把顺桥向两根立柱及所涉及平联及斜撑提前拼装焊接完成，悬臂斜撑及平联焊接完成。吊装时首先吊装靠近桥轴线已拼装好的组拼件与柱脚相连，并保持其垂度，拉好抗风绳，然后吊装边线侧的已拼装好的组拼件与柱脚相连，并保持其垂度，最后吊装两侧已拼装好的组拼件和横向型钢，通过螺栓进行连接；最后在吊装纵梁及位移小车，进行卷扬机等相关工作的布设。

3.3起吊、行走系统安装、调试及荷载试验

塔顶门架拼装完成后，在门架上弦杆顶面设置轨道、平车等行走系统；在两岸承台顶面分别布置提升卷扬机，安装提升系统，并对整个吊装、行走系统进行系统检测、调试，检查整个系统全长范围内有无绞绕或其它设备故障，确保所有机具设备安全、正常工作之后，进行超载提升试验，进一步检查门架及吊装提升系统的安全和运行情况，为正式吊装索鞍作好充足的准备。门架的荷载试验分4次完成，加载的重量分别为设计吊重的80%，100%，110%和125%，其中80%和125%加载时为静载试验，100%和110%加载时做动载试验，确保提升系统、刹车系统工作正常，并且在每次试吊过程中作门架变形观测。

4结语

主塔门架为作为悬索桥施工的重要临时设施之一，随着悬索桥的大量建设，工艺越来越成熟，需要对施工临时设施进行通用性设计，以便先后施工多座悬索桥时能免节约材料，节省成本。本项目主塔门架各杆件间采用型钢法兰连接，既使门架的安装更加方便，又能增加门架的使用次数，在多次摊销时降低施工成本。

参考文献

[1]余丹，韦福堂，甘科等.悬索桥施工用塔顶门架的优化设计方案[J].预应力技术，2016（1）；28-32;

[2]朱冠华.矮寨特大桥茶洞岸塔顶门架的设计与计算[J]，四川建材，2012，38（2）；113-115.

作者：王小祎 单位：四川路桥华东建设有限责任公司