缆索吊塔架设计计算书(A3)..

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：Q 0＝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：Q m ＝Q 0+ Q 吊＝1900kN (2) 设计吊重下主索张力设计吊重下跨中垂度取f m ＝12.5m （矢跨比：1/17.36） 则主索水平分力：kN a L f Q f GL H m m m m 8921)12217(5.12419005.128217521)(48=-⨯+⨯⨯=-+=此时，主索张力：kN H T m m 8921=≈一组主索（8φ70mm-1470MPa 密封钢丝绳）破断拉力：kN T n 3423586.049768=⨯⨯= 主缆安全系数：384.3892134235>===m n T T K .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：})],,,(),,,([48{''''223m m m m m m m m m mk x x H a x G Q U a x G Q U H F E H H -++ )],,,(),,,([48''''x x x x x x x x k a x G Q U a x G Q U F E += 式中：x m H H ,——分别为初始状态和终末状态主缆水平张力；F E k ——主缆刚度，取：kN N F E k 6951025.31025.383385102.1⨯=⨯=⨯⨯⨯=),,,(m m m m a x G Q U ——与代梁剪力内积有关的函数，当L a m <<时，其表达式为：224)()1(12),,,(mm m m m m m m m m m m Q La G G Q Q L x L x a x G Q U -++-= 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：221900217412521)5211900(1900)211(2112),,,(⨯-++⨯⨯-⨯=m m m m a x G Q U271040.1kN ⨯=)12,5.108,521,280(),,,(),,,(),,,(''''''''U a x G Q U a x G Q U a x G Q U x x x x x x x x m m m m ===22280217412521)521280(280)211(2112⨯⨯-++⨯⨯-⨯=251043.9kN ⨯=则张力方程的二次项系数为：kN A 357261081.38921]1043.91040.1[8921481025.3⨯=-⨯+⨯⨯⨯= 常数项为：kN B 115561028.1]1043.91043.9[481025.3⨯=⨯+⨯⨯=代入张力方程有：112331028.11081.3⨯=⨯+x x H H解得：kN H x 4030= 空载垂度：m H a L Q H GLf x x x 06.740304)12217(280403082175214)(80=⨯-⨯+⨯⨯=-+=(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：)0515212801000(),,,(，，，+=U a x G Q U x x x x22128021740521)5211280(1280)217151(2171512⨯-++⨯⨯-⨯= 261005.2kN ⨯=此时张力方程常数项为：kN B 115661003.2]1043.91005.2[481025.3⨯=⨯+⨯⨯=其它参数同空缆，即此时张力方程为：112331003.21081.3⨯=⨯+x x H H解得：kN H x 4840= 吊点垂度：})(2){1(xx x x H a L Q H GL L x L x f -+-=m 44.4}4840)0217(128040302217521){217151(21715=-⨯+⨯⨯-= 此时的跨中垂度为：)1,m in(2)(2)1(Lx L x H a L Q H GL L x L x f x x x x --+-=)217151,21715min(48402)0217(128048402217521)217151(21715-⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯-⨯=m 73.2=吊点处主索升角γ为：()()16.0217128021752148402152217)(22=⎪⎭⎫⎝⎛+⨯⨯-=+-=LQ LG H x L tg xxγ中索塔吊装侧的支座反力：kN 45212801)217151(2521)1(2＝＝⨯-+-+=x Q L x G Vx 主索张力：kN Tx 50531452484022=+=<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0kN 03228021520'＝＝++=Q G V x 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：kN V T H x x x 50213005053'222'2'=-=-= 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：QS P =上式中：P ——跑头拉力，Q ——计算荷载，取Q ＝1800/2=900kN ， S ——省力系数，tn n K K K K S 111---=， 式中：K ——阻力系数，按滚珠轴承，取1.02n ——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：0.1091.0202.1102.1102.17912=⨯⨯--=S 跑头拉力：kN 8.970.109900＝⨯=P起重索φ32mm-6×37S ＋IWR-1770MPa ，钢丝绳最小破断拉力：T n ＝645kN 起重索安全系数：6~56.68.97645≥===P T K n ，满足设计要求 3． 牵引索(1) 牵引索牵引阻力计算 1) 跑车运行阻力W 1KN Q W 218)0.101.016.0(1280)cos (sin 1=⨯+⨯=+=γμγ2) 起重索运行阻力W 2()()KN P W m 4098.01110212102=-⨯⨯=-=η 3) 后牵引索的松弛张力W 3KN f x g W 33208207123.0822113=⨯⨯==（gL 为牵引索的线重量，x 1，f 为后牵引索的跨度、垂度） 4) 牵引索总牵引阻力WKN W W W W 2913340218321=++=++= (2) 牵引索安全系数计算 牵引索的最大拉力：WS T =max牵引索走“2”布置，转向轮布置3个，则省力系数：547.002.102.1102.1102.111131221=⨯⨯--=--=+--t n n K K K K S kN T 159547.0291max =⨯=牵引索φ32mm －6×37S ＋IWR －1770MPa ，钢丝绳最小破断拉力T n ＝645kN 牵引索安全系数：31.4159645≥===P T K n 满足设计要求4． 工作索计算模型同主索。

(1) 工作索荷载工作索拟采用2φ56mm-6×37S ＋IWR-1770MPa 普通钢丝绳，作用于工作索上均布荷载总重：G ＝52kN ，跑车、吊具及起重牵引索分配重量等空载集中力：Q 0＝50kN 跨中设计吊重：Q 吊＝200kN则Q m ＝Q 0+ Q 吊＝250kN (2) 设计吊重下工作索张力设计吊重下跨中垂度取：f m ＝12.5m （矢跨比：1/17.36） 则工作索水平分力：kN L f Q f GL H m m m m 11982175.1242505.1282175248=⨯⨯+⨯⨯=+=此时，工作索张力：kN H T m m 1198=≈工作索（2φ56mm-6×37S ＋IWR-1770MPa ）最小破断拉力：kN T n 396021980=⨯= 工作索安全系数：331.311983960>===m n T T K 满足设计要求 (3) 工作索起重绳 跑头拉力：QS P = 式中：P ——跑头拉力，Q ——计算荷载，取Q ＝200kN ， S ——省力系数，tn nK K K K S 111---=， 其中：K ——阻力系数，按滚珠轴承，取1.02n ——绳数，起重钢丝绳按走“4”布置，取n ＝4t ——导向滑车个数，跑头由导向滑车引出，取t =2+1＝3， 则省力系数：0.2731.0202.1102.1102.1334=⨯⨯--=S 跑头拉力：kN 6.540.273200＝⨯=P起重绳φ22mm －6×37S ＋IWR －1770MPa ，最小破断拉力T n ＝305kN 起重绳安全系数6~56.56.54305≥===P T K n 满足设计要求 (4) 工作索牵引绳 1) 牵引阻力 A ）跑车运行阻力W 1KN Q W 34)0.101.016.0(200)cos (sin 1=⨯+⨯=+=γμγB ）起重索运行阻力W 2 ()()KN P W m 498.016.54142=-⨯=-=η C ）后牵引索的松弛张力W 3kN f x g W 1720821702.0822113=⨯⨯==总牵引阻力W ：kN W W W W 5517434321=++=++= 2) 牵引绳索安全系数牵引绳走单线，转向轮布置2个，则牵引力：kN T 5702.1552max =⨯=牵引绳φ18mm －6×37S ＋FC －1770MPa ，钢丝绳最小破断拉力T n ＝189kN 牵引绳安全系数：33.357189≥===P T K n 满足设计要求 5． 压塔索塔顶主跨侧主缆水平夹角：136.089212190052121=⨯+=+=m m H Q G tg γ 塔顶边跨侧主缆水平夹角：1501002=γtg 。