全 文 ：第 !" 卷 第 " 期
# $%$ 年 " 月
林 业 科 学
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2345!# $%$
移动式承载索应用于特大桥吊装工程的设计
周新年%6巫志龙%6官印生#6张正雄%6郑丽凤%6陈裕云%6冯建祥%
"%5福建农林大学6福州 =< $$$## #5福州市规划设计研究院6福州 =<$$ $=$
摘6要!6根据架空索道设计的特点及要求!本着技术先进’经济合理和安全适用的原则!创造性采用可移动式承
载索!对泉三高速公路下岸特大桥吊装索道进行设计!包括索道选线’索道总体布置’承载索与工作索设计’锚桩的
验算% 在特定的地形地质条件下!进行有效合理的索道布局!以及主要技术参数的选择!并进行校核% 索道在特大
桥施工中安全适用!能满足吊装作业和高强度工作量要求%
关键词&6吊装索道# 工程设计# 技术参数# 桥梁工程
中图分类号! m%9666文献标识码!,666文章编号!% $$% A8!99"#$%$#$" A$%$8 A$" 收稿日期& #$$ 9 A$8 A$9# 修回日期& # $$7 A$% A%$% 基金项目&福建省自然科学基金资助项目"#$$ 92$=#8$# 福建省科技厅重点科学基金资助项目"# $$8*$$ $#!#$$"g<$$"$# 福建省林业厅科
学基金资助项目"闽林科0# $$"1 8 号第 %! 项$% Q&’,%$()M(<#>-&+R/-,$&3(,’*,$% !#>-&@#/ \’&4,$\$7’7#-/ [#1%&81,4%& fL/3 @H44HE4%6S3 fLH0/4F%6I3E4 GH4KLM4F#6fLE4FfLM4F_H/4F%6fLM4F-HTM4F%6’LM4 G3X34%6gM4F2HE4_HE4F% "%"1.@-&+ 84’-(.3,.’$&+6 1/’$%,’5J+-<$’%-,561.N)/. =<$$ $## #"1.N)/. !3&++-+4 D$%-4+ &+6 #$%$&’() *+%,-,.,$61.N)/. =<$ $$=$ =>’*1#0*&6,K/4M/TWLMO/KWY/4[M4HM4WE4V MY/4/OHYE0W//0K/TWUE4K\/UWEWH/4 E4V YUE4M!U/\MZEX^MFH4 W/3KMH4 E [EUHMWX/T^ 3H0VH4FE4V Y/4KWU3YWH/45,YY/UVH4FW/WLMYLEUEYWMUHKWHYE4V UMR3HUMOM4WK/TYE^0MZEXVMKHF4!WLMO/[E^0M K‘X0H4ML/HKWH4FYE^0MZEXH4 J3E4KE4 PHFLZEX@HE(E4 m43K3E0XBUHVFMZEKYUMEWH[M0XVMKHF4MV ZHWL WLM\UH4YH\0M/T EV[E4YMV WMYL4/0/FX!UMEK/4E^0MMY/4/OX!KETMWXE4V E\\0HE4YM!ZLHYL H4Y03VMV WLMFM4MUE0EUE4FMOM4W/TYE^0MZEXK! YE0Y30EWH/4 /TK‘X0H4ME4V Z/U‘0H4M!YLMY‘H4FY/O\3WEWH/4 /TWLMK3\\/UWE4V WLME4YL/UEFM!\U/V3YWH[HWXYE0Y30EWH/45m4VMU WLMK\MYHTHYW/\/FUE\LXY/4VHWH/4!WLMMTMYWH[ME4V UMEK/4E^0M0EX/3W/TL/HKWH4FYE^0MZEXE4V WLMOEH4 WMYL4HYE0\EUEOMWMU \U/\MU0XZMUMYL/KMV!E4V WLMYE0Y30EWH/4 ZEKYLMY‘MV5+LMUMK30WKL/ZMV WLEWWLML/HKWH4FYE^0MZEXZEKKETMWXE4V E\\0HE4YMH4 WLMY/4KWU3YWH/4 /T^UHVFM!E4V HWZEKK3HWE^0MH4 WLMUMR3MKW/TL/HKWH4FZ/U‘H4FE4V LHFL KWUM4FWL Z/U‘0/EV5 ?&/ @(14’&6L/HKWH4FYE^0MZEX# M4FH4MMUH4FVMKHF4# WMYL4HYE0\EUEOMWMUK# ^UHVFMM4FH4MMUH4F 66泉州至三明高速公路 J,%= 标段 "GD7% l 9#< ;GD7" l7$$ $下岸特大桥!左线大桥桥长 917 O!右线大桥桥长<<917 O!全桥共 "! 个桥墩!<br最高墩高 "= O!属全线重点工程% 常规缆索很难满 足全桥吊装!且投资大!施工困难% 由于要避开现有 房屋和现运营公路!以及特定的地形地质条件所限! 本索道设计以 % 号和 %< 号墩的连线为中轴线!# 个 吊装区各由 % 条,%= 型索道索系承吊!每条承载索 均满足左右横向移动距离 =$ O的吊装区"横向单
侧移动最大距离 %< O$!创造性采用可移动式承载 索!能照顾到所有桥墩% 索道的横向移动!一端沿吊 索的鞍座移动!另一端由 # 条松紧式锚索调整实现# 索道的锚固全部采用钢筋混凝土桩式结构!施工时 应严格控制各锚桩的高程% 索道设计计算按 # 条承 载索在跨中同时负载的最不利条件进行!从而使整 个索道达到安全’可靠和经济合理的目的% %6索道选线 综合考虑泉三高速公路下岸特大桥地形地质’ 特定的装卸场地’运输距离最短’作业安全和集散方 便等因素!确定选线方案& 索道承载索上支点位于 高程 <7"1$$O处!下支点定于高程 <8<1$9 O处!水
平跨距3$k9$$ O!弦倾角&% k%1上支点位于高程 "%$1$$O处!下支点定于高程 <9"1$$O 处! 水 平 跨 距 3$ k!%$ O! 弦 倾 角
&% k=1=#6设计资料
该地区风力 9 级# 风压强度 < $$dE# 安装温度 #< c# 无地震% 依据 ,林业架空索道设计规范- "-G%$<" A%77%$’,货运架空索道安全规范- "IB %#%!% A%797$和,一般用途钢丝绳- "IB+#$%%9 A 林 业 科 学 !" 卷6 #$$ "$!选用承载索 =96" j%7 *g’%98$ Bff!破断
拉力Idk9#7 ‘*# 起重索 %#6%9 j8 *g’%98$B f&!破断拉力IdJk991= ‘*# 循环牵引索 %#6" j%7 *g’%98$ Bf&!破断拉力 IdR k9#18 ‘*# 鞍座吊索
!!w " j%7 *g’%98$Bf&!破断拉力IdCk% %%$ ‘*#
钢丝绳的弹性模量2k7 $$QdE# # 个D% 跑车# # 台2&=]= 绞盘机# 钢筋混凝土桩式锚锭"主桩 l副 桩$% =6总体布置 结合地形条件!上下两支点高差不大!跑车需要 往复牵引!采用,%= 型索道索系!鞍座吊索采用+ $# 型索道索系% 索道纵断面!见图 %# 索道平面和 鞍座吊索纵断面!分别见图 #!=% 图 %6索道纵断面 gHF5%6+LM[MUWHYE0KMYWH/4 \U/TH0M/TWLMYE^0MZEX %5#$" 省道 #$" \U/[H4YHE0U/EV5 66承载索跨距 3$ k9$$ O!倾角 &% k%1%%b!无荷中挠系数 >$k$1$!% 为了减少起重索下 垂!在索道上支点 %$$O处’下支点 "$ O处设托索
轮# 为了减少锚锭工程量及改善其受力条件!各锚
桩后 %$O左右设一副桩# 索道下支点的横向移动 由鞍座横移!上支点 G型张紧索的松紧配合实现! 可借助 # 台绞盘机或 < W手拉葫芦作业!横移前适度 放松承载索% 图 #6索道平面 gHF5#6+LML/UHa/4WE0KMYWH/4 \U/TH0M/TWLMYE^0MZEX %!#!7!%!!%%9!#%5锚锭",%!,#!B%!C!B#!’!,=$ ,4YL/UEFM# =5Pg=$$ 复式滑车Pg=$$ WX\MV/3^0MYEU# !5转向滑车"= W!共 %! 个$’EU/T<brYLE4FH4FVHUMYWH/4# 85D% 跑车D% WX\MYEUHEFM# "5基准线BEKHK0H4M# 9!%$5承载索 &‘X0H4M# %%5索鞍’E^0MKEVV0M# %#!%=5起重索-HTW0H4M# %"!<br%85绞盘机SH4YL# %7!#$5循环牵引索)4V0MKK0H4M5
66索道放样基准线为 % 号和 %< 号墩的连线!各锚
桩定位点根据地形条件允许q$1#$ O误差#锚锭采
用钢筋混凝土立式双联桩锚!后桩布置一律在主桩
后方 %$O左右# 绞盘机布置朝向上支点!能通视全 桥!绞盘机房相互距离 #$ O左右# % ;%! 号均为
PC=$转向滑轮!%!#!%%!%#!%=!%! 依桩悬挂!= ;%$
9$% 6第 " 期 周新年等& 移动式承载索应用于特大桥吊装工程的设计 固定在承载索上!其中 =!! 距上支点约 %"$ O!距鞍座 % $$O!边跨靠鞍座 =$ O处承载索上悬挂滑 轮 7!%$!通过起重索!边跨靠鞍座 % O处的承载索 上悬挂滑轮 8!9!通过牵引索# 索鞍由 # 个托索轮对 接而成一个整体!上托索轮可沿吊索行走!下托索轮 承托承载索% 图 =6鞍座吊索纵断面 gHF5=6+LM[MUWHYE0KMYWH/4 \U/TH0M/TWLML/HKWH4FYE^0MZEX %5基准点BEKHK\/H4W# #5#$" 省道 #$" \U/[H4YHE0U/EV !6主要技术参数 OBCD承载索计算 应用悬链线理论"周新年!%798# %77## %77"# #$$ 9# 周新年等!%777# # $$=E# #$$ =^# # $$!# #$$ 8#
罗桂生等!%777$!编制计算机辅助设计系统!输出 设计计算结果% 无荷中挠系数& >$ k$1$!# 双线设
计荷重"*$& !k=9$=<# 无荷悬索长度"O$& :$ k
9$=1"8# 有荷水平张力"*$& Hdk#!8 "%<# 承载索
有荷最大拉力"*$& IQk#<% "7<# 承载索的耐久性 验算& 7k#"1!8# 承载索的实际安全系数& A% k=1#7% OBAD鞍座吊索设计计算 货运索道!当跨距中出现跑车数;?= 时!;k#! 则载荷分布系数MM"周新年!%77"# #$$9$为&
MM OMc O";R%$% R$1<;
&
3$Y/K( )& O"# R%$ % R$1< U# U"$!%$Y/K=1=( )o O$19化为集中载荷系数为 %19承载索下支点方向角-B为&
-B OEUYWE4eB OEUYWE4"WE4&R!>$$
OEUYWE4"WE4%166鞍座吊索设计荷重!V"*$为& !V O%19IQ"KH4%%oTKH4918o$<brO%19 U#<% "7< U"$1%7% T$1%<%$ O%<7 <7% *%<br66应用悬链线理论"周新年!%798# %77## %77"# #$$9# 周新年等!%777# #$$=E# #$$=^# #$$!# #$$8# 罗桂生等!%777$!编制计算机辅助设计系统!输出
设计计算结果% 无荷中挠系数& >$k$1$!<# 无荷悬 索长度"O$& :$k!%#199# 鞍座吊索有荷最大拉力 "*$& IjQk<<# <$<# 鞍座吊索的耐久性验算& 7k %=19<# 鞍座吊索的实际安全系数& A% k#1$%%
OBED工作索的计算
!1=1%6起重索计算6%$提升货物时起重索张力I# "*$&
I# OIJTIR TINTIE% "%$式中& IJ为货物质量产生的拉力 "*$!IJ k
S
#KH4"-Z#$!Sk#< %$$*"货物质量l载物钩质量$!
取起重索拉力包角 -k%<$b!代入算得& IJ k %# 77= *% IR 为起重索自重附加在跑车上的分力! IR kqeJ)# 由于绞盘机低于承货点!则承货点到绞 盘机位置高度差 ) kA#7 O!起重索单位长度重力 eJk<1"# *.O A%!代入算得& IR kA%"= *% IN为综 合阻力!绕过滑轮’贴地运行等产生的摩擦阻力!IN k"IJlQ$0$!起重索自重QkeJ:$ k<1"# j9$=1"8 k! <%8 *# 由于滑轮数多!吊运距较长!取综合摩擦 系数0$ k$1%"!代入算得& INk# 9$# *% IE为惯性
力!将货物视为匀速上升!IEk$% 代入"%$式算得& I# k%< "=# *!2&=]= 绞盘机起
7$% 林 业 科 学 !" 卷6 重卷筒额定牵引力为 =$ $$$ *!故起重力足够% #$ 起重索安全系数A# 的校核& A# O IdJ I# " <1$% "#$ 式中&IdJ为起重索的破断拉力"*$!IdJk99 =$$ *%
A# k
99 =$$
%< "=# k<1"< ><1$!故所选起重索符合规范
要求%
!1=1#6循环牵引索计算6%$ 跑车运行时牵引索的
拉力 I= "*$% 由于 &k%1求I=&
I= OIjJTIjNhIR TIE% "=$式中&IE为运行惯性力!IEk & 4 "SjlQj$!Sjk货物
质量l跑车质量 k#< $$$ l#$$ $k#8$ $$*!牵引 索附加于跑车上的自重 Qjk QJ # k<1$< j 9$=1"8 # k # $#7!重力加速度 4 k719% O.KA#!紧急制动!取加 速度 &k$18< O.KA#% 代入得& IEk $18< 719%"#8$$ $l # %8<$ k# ### *% IR 为牵引索自重附加在跑车上
分力! IR kqeJ)# 由于绞盘机低于承货点!则承货
点到绞盘机位置高度差 ) kA#7 O!牵引索单位长
度重力eJk<1$< *.O A%!代入算得& IR kA%!" *% IjJ为克服摩擦力时线路坡度及重车荷重产生的拉力! IjJkSjKH4.A0SjY/K.!取跑车运行阻力系数0k$1$%! .为跑车升角!求牵引索最大拉力时!跑车运动到上 支点!由WE4.OWE4&T 3$
#Hd
!
3$
T eY/K( )& OWE4%19 $$# U#!8 "%< =9 $=< 9$$ T
<$18 Y/K%1<( )ok$1%9= !!算得& .
k%$1=7b! 代入得& IjJk#8$ $$"KH4%$1=7oA $1$%Y/K%$1=7o$ k! "$! *% IiN为重车的综合阻力! IjNk"IjJlQ$0$!牵引索自重 QkeJ:$ k<1$< j 9$=1"8 k! $<7 *% 代入算得& IjNk"! "$! l! $<7$ j$1%" k% =9" *%代入"=$式算得& I= k# 8#8 l % %=# A%<8 l# #=% k< 7== "! $"! l% =9" A%!" l # ###$ k8 <#" *!2&=]= 绞盘机的摩擦卷筒额定牵 引力为 #$$$ $*!故牵引力足够% #$ 牵引索安全系数A= 的校核&
A= O
IdR
I=
" <1$% "!$
式中&IdR为牵引索的破断拉力"*$!IdR k9# 8$$*% A= k 9# 8$$8 <#" k%$177 ><1$!故所选牵引索符合规范 要求% !1=1=6绞盘机功率AC的校核 A@ O 1f /%/# U%$R=% "<$式中&1为缠绕在绞盘机主卷筒中层上的工作索的 最大牵引力"*$!由于I# >I=!所以选 I# 作为 1# f
为缠绕在绞盘机主卷筒中层上的工作索的牵引速度
"O.KA%$!取 fk%1<# /% 为绞盘机从发动机输出轴 至卷筒轴之间的总传动效率!取 /% k$1"<# /# 为内
燃机高山功率降!取/# k$17% 代入"<$式算得& A@
k!$1$9 ‘S ?<%1< ‘S!2&=]= 绞盘机额定功率为
<%1< ‘S!故满足要求%
OBOD锚桩验算
采用钢筋混凝土立式双联桩锚!其受力分析见
图 !% 在整个吊装索道中!鞍座吊索的锚桩受力最
大!故取鞍座吊索的下支点锚桩进行验算% 双联桩
锚的后桩受力占 %e= ;%e#!前桩已知数据& Ik<<=
j#e= k="7 ‘*# &k!b# 6 k%1$O# :% k<1$ O# :#
k$19 O# & k#1$ O# ;k#1$O# (k$1= O# )上 k
!1$O# )下 k%1$ O%
!1!1%6锚桩直径 66锚桩设计为钢筋混凝土立桩!
但这类结构的立桩目前无成熟的计算公式!故先以
相同直径的松木验算进行比较%
6"
= %$FOE_Z0!S槡 1% ""$
式 中& FOE_ 为 截 面 弯 距% FOE_ k I.
3l#=
I
.) 0.A0( )槡 }{ % # 3为锚绳至上档木中心
"即!上 作用点$的距离!3k&l(k#1= O# .为土壤 密度!取 #$ ‘*.OA=# ) 为上档木高度!) k )上 k
%1$O# 0+为被动土压力系数!为 !1<9# 0%为主动 土压力系数!为$1##%
代入算得&
FOE_OI. 3T#=
I
..) 0.R0( )槡 }{ %
O="7 U #1= T#=
="7
#$U% U"!1<9 R$1##槡{ }$O% =<< ‘*.O% 66查松木许可弯曲应力0!S1 k%$ 89$‘*.O A# "段良策! %799$! 则 6 "
= %$j% =<< 槡%$ 89$j%$$k %$9 YO%
本设计为钢筋混凝土立桩 6 k% $$YO% 钢筋砼 圆形截面受弯构件的破坏!最终表现为受压区混凝 土压碎% 所以! 只要校核受压区混凝土的强 度即可% 66 $%% 6第 " 期 周新年等& 移动式承载索应用于特大桥吊装工程的设计 图 !6锚锭受力分析 gHF5!6+LME4E0XKHK/TK3TMUMV T/UYM/TE4YL/UEFM %5承载索方向CHUMYWH/4 /TK‘X0H4M# #5挡木B0/Y‘H4FWHO^MU# =5承载索拉力d30H4FT/UYM/TK‘X0H4M# !5受压区dUMKKH4FEUME# <5受拉区CUEZH4FEUME5 !O FOE_ Q O FOE_ . =#6 = O % =<< . =# U% = O%= 9$# p0!1 O%8 <$$ ‘*.OA#!故安全%
66式中的 ’=$混凝土轴心抗压设计强度0!1 k %81< QdE% !1!1#6锚桩的上拔力!垂直向上分力"6锚桩自 重& Kk.6# e! j" :% l:#$ j.k.j%1$# e! j "<1$ l$19$ j#! k%$7 ‘*# 垂直向上分力& fk IKH4’k="7 jKH4!bk#" ‘*% 本设计无论承载索或鞍座吊索!倾角均很小 "最大为 %%b$!上拔力都小于锚桩自重!故安全%
!1!1=6锚桩入土深度 )
) O %#IZ..)%"0.R0%槡 $% "8$
式中& )% 为档木高度!本设计为 !1$O% 代入算得& )k %# j="7#$ j! j"!1<9 A$1##槡$ k=1"O ?:% k<1$O! 故安全% !1!1!6土壤压应力"周新年等!#$$=E# #$$=^# 洪 毓康!#$$$$
!O!)3%/0!H1% "9$
式中&)为档板高度!)上 k! O!)下 k% O#3为档板长
度!为 !1$ O# /为土压力不均匀系数!上档板为就
地浇筑混凝土时/k$17!为木头时/k$1==# 0!H1
为H深度土壤容许压应力!0!H1 k9%H.!其中 9%
为土壤被动压力系数!当内擦角 1k==17"%# H为受压土深度# !为上档处总反力%
%$计算上档板处土压应力6H k#1$ O时!
0!H1 k%<9 ‘*.O
A## !上 k
!上
)上 3
k87=! j! k<$‘*.O A# /0!H1 k$1== j%<9 k<# ‘*.O
A#!故上档木处土压
应力足够%
#$计算下档板处土压应力6H k!1< O时! 0 !H 1 k =<" ‘*.O A## !下 O I"& T($
; O
="7 U"# T$1=$
# O!#! ‘*#!下 O
!下
)下 3
O !#!% U! O
%$" ‘*.OA# ?/0!H1 k$1== j=<" k %%8
‘*.OA#!故下档木处土压应力足够%
锚桩验算结论& 钢筋混凝土锚桩直径的抗弯强
度’垂直上拔力’土壤压应力和锚桩入土深度满足要
求% 因为IQk<<# <$< *是鞍索 >$ k$1$!< 时的受
力!当承载索中部桥墩少量的顶部施工!需要张紧承
载索或鞍座吊索 >$%$1$= 时!为确保安全!只允许 % 台绞盘机作业% 索道吊装施工方法具有结构简单’拆装方便’操 作灵活和起吊高度大的特点!不受复杂地形的限制! 可节省大量的临时支撑!缩短工期!提高经济效益% 泉三高速公路下岸特大桥吊装索道的设计!是在特 定地形地质条件下!进行有效合理的布局!以及主要 技术参数的选择!并进行校核% 该工程已竣工!实践 证明& 该吊装索道在特大桥施工中安全’适用’高 效!能满足吊装作业和高强度工作量的要求!取得了 很好的经济效益与社会效益% %%% 林 业 科 学 !" 卷6 参 考 文 献 段良策5%7995简易架空缆索吊5北京& 人民交通出版社!#=8 A#5<br洪毓康5#$ $$5土质学与土力学5北京& 人民交通出版社!%<8 A%"!5 罗桂生!周新年!吴沂隆5%7775悬链线精确算法单跨索道设计模型5 福建林学院学报!%7"#$& %%$ A%%=5 周新年5%7985悬链线法作单跨索道设计的微机程序5福建林学院学 报!8"%$& =< A!!5 周新年5%77#5林业索道设计系统5林业科学!#9"%$& !8 A<%5 周新年5%77"5架空索道理论与实践5北京& 中国林业出版社!%!$ A#$%5 周新年5#$$ 95工程索道与柔性吊桥+++理论 设计 案例5北京& 人民
交通出版社!%"7 A#!!5
周新年!罗桂生!吴沂隆!等5%7775悬链线精确算法单跨索道设计系
统5福建林学院学报!%7"=$& #$< A#$95 周新年!冯建祥!罗仙仙!等5#$$=E5受限地段过河索道设计研究5福 建林学院学报!#="%$& % A!5
周新年!张正雄!郑丽凤!等5# $$=^5林业索道在山区水利吊装工程上 的应用5林业科学!=7"#$& %!$ A%!!5 周新年!罗仙仙!罗桂生!等5#$$ !5牛顿迭代法悬索线形与拉力的研
究5林业科学!!$"<$& %"! A%"85
周新年!官印生!张正雄!等5#$$85武当山特殊吊装索道设计研究5林
业科学!!="=$& %$9 A%%#5
!责任编辑6石红青"
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