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某跨度150ｍ的下承式钢管砼系杆拱桥抗风设计与实践

本桥主拱施工共有三套选择方案：一是龙门吊机加支架方案；二是高架索道加支架方案；三是高架索道加扣索方案。经多方论证，最后选择了高架索道加扣索方案作为本桥的实施性施工方案，选择该方案的一个重要原因就是，前两套方案均因大型临时设施结构较高，受风面大，抗风稳定性差。方案三的大部分受力结构均为绳索，受风面小，抗风能力强，故首选其作为实施性施工方案。

2.2施工方案的抗风设计

主桥为东西向中建钢筋工程施工方案（44p），顺桥向的风力较弱，且迎风面相对较小，顺桥向主拱刚度大，抗风设计时仅考虑横桥向风力的作用。

2.2.1高架索道的抗风

高架索道的抗风主要是塔架的横向抗风能力，虽然塔架高度为66m，但因塔脚宽度已达24m，而单塔自重达250多吨，因此就塔而言，其横向稳定性是足够的，但考虑到在施工吊装过程中的索鞍横移对塔产生的横向水平推力及高强阵风的影响等，仍然设置了塔架的横向侧缆风，单塔每侧设2根28的6×19+1钢丝绳作侧缆风，以增大高架索道的横向稳定性。

2.2.2拱肋斜拉扣挂系统的抗风

主桥拱肋分七段在工厂预制成型后，再运至工地进行吊装，在空中实现段间联接和合拢，由于采用无支架吊装(即钢绞线斜拉扣挂系统)方案，扣索的设置与拱轴线的水平夹角很小，主要作用是克服拱肋重量，对拱肋的横向稳定影响很小可不作考虑。这样，拱肋在安装过程中的横向稳定主要靠拱肋的侧缆风来保证。

2.2.3拱肋侧缆风的抗风计算

2.2.3.1计算模型：

结构模型包括钢管拱段(各工况下的各节钢管拱段)、缆风和扣索。由于北侧与南侧在合拢前的状况基本相仿、故可仅计算南侧拱肋的情况。因为合拢前的工况悬臂长度最大，且尚未成拱，因此应为最危险的工况，此时的计算模型如上图所示。

2.2.3.2计算参数

查全国风压分布图，深圳市的基本风压W0=700N/m2，相当于平均最大风速v==33.5m/s(>32.6m/s，相当于12级飓风)时的基本风压。

w=zszrw0

w=2.9×0.73×1.36×1.1×700=2217(N/m２)

③.用在拱肋上的水平风力：

单片钢管拱肋由4根750×12钢管用00×10平联、直腹杆和斜腹杆钢管组成宽2.0m高3.0m的桁架，其截面形式如右图所示。

计算时，不考虑平联与腹杆的作用，仅计算主管组成的截面，则A1=0.1149m2，I33=0.1538m4，I22=0.0532m4。弹性模量取为。

钢管自重为938kN，则其重力荷载为15.5401kN/m。

每根缆风均采用2根15.5的6×19+1钢丝绳，单根钢丝绳的净截面积Aj=89.49mm2，破断拉力Tn＝152kN。于是，。取钢丝绳的弹性模量E2=7.82×104MPa。

缆风绳的初张力按温度荷载加载。

钢丝绳在荷载P作用下的伸长量为，近似等于地垅至拴挂点处缆风长度的减少值；在t的温差下缆风绳伸长lt。

扣索均采用75钢绞线，脚段和次边段各设4根，第三段设8根。每根钢绞线的净截面积Aj=137.44mm2，破断拉力Tn=260kN。于是，脚段和次边段扣索的净截面积，第三段扣索的净截面积。取钢绞线的弹性模量。

2.2.3.3计算结果：

按照各地垅、扣鞍及各缆风和扣索拴挂点的空间位置，以及上述各参数，利用SAP90软件进行分析计算，结果如下：

缆风受力分别为70.06kN、59.06kN和43.02kN(此时，另一侧缆风索力均已全部释放)；扣索受力分别为381.07kN、211.14kN和185.63kN；拱肋悬臂端最大位移为ux=0.1017m，uy=0.7432m，uz=0.1929m。此结果是在假定拱脚能使拱肋自由转动而得到的。实际上，拱脚的设置使拱肋在横桥向和竖向的转动受限，同时，拱肋尚有平联和腹杆的加强，因此，缆风与扣索的实际受力以及拱肋的实际最大位移均要比计算结果小。

2.2.3.4安全系数计算：

此为西南侧地垅，该地垅承受的最大水平力为170.65kN，最大竖向力为21.92kN。

地垅为3.0m×3.0m×4.0m的混凝土重力式地垅。混凝土自重为23×3.0×3.0×4.0=828(kN)，不计土体摩阻力的抗拔力即有828.0kN，故抗拔安全系数，满足要求。

按库仑土压力理论，地垅前端的被动土压力

尚未计基底摩擦力的抗滑力即为576kN，因此地垅的抗滑安全系数，满足要求。

倾覆力矩，抗倾覆力矩，故抗倾覆安全系数，满足要求。

经以上计算可知，扣索、缆风及地垅的各项检算，所有指标均满足使用要求。

3. 施工组织及完善措施

3.2 施工过程中的完善措施

在施工中就已吊装拱段看，侧缆风受力均匀且力值较小，而扣索因仅用到极限应力的20%左右，拱肋位置又较高，因此风振现象较严重。为减少风振影响，采取了以下几种措施：

⑴.在两端和扣鞍两侧的扣索上加设减振器；

⑵.在侧缆风的两端加设减振器；

⑶.在扣索和侧缆风的固定处包裹减振胶皮；

⑷.用木夹板将扣索钢绞线分组，间距15～20m夹成整体，以减少钢绞线的自由长度，增大各分组的整体性；

⑸.对所有拱肋侧缆风地垅增加压重，增大安全系数取值，减少高强阵风的破坏性；

⑹.加强了拱肋段间接头的刚度，段间接头联接由原来的6颗螺栓改为16颗，并增设16块马钣；

⑺.采用单拱合拢方式，缩短拱肋大悬臂的悬空时间。

4. 9908＃台风抗风实施

拱肋吊装期间，经历了9908＃、9910＃、9913＃共3次台风的袭击，分别发生于99年8月22日、9月16日和9月21日。其中9913＃台风因未正面袭击，未造成太大影响，其余两次均正面袭击施工工地，风力强劲，特别是经历9908＃台风时，北拱吊装了西一、二段及东一、二段，拱肋悬空(见照片)，稳定性和抗风性极差，一旦发生险情就会造成广深铁路瘫痪，形势非常严竣。

4.1台风袭击时的施工状况

8月3日，南拱吊装合拢。8月21日，北拱东西两端各吊装了两段，扣索安装了3根，尚差2根，吊钩未摘，4根侧缆风安装完成，但减振器和木夹板未安装。

⑴.立即组织人员完成未完的防风系统，安装好扣索和缆风的减振器、木夹板；

⑵.为加大安全储备，在拱肋上增设4组侧缆风；

⑶.检查地垅、杆件螺栓、马钣受力情况，并进行加固；

⑷.在各地垅、塔架及拱肋缆风、拱脚等部位设观测点；

⑸.成立青年突击队，就地待命二级建造师《建筑工程管理与实务》装饰装修施工技术精讲ppt，随时准备抢险；

11时，阵风达10级，空心钢管发出巨大的轰鸣声，拱脚发出“咔嚓嚓”的响声。为防拱脚脱落，立即用10t链条葫芦将拱脚与塔架连接。

14时，阵风达12级，为保持侧缆风张力平衡，值守人员及时用链条葫芦调整侧缆风的受力，防止拱肋大幅摆动，拉断缆风。这时，西北拱肋缆风地垅支架曾发生位移，但有配重加固，未造成影响。

18时，台风减弱。及时调整缆风修正拱肋轴线，全面检查各部位情况，顺利度过台风。

9月16日，9910＃台风比8＃台风更猛，住地临时房屋和住房全部掀顶，但北拱已经合拢，并按抗风措施予以加固，因而没有出现险情。

⑴.第9908＃台风整个过程全市平均降雨量300mm，阵风最大风力达12级，降雨量和风力是深圳建市以来的最高记录。经实测，北站大桥南拱合拢后，拱顶最大位移25cm，北拱悬臂段悬臂端最大位移41cm，逆风侧拱肋侧缆风索力在1~3t之间，迎风侧拱肋侧缆风索力很不均匀，均在6t以上，最大达12.1t，这与台风的阵发性是一致的。这次台风中，暴雨对缆吊系统的东端主地垅和扣索地垅土体造成了严重破坏(平均冲刷深度达1.5m)，但拱肋未受损伤，缆吊系统经检查、维护也满足使用要求，说明本工程的抗风设计是成功的，达到了设计目的。

⑶.本次抗风实践的成功经验表明，处理类似情况，第一要有科学合理的处理方案某地农专非安置房二标段工程安全文明施工组织设计，关键工况要有理论计算依据，第二要有能保持清醒头脑的指挥机构，对突发情况能进行果断决策，第三还要有一支高素质、有职业道德和主人翁责任感的临危不惧的工人队伍，此次抗风，突击队发挥了重要的作用，其精神和行动令人感动。三个条件缺一不可。