桥梁缆索吊机设计与施工技术.ppt

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1、中铁大桥局集团中铁大桥局集团缆索吊机设计与施工缆索吊机设计与施工中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部 Construction Design Department of MBECConstruction Design Department of MBEC主讲人：王东辉主讲人：王东辉中铁大桥局集团中铁大桥局集团主要内容主要内容一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介二、缆索吊机设计基本规定二、缆索吊机设计基本规定三、缆索系统设计三、缆索系统设计 四、工程实例四、工程实例五、问题与思考五、问题与思考中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.11.1

2、 简述简述缆索吊机又称缆索起重机。是利用悬挂于两支点间的缆缆索吊机又称缆索起重机。是利用悬挂于两支点间的缆索（钢丝绳）作为起重天车的承重轨道，从而形成跨越索（钢丝绳）作为起重天车的承重轨道，从而形成跨越河流、山谷的一种高空起重设备。常用于桥梁施工，更河流、山谷的一种高空起重设备。常用于桥梁施工，更常用于拱桥施工。常用于拱桥施工。在特定的条件下能发挥其他起重机械和技术不可替代的在特定的条件下能发挥其他起重机械和技术不可替代的作用。作用。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.11.1 简述简述中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.11.1 简述简

3、述中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介此设备起吊高度大、吊机覆盖范围广、吊运速度快、此设备起吊高度大、吊机覆盖范围广、吊运速度快、经济效果好，且因地制宜。既可以用于水平运输、又经济效果好，且因地制宜。既可以用于水平运输、又可以垂直吊装。其承重索高悬空中，最适宜跨越河川、可以垂直吊装。其承重索高悬空中，最适宜跨越河川、峡谷，不受复杂地形限制。峡谷，不受复杂地形限制。可以节省运输便道和大量的施工脚手架，又避免施工可以节省运输便道和大量的施工脚手架，又避免施工场地交通干扰。场地交通干扰。可以由施工单位自行组装。拆装方便、操作灵活。可以由施工单位自行组装。拆装方便、操作灵活。中

4、铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.21.2 缆索吊机组成缆索吊机组成塔架塔架缆风系统缆风系统承重索承重索起重天车起重天车牵引、起重索、结索、分索器牵引、起重索、结索、分索器鞍座鞍座锚碇锚碇驱动装置以及电气设备驱动装置以及电气设备中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.11.2.1、缆索吊机塔架：塔架是承受缆索吊机承重索的、缆索吊机塔架：塔架是承受缆索吊机承重索的支承受力结构。塔架一般建立在桥的两端或已建成的支承受力结构。塔架一般建立在桥的两端或已建成的桥梁墩台上。桥梁墩台上。按结构形式可分为铰接式和固结式；按结构形式可分为铰接式和固结式；

5、按按材料组成可分为常备式杆件、钢管立柱、型钢立柱、材料组成可分为常备式杆件、钢管立柱、型钢立柱、混合塔柱等等。混合塔柱等等。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介 3.1、索塔、锚锭的设计与施工合理选择索塔材料类型合理选择索塔材料类型万能杆件万能杆件贝雷片贝雷片混合式混合式钢管钢管中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.21.2.2、缆风系统、缆风系统有两种，正式缆风和临时缆风。有两种，正式缆风和临时缆风。临时缆风：临时缆风：用于塔架的安拆过程，只承受风力。用于塔架的安拆过程，只承受风力。正式缆风：正式缆风：是缆索吊机的重要组成部分，不仅仅承受

6、风是缆索吊机的重要组成部分，不仅仅承受风荷载，更多的是抵抗承重索在塔架两侧的不平衡水平力。荷载，更多的是抵抗承重索在塔架两侧的不平衡水平力。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介缆风索一般采用钢丝绳，也有使用钢绞线。又分前缆缆风索一般采用钢丝绳，也有使用钢绞线。又分前缆风、和后缆风。如果将两个主塔的前缆风合二为一，风、和后缆风。如果将两个主塔的前缆风合二为一，则称之为通风缆，或者叫压塔索。则称之为通风缆，或者叫压塔索。缆风实拍（通风缆）缆风实拍（通风缆）中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.31.2.3、承重索、承重索承重索是用来承受天车吊重

7、荷载的承重结构，也是天承重索是用来承受天车吊重荷载的承重结构，也是天车的运行轨道，又称之为轨索。承重钢丝绳一般采用大车的运行轨道，又称之为轨索。承重钢丝绳一般采用大直径普通钢丝绳，在直径普通钢丝绳，在52526060范围选用。范围选用。由于承重索要求破断拉力较大，钢丝绳钢丝公称抗拉由于承重索要求破断拉力较大，钢丝绳钢丝公称抗拉强度常选用强度常选用17701770或或1870MPa1870MPa的钢芯钢丝绳。国内也有选用的钢芯钢丝绳。国内也有选用密封式钢丝绳的实例（巫山桥）。密封式钢丝绳的实例（巫山桥）。关于承重索外圈钢丝直径，由于起重小车滚轮作用下关于承重索外圈钢丝直径，由于起重小车滚轮作用下

8、接触应力的要求，也是钢丝绳选用参数之一。接触应力的要求，也是钢丝绳选用参数之一。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介承重索的根数，从理论上越少受力越均匀。但实际上，承重索的根数，从理论上越少受力越均匀。但实际上，一些大型缆索吊机由于受力的需要，最多有用到一些大型缆索吊机由于受力的需要，最多有用到1212根的根的实例（菜园坝长江大桥、宁波明州大桥、南广铁路肇庆实例（菜园坝长江大桥、宁波明州大桥、南广铁路肇庆西江大桥）。西江大桥）。承重索钢丝绳弹性模量。承重索钢丝绳弹性模量。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.41.2.4、起重天车、起重天车

9、起重天车是缆索吊机完成垂直运输和水平运输的运起重天车是缆索吊机完成垂直运输和水平运输的运载设备。包括车架、走行轮、起重滑轮组（上定滑轮和载设备。包括车架、走行轮、起重滑轮组（上定滑轮和下动滑轮组）等组成。下动滑轮组和吊架连为一体，组下动滑轮组）等组成。下动滑轮组和吊架连为一体，组成吊钩。成吊钩。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.51.2.5、牵引索、牵引索牵引索为天车在轨索上往返运输的拖拉绳索。一端通牵引索为天车在轨索上往返运输的拖拉绳索。一端通过滑车组和天车连接，另一端进牵引卷扬机。过滑车组和天车连接，另一端进牵引卷扬机。牵引钢丝绳多选用较柔软的麻芯钢丝绳，

10、钢丝公称抗牵引钢丝绳多选用较柔软的麻芯钢丝绳，钢丝公称抗拉强度拉强度157015701770MPa1770MPa。大于此范围的钢丝绳耐久性较。大于此范围的钢丝绳耐久性较差，不宜选用。差，不宜选用。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.61.2.6、起重索、起重索起重索供垂直起吊重物之用。一端绕过滑车组后固起重索供垂直起吊重物之用。一端绕过滑车组后固定，另一端进入起重卷扬机。（也有根据吊重或起升速定，另一端进入起重卷扬机。（也有根据吊重或起升速度需要两端均进入卷扬机）。度需要两端均进入卷扬机）。由于起吊重量需要，起重绳的穿绕倍数较多，起重由于起吊重量需要，起重绳的穿

11、绕倍数较多，起重钢丝绳多选用较柔软的麻芯钢丝绳，钢丝公称抗拉强度钢丝绳多选用较柔软的麻芯钢丝绳，钢丝公称抗拉强度157015701770MPa1770MPa。另外，还要求起重索在工作过程中不能扭结和自转。另外，还要求起重索在工作过程中不能扭结和自转。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.71.2.7、结索和支索器、结索和支索器支索器是将承重索、起重索以及牵引索彼此分开，又支索器是将承重索、起重索以及牵引索彼此分开，又称分索器。减少天车运行时，牵引索和起重索的挠度，称分索器。减少天车运行时，牵引索和起重索的挠度，不互相干扰。一般不互相干扰。一般303050m50m设

12、置一个。设置一个。结索是将支索器串联成组，也是支索器运行的牵引索。结索是将支索器串联成组，也是支索器运行的牵引索。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.81.2.8、鞍座、鞍座鞍座是承重索在缆索吊机塔架顶部的支承转向机构。鞍座是承重索在缆索吊机塔架顶部的支承转向机构。承重索通过鞍座将压力传递到塔架上，并绕过鞍座滑承重索通过鞍座将压力传递到塔架上，并绕过鞍座滑轮进入锚固跨。轮进入锚固跨。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.91.2.9、锚碇、锚碇锚碇是锚固承重索、缆风绳的受力

13、装置。锚碇是锚固承重索、缆风绳的受力装置。四大类型：四大类型：重力锚重力锚、桩锚桩锚、岩锚岩锚、隧道锚隧道锚。中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介岩锚施工图片中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介南广铁路西江大桥岩锚中铁大桥局集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.101.2.10、驱动装置、驱动装置牵引卷扬机，是起重天车运行的动力机构；牵引卷扬机，是起重天车运行的动力机构；起重卷扬机：天车起吊重物的动力机构。起重卷扬机：天车起吊重物的动力机构。电器设备电器设备中铁大桥局

14、集团中铁大桥局集团一、缆索吊机简介一、缆索吊机简介1.2.11.电气配置中铁大桥局集团中铁大桥局集团262、缆索吊机设计基本参数、缆索吊机设计基本参数中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数2.12.1、缆索吊机基本参数确定、缆索吊机基本参数确定（1 1）缆索吊机主跨跨度缆索吊机主跨跨度主跨跨度范围内要能覆盖所需要施工范围，并考虑吊主跨跨度范围内要能覆盖所需要施工范围，并考虑吊装盲区；装盲区；盲区的出现是因为天车运行接近塔顶时，爬升角急剧盲区的出现是因为天车运行接近塔顶时，爬升角急剧增加，所需牵引力急剧增大，且容易对承重索造成强增加，所需牵引力急剧增大，且容

15、易对承重索造成强烈磨损。因此，一般规定，盲区范围内不进行吊装作烈磨损。因此，一般规定，盲区范围内不进行吊装作业。业。27中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数很多情况下，为了利用桥梁墩台结构作为塔架的基很多情况下，为了利用桥梁墩台结构作为塔架的基础，这样，缆索吊机的跨度就被动确定。比如，拱桥施础，这样，缆索吊机的跨度就被动确定。比如，拱桥施工中，常利用两岸拱座作为塔架基础，缆吊的主跨也是工中，常利用两岸拱座作为塔架基础，缆吊的主跨也是主桥的主跨。主桥的主跨。中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数（2 2）塔架高度（高程

16、）塔架高度（高程）索塔（塔架）的塔顶高程应根据天车吊重后在承载索塔（塔架）的塔顶高程应根据天车吊重后在承载索的跨度范围内往复运行时所需要的净空来确定的，可索的跨度范围内往复运行时所需要的净空来确定的，可由下式计算：由下式计算：H=fmax+h0+h1+h2+h3H=fmax+h0+h1+h2+h3H H索塔（塔架）顶高程（索塔（塔架）顶高程（m m）；）；fmaxfmax承重索最大垂度（承重索最大垂度（m m），一般为跨度的），一般为跨度的1/121/121/181/18；h h0 0桥梁顶部高程（桥梁顶部高程（m m）；）；h1h1承重索至吊钩的距离（承重索至吊钩的距离（m m）。）。h2h

17、2吊钩以下的构件高度（吊钩以下的构件高度（m m）；）；h3h3构件通过拱顶的安全高度（构件通过拱顶的安全高度（m m），至少），至少1.0m1.0m。由索塔顶高程和索塔基础顶面高程即可得出索塔高度由索塔顶高程和索塔基础顶面高程即可得出索塔高度中铁大桥局集团中铁大桥局集团 五、施工控制与经典实例塔高确定塔高确定30420m420mf/Lf/L中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数（3 3）起重量（额定吊重）起重量（额定吊重）起重量是根据吊装构件的最大重量确定；起重量是根据吊装构件的最大重量确定；是指吊钩以下的重物，不包含吊具等；是指吊钩以下的重物，不包含吊

18、具等；承重索计算时，集中荷载是指包括天车自重、上下挂架、承重索计算时，集中荷载是指包括天车自重、上下挂架、吊具（扁担梁）以及额定吊重的总和。吊具（扁担梁）以及额定吊重的总和。起重机设计规范规定，当起重绳长度大于起重机设计规范规定，当起重绳长度大于50m50m时，应包含时，应包含起重绳重量。起重绳重量。中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数（4 4）最大垂跨比最大垂跨比是天车在最大吊重下位于跨中时，承重索的最大垂度是天车在最大吊重下位于跨中时，承重索的最大垂度fmaxfmax和主跨跨度和主跨跨度L L的比值，根据有关理论，最好是在的比值，根据有关理论，最好是

19、在1/171/171/331/33之间取值比较适宜，计算相对准确。之间取值比较适宜，计算相对准确。实际施工中，由于垂跨比过小，则承重索索力偏大，实际施工中，由于垂跨比过小，则承重索索力偏大，增增加承重索数量以及锚碇工程量，我局新出版的企业标准加承重索数量以及锚碇工程量，我局新出版的企业标准缆索吊机及拱桥扣挂法施工缆索吊机及拱桥扣挂法施工中规定在中规定在1/121/121/181/18之之间取值。间取值。中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数最大垂跨比是缆索吊机设计的一个重要参数，它直最大垂跨比是缆索吊机设计的一个重要参数，它直接决定了承重索数量、塔架高度、

20、承重索接决定了承重索数量、塔架高度、承重索空缆安装垂度空缆安装垂度、牵引索拉力、牵引卷扬机配置、缆风系统配置以及锚碇牵引索拉力、牵引卷扬机配置、缆风系统配置以及锚碇受力大小等等。受力大小等等。因此在最初设计时要先予以确定。因此在最初设计时要先予以确定。中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数（5 5）起降速度和移动速度）起降速度和移动速度和主跨跨度、起重量大小、工期等因素有关。和主跨跨度、起重量大小、工期等因素有关。升降速度在升降速度在3 35m/min5m/min；移动速度在移动速度在5 510m/min10m/min；缆索吊机工作时，起重和牵引两个工序要

21、分开进行。缆索吊机工作时，起重和牵引两个工序要分开进行。中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数2.22.2、缆索吊机设计基本规定、缆索吊机设计基本规定（1 1）缆索系统的安全系数）缆索系统的安全系数缆索缆索系统设计安全系数系统设计安全系数主索主索 牵引索牵引索起重索起重索缆风索缆风索破断拉力破断拉力3 34 45 53 3应力应力2 23 33 32 2中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数（2 2）塔顶位移的限制）塔顶位移的限制塔顶位移限制值：塔底固结塔顶位移限制值：塔底固结 H/400H/400 H/600H/60

22、0；塔底铰塔底铰接接 H/150H/150H/200H/200；H H为塔高。为塔高。塔底铰接和固结的设计使用条件塔底铰接和固结的设计使用条件（铰接、固结的定义）（铰接、固结的定义）中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数（3 3）锚碇设计规定）锚碇设计规定锚碇的抗滑移安全系数不小于锚碇的抗滑移安全系数不小于1.31.3，抗倾覆安全系数不，抗倾覆安全系数不小于小于1.51.5。中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数后锚图片1中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数后锚图片2中铁大桥局集

23、团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数（4 4）索鞍：）索鞍：塔顶部设置安放主索的滚动索鞍或滑动索塔顶部设置安放主索的滚动索鞍或滑动索鞍、以及横移索鞍装置鞍、以及横移索鞍装置,滑轮式索鞍所用滑轮直径宜大滑轮式索鞍所用滑轮直径宜大于于1515倍主索直径。倍主索直径。中铁大桥局集团中铁大桥局集团二、缆索吊机设计基本参数二、缆索吊机设计基本参数（5 5）冲击荷载：）冲击荷载：天车沿轨索运行时，承载索将受到动天车沿轨索运行时，承载索将受到动力冲击作用，增大承重索的拉力。在考虑冲击荷载作力冲击作用，增大承重索的拉力。在考虑冲击荷载作用时，常采用类似桥梁设计中所使用的冲击系数法。

24、用时，常采用类似桥梁设计中所使用的冲击系数法。一般冲击系数取一般冲击系数取0.20.20.30.3。中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计 中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.13.1、缆索吊机主索设计、缆索吊机主索设计3.23.2、缆索吊机牵引索设计、缆索吊机牵引索设计3.33.3、缆索吊机起重索设计、缆索吊机起重索设计3.43.4、缆索吊机缆风系统设计、缆索吊机缆风系统设计中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.13.1、缆索吊机主索设计、缆索吊机主索设计中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3

25、.13.1缆索吊机主索设计缆索吊机主索设计3.1.13.1.1、计算理论的选择、计算理论的选择 悬索的计算分析，有悬链线理论和抛物线理论悬索的计算分析，有悬链线理论和抛物线理论两种，抛物线理论是精确悬链线理论的近似。两种，抛物线理论是精确悬链线理论的近似。抛物线理论：抛物线理论：主索的自重荷载主索的自重荷载q q沿跨沿跨度均布分布度均布分布悬链线理论：悬链线理论：主索的自重荷载主索的自重荷载q q沿索沿索长均匀分布长均匀分布中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.1.13.1.1、计算理论的选择、计算理论的选择悬链线理论应用到双曲函数，解题复杂；抛物线理论悬链线理论应用

26、到双曲函数，解题复杂；抛物线理论应用的是普通代数，解题方便。但必须指出的是抛物应用的是普通代数，解题方便。但必须指出的是抛物线理论是相对于悬链线理论的一个近似解，因此悬链线理论是相对于悬链线理论的一个近似解，因此悬链线理论又程精解法，抛物线理论为近似法。线理论又程精解法，抛物线理论为近似法。中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.1.13.1.1、计算理论的选择、计算理论的选择大量的计算表明：当大量的计算表明：当fmax/L1/10fmax/L1/10 fmax/L1/10时，采用悬链线理论。时，采用悬链线理论。一般的缆索吊机主索垂跨比一般的缆索吊机主索垂跨比fmax/

27、Lfmax/L为为1/141/14左右，采左右，采用抛物线理论计算可满足精度要求。用抛物线理论计算可满足精度要求。（采用过大垂度的弊端：塔架加高、牵引力增大、绳（采用过大垂度的弊端：塔架加高、牵引力增大、绳长增加等等）长增加等等）中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.1.23.1.2、单跨主索计算、单跨主索计算中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.1.33.1.3、多跨主索计算、多跨主索计算计算假定：（计算假定：（1 1）索鞍两侧主索的拉力）索鞍两侧主索的拉力T T相等，不计摩阻；相

28、等，不计摩阻；（2 2）承载索是绝对柔性的，只受拉力，不能承受弯矩和）承载索是绝对柔性的，只受拉力，不能承受弯矩和压力；压力；（3 3）各个状态下，多跨主索的无应力总索长与额定吊重）各个状态下，多跨主索的无应力总索长与额定吊重在跨中时的无应力总索长在跨中时的无应力总索长S0S0相等（虎克定律）。相等（虎克定律）。中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.1.43.1.4、主索验算内容、主索验算内容 （1 1）主索破断力）主索破断力（2 2）主索应力）主索应力 A A、弯曲应力、弯曲应力 B B、接触应力、接触应力 中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设

29、计3.1.53.1.5、主索简化计算讨论、主索简化计算讨论缆塔偏位对主索计算的影响（以南广西江桥为例）缆塔偏位对主索计算的影响（以南广西江桥为例）中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.1.53.1.5、主索简化计算讨论、主索简化计算讨论主索两个吊点的影响（以南广西江桥为例）主索两个吊点的影响（以南广西江桥为例）中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.23.2、缆索吊机牵引索设计、缆索吊机牵引索设计中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.2.13.2.1、牵引力的组成、牵引力的组成最大牵引力最大牵引力TmaxTmax包括：

30、牵引索初张力包括：牵引索初张力t0t0、天车沿承重、天车沿承重索运行时的坡度阻力索运行时的坡度阻力W1W1、天车运行时的摩擦阻力、天车运行时的摩擦阻力W2W2、滑轮转动阻力滑轮转动阻力W3W3，即，即 中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计56牵引索初张力牵引索初张力t0t0天车沿承重索运行时的坡度阻力天车沿承重索运行时的坡度阻力W1 W1 中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计爬升角计算爬升角计算中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计天车运行时的摩擦阻力天车运行时的摩擦阻力W2W2滑轮转动阻力滑轮转动阻力W3W3 由公式中的由

31、公式中的b可知，牵引力大小和起重索配置相关。其原因可知，牵引力大小和起重索配置相关。其原因是，天车移动时，起吊滑车组也在运转，但起吊重物的高度是，天车移动时，起吊滑车组也在运转，但起吊重物的高度是不变的。也就是说，起重卷扬机是停止的。（不允许同时是不变的。也就是说，起重卷扬机是停止的。（不允许同时运转）。运转）。中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计天车运行简图天车运行简图中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.2.23.2.2、牵引力的验算、牵引力的验算破断力破断力应力应力中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.2.33.

32、2.3、起重索和牵引索在运行中的配合、起重索和牵引索在运行中的配合天车运行时，牵引卷扬机开动运行，一般情况下（在天车运行时，牵引卷扬机开动运行，一般情况下（在天车运行状态），起重卷扬机处于关闭状态，天车运行状态），起重卷扬机处于关闭状态，但起重但起重滑车组是运行的。滑车组是运行的。起吊重物时，起重卷扬机开动运行，牵引卷扬机关闭。起吊重物时，起重卷扬机开动运行，牵引卷扬机关闭。中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.33.3、缆索吊机起重索设计、缆索吊机起重索设计中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.3.13.3.1、起重索的拉力、起重索的拉力起

33、重索拉力起重索拉力T T是根据起吊重物和滑车组倍率计是根据起吊重物和滑车组倍率计算得出，相对比较简单。算得出，相对比较简单。并以此选择起重卷扬机吨位。并以此选择起重卷扬机吨位。中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.3.23.3.2 起重索的验算起重索的验算破断力破断力应力应力中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.43.4、缆索吊机缆风系统设计、缆索吊机缆风系统设计中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.4.13.4.1、缆塔顶不平衡水平力组成、缆塔顶不平衡水平力组成 （1 1）主索产生的不平衡水平力）主索产生的不平衡水

34、平力H1H1 （2 2）牵引索产生的水平力）牵引索产生的水平力H2H2 （3 3）起重索产生的水平力）起重索产生的水平力H3H3 （4 4）风荷载产生的水平力）风荷载产生的水平力H4H4 H=H1+H2+H3+H4 H=H1+H2+H3+H4中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.4.13.4.1、缆塔顶不平衡水平力组成、缆塔顶不平衡水平力组成主索产生的不平衡水平力主索产生的不平衡水平力H1H1示意图：示意图：中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.4.23.4.2、缆风的等效弹性模量、缆风的等效弹性模量 中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统

35、设计三、缆索系统设计3.4.33.4.3、缆风的刚度、缆风的刚度前缆风或后缆风的水平刚度前缆风或后缆风的水平刚度缆风系统在不平衡水平力缆风系统在不平衡水平力H H时的水平位移时的水平位移 中铁大桥局集团中铁大桥局集团三、缆索系统设计三、缆索系统设计3.3.43.3.4、缆风系统的设置要求、缆风系统的设置要求要求塔顶在最小水平力要求塔顶在最小水平力HminHmin和最大水平力和最大水平力HmaxHmax时的偏时的偏量均满足量均满足xh/(100 xh/(100150)150)缆风破断力缆风破断力 中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例四、缆索吊机工程实例四、缆索吊机工程实例重庆菜园

36、坝长江大桥缆索吊机设计重庆菜园坝长江大桥缆索吊机设计中铁大桥局集团中铁大桥局集团724.1、设计背景设计背景中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例缆索吊机在国内的发展状况缆索吊机在国内的发展状况国内大型缆索吊机额定吊重、工作跨径一缆表国内大型缆索吊机额定吊重、工作跨径一缆表工程地点工程地点额定吊重额定吊重（t t）工作跨径工作跨径（m m）主索钢丝绳组主索钢丝绳组成成最大垂跨最大垂跨比比乌江三桥乌江三桥6262247.2247.2吉安白鹭大桥吉安白鹭大桥6666464.8464.82-4602-4601/14.51/14.5宁波铜瓦门大桥宁波铜瓦门大桥55553203206526

37、521/14.01/14.0长沙黑石铺大桥长沙黑石铺大桥70702x6532x6532-4602-4601/15.01/15.0株洲石峰大桥株洲石峰大桥6767619+436619+4362-4602-4601/16,1/181/16,1/18重庆鹅公岩长江大桥重庆鹅公岩长江大桥1701706006002-8562-856宣杭线东苕溪大桥宣杭线东苕溪大桥2x402x40239.1239.12-4522-4521/13.01/13.0巫山长江大桥巫山长江大桥1181186006008568561/12.51/12.5重庆菜园坝长江大桥重庆菜园坝长江大桥2872874204202-12602-12

38、601/13.01/13.0中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例4.1.1 4.1.1 设计背景设计背景近年来，随着各方面对桥梁建设质量、工期等要求不近年来，随着各方面对桥梁建设质量、工期等要求不断提高，我国大跨度钢桁梁桥施工呈现大节段整体工厂制断提高，我国大跨度钢桁梁桥施工呈现大节段整体工厂制造，现场整节段安装的趋势。造，现场整节段安装的趋势。这种施工方法将现场的很多工作量转移到工厂制造，这种施工方法将现场的很多工作量转移到工厂制造，加工质量容易保证；桥上高空作业工作量减少，便于合理加工质量容易保证；桥上高空作业工作量减少，便于合理安排工期，使现场施工工期缩短，安装精度提高。

39、安排工期，使现场施工工期缩短，安装精度提高。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例钢梁现场整体节段安装，由于单元重量增加，单元钢梁现场整体节段安装，由于单元重量增加，单元尺寸巨大，因此，要求有大型吊装设备。尺寸巨大，因此，要求有大型吊装设备。根据桥式的不同，多采用大吨位架梁吊机或大型根据桥式的不同，多采用大吨位架梁吊机或大型缆缆索吊机索吊机。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例为解决大节段钢桁梁和钢箱拱的现场整体安装，我局为解决大节段钢桁梁和钢箱拱的现场整体安装，我局研制了吊重吨位超大的研制了吊重吨位超大的大型缆索吊机系统大型缆索吊机系统。中铁大桥局集团中铁大桥局

40、集团四、工程实例四、工程实例大吨位、大跨度缆索吊机面临的主要设计难题：大吨位、大跨度缆索吊机面临的主要设计难题：如何解决缆索吊机的重载问题如何解决缆索吊机的重载问题?在塔架、主索、跑车、在塔架、主索、跑车、缆风、起重和牵引的设计中怎样考虑？缆风、起重和牵引的设计中怎样考虑？怎样设计塔架怎样设计塔架?让其适应吊机移动中不产生较大的塔底让其适应吊机移动中不产生较大的塔底弯矩，同时又能控制塔顶位移，以满足吊装对位精度弯矩，同时又能控制塔顶位移，以满足吊装对位精度问题？问题？锚碇设置？如何解决或避免缆索的随机振动和疲劳损锚碇设置？如何解决或避免缆索的随机振动和疲劳损伤问题？伤问题？中铁大桥局集团中铁大

41、桥局集团四、工程实例四、工程实例4.1.2 4.1.2 主要设计内容主要设计内容双塔架缆风串联平衡稳定技术双塔架缆风串联平衡稳定技术 缆塔铰接于扣塔的综合控制技术缆塔铰接于扣塔的综合控制技术 锚碇及锚碇与主索连接形式技术锚碇及锚碇与主索连接形式技术 起重索和牵引索设计技术起重索和牵引索设计技术中铁大桥局集团中铁大桥局集团794.2 缆索吊机总体技术缆索吊机总体技术中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例4.2.1 4.2.1 工程背景工程背景重庆菜园坝长江大桥位于重庆主城区，全长重庆菜园坝长江大桥位于重庆主城区，全长3.8km3.8km，其，其中正桥长中正桥长1.179km1.17

42、9km，引道，引道2.621km2.621km，工程总投资约，工程总投资约1515亿亿人民币。人民币。重庆菜园坝长江大桥主桥为特大公轨两用无推力钢箱重庆菜园坝长江大桥主桥为特大公轨两用无推力钢箱系杆拱桥，采用刚构与提篮式钢箱系杆拱、钢桁梁的系杆拱桥，采用刚构与提篮式钢箱系杆拱、钢桁梁的组合结构。组合结构。桥跨布置为桥跨布置为88m+102m+420m+102m+88m88m+102m+420m+102m+88m，主桥全长，主桥全长800m800m。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例重庆菜园坝长江大桥重庆菜园坝长江大桥中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例中铁大桥

43、局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例重庆菜园坝长江大桥在国内首先采用了整体节段拼装重庆菜园坝长江大桥在国内首先采用了整体节段拼装的设计理念，即把一个标准节段长为的设计理念，即把一个标准节段长为16m16m的钢桁梁整体的钢桁梁整体节段作为工地拼装的基本单元。要求把标准节段内杆节段作为工地拼装的基本单元。要求把标准节段内杆件、节点、正交异性桥面板在工厂内拼装成整节段段，件、节点、正交异性桥面板在工厂内拼装成整节段段，然后运至工地吊装拼接。然后运至工地吊装拼接。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例钢桁梁整体节段钢桁梁整体节段中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例

44、整体节段设计理念，使得许多工地的杆件拼装能在整体节段设计理念，使得许多工地的杆件拼装能在工厂内实现，进而保证结构的质量、减少大量杆件拼接的工厂内实现，进而保证结构的质量、减少大量杆件拼接的施工工序，加快工地架梁的速度，增强在施工现场抵抗不施工工序，加快工地架梁的速度，增强在施工现场抵抗不利气候的能力。利气候的能力。全桥总长全桥总长800m800m的主桁梁共分为的主桁梁共分为5151个节段单元。标准个节段单元。标准节段重量节段重量254t254t，最大重量最大重量280t280t(拆分后拆分后)。钢桁拱分。钢桁拱分2121个节个节段单元，最大节段重量段单元，最大节段重量91.6t91.6t。中铁

45、大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例主桥上部主要安装步骤主桥上部主要安装步骤 主墩主墩Y Y构施工完毕后构施工完毕后:在在“Y Y”形刚构形刚构0#0#块和中横梁根部顶面安装缆索吊机立块和中横梁根部顶面安装缆索吊机立柱。柱。安装缆索吊机塔架、横梁、牵引绳、承载绳、起重设备安装缆索吊机塔架、横梁、牵引绳、承载绳、起重设备等。等。工厂加工边侧跨钢桁梁节段，缆吊将其整体节段吊装至工厂加工边侧跨钢桁梁节段，缆吊将其整体节段吊装至边侧跨纵移滑道。边侧跨纵移滑道。工厂加工预制钢箱拱，单榀运输

46、。分节段用船舶运至缆工厂加工预制钢箱拱，单榀运输。分节段用船舶运至缆索吊机吊点下方。索吊机吊点下方。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例 缆索吊机吊装主拱肋，分节段吊装连接施加临时扣索，缆索吊机吊装主拱肋，分节段吊装连接施加临时扣索，调整扣索索力，控制主拱内力及线型。调整扣索索力，控制主拱内力及线型。吊装主拱合拢段（单榀吊装合拢），调整边跨系杆及吊装主拱合拢段（单榀吊装合拢），调整边跨系杆及扣索索力，完成主拱肋合拢施工。扣索索力，完成主拱肋合拢施工。主拱合拢后，用缆索吊机吊装中跨钢桁梁节段。主拱合拢后，用缆索吊机吊装中跨钢桁梁节段。调整线形，合拢钢桁梁。调整线形，合拢钢桁梁。中

47、铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例4.2.2 4.2.2 缆索吊机总体布置缆索吊机总体布置中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例缆索吊机主要参数缆索吊机主要参数缆索吊机缆索吊机最大载重能力最大载重能力420t420t，最大额定起重量，最大额定起重量287287吨，吨，盲区盲区3030米，吊机最大吊重时垂跨比米，吊机最大吊重时垂跨比1/131/13。缆索吊机跨度组成缆索吊机跨度组成:310m(310m(北北)+)+420m420m(中中)+238m()+238m(南南)塔架总高塔架总高152m152m，其中扣塔高，

48、其中扣塔高124m124m，缆塔高，缆塔高28m28m，缆塔铰缆塔铰接在扣塔顶，扣塔塔底固结在主桥接在扣塔顶，扣塔塔底固结在主桥Y Y构根部。构根部。扣塔宽扣塔宽53m53m，净宽，净宽41m41m，两主索间距，两主索间距34m34m。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例缆索吊机参数研究缆索吊机参数研究缆索吊机的额定吊重缆索吊机的额定吊重+天车吊具等重量后，天车吊具等重量后，最大载重能最大载重能力力420t420t。根据桥址处地形地势条件、桥梁结构形式，确定缆索根据桥址处地形地势条件、桥梁结构形式，确定缆索吊机塔架支撑于吊机塔架支撑于Y Y构根部，因此吊机吊重构根部，因此吊机吊

49、重跨度设计为跨度设计为420m420m。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例缆索吊机参数研究缆索吊机参数研究 为减少塔底弯矩，确定缆塔与扣塔合建，缆塔铰接于扣为减少塔底弯矩，确定缆塔与扣塔合建，缆塔铰接于扣塔顶。塔顶。根据拱肋顶标高，确定塔架总高根据拱肋顶标高，确定塔架总高152m152m，其中扣塔高，其中扣塔高124m124m，缆塔高，缆塔高28m28m。(为起吊合龙段拱肋节段留足净空为起吊合龙段拱肋节段留足净空)为使缆吊能够将大部分钢桁拱和钢箱拱直接运输吊装到为使缆吊能够将大部分钢桁拱和钢箱拱直接运输吊装到位，根据提篮拱肋平面位置进行扣索的空间布置，确定两位，根据提篮拱肋平

50、面位置进行扣索的空间布置，确定两组组主缆间距为主缆间距为34m34m，即桥中线两侧各，即桥中线两侧各17m17m。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例缆索吊机系统组成缆索吊机系统组成扣索塔架、缆索塔架系统扣索塔架、缆索塔架系统主索、起重牵引和机电系统主索、起重牵引和机电系统锚固系统锚固系统缆风系统缆风系统中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例扣塔、缆塔扣塔、缆塔缆索吊机塔架均采用常缆索吊机塔架均采用常备式万能杆件设计。备式万能杆件设计。中铁大桥局集团中铁大桥局集团四、工程实例四、工程实例主索分主索分2 2组，每组由组，每组由1260mm1260mm钢芯钢丝绳组成，