某大跨度懸索橋索股牽引系統(tǒng)線型復(fù)核及設(shè)備簡介
2018-03-12
1 概述
目前，對于大跨度懸索橋索股的牽引均采用門架式雙線往復(fù)牽引系統(tǒng)，本文以國內(nèi)一懸索橋?yàn)槔瑢υ摌蛩鞴蔂恳到y(tǒng)的線型、牽引設(shè)備及施工中的問題作簡要介紹。
該橋主橋?yàn)槌准壙鐝降娜鐟宜鳂?，設(shè)有兩根主纜，單根長約2643米，每根主纜含有通長索股135根，從牽引第一根主纜起，工期定為兩個月。
在上下游各布置一套相同牽引系統(tǒng)，分別牽引兩根主纜上的索股，下面介紹的是一側(cè)的牽引系統(tǒng)。
2 牽引系統(tǒng)牽引能力校核
索股牽引力的計算主要用于確定整個牽引系統(tǒng)的卷揚(yáng)機(jī)設(shè)備能力，以及研究索股牽引過程中設(shè)備的動力變化。索股與滾輪（滾輪為尼龍材料制成）間的摩擦系數(shù)為0.035，本次計算中從安全考慮取0.05。
可以求出每處卷揚(yáng)機(jī)拉力隨拽拉器運(yùn)行變化的曲線圖。
圖2.1 卷揚(yáng)機(jī)拉力變化曲線圖
經(jīng)過以上計算，牽引索股時卷揚(yáng)機(jī)所需提供的最大拉力為220.25 kN，考慮0.1倍的富余，，所以250 kN的卷揚(yáng)機(jī)滿足要求。
3、牽引索線型復(fù)核及托輪布置間距設(shè)計
考慮到牽引索在自重和集中荷載下有一定的垂度，其凈高按以下兩個原則控制：
a、拽拉器在正常行進(jìn)過程中，應(yīng)保證索頭架不與下面其它結(jié)構(gòu)發(fā)生摩擦，并留有一定富余（0.6m），與所以高度不能過低；
為方便索頭與拽拉器安裝、拆卸的方便，南北錨處高度不能過高，其它處高度不限制，計算如下：
計算公式：
f：主索某處垂度； ： 主索弦傾角；
g：主索單位長度重量）；Q：集中荷載；
HF：主索水平拉力； H：主索拉力；
l：主索跨度；x： 主索某處離端點(diǎn)的距離；
下面以北錨碇處的計算為例說明，計算示意圖及計算結(jié)果如下：
圖3.1北錨碇牽引索凈高校核示意圖
表3.1北錨處牽引索凈高計算結(jié)果
3.1貓道上托輪布置間距
托輪高度確定原則：托輪是用來支撐索股的，在索股牽引過程中，每隔一定間距應(yīng)配有施工人員，其配有仿魚雷夾具夾著索股和索股一起行進(jìn)，這就需要托輪有一定的高度方便施工人員操作，所以托輪高度定位1.0m。對于塔頂處應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)托輪的高度以保證索股能平緩順利通過。
托輪間距布置原則：1、索股在被牽引過程中，索股會下垂，應(yīng)保證下垂后的索股與貓道面層不發(fā)生干涉，并留有0.5m的余量。
2、在塔頂處由于索股弧度較大，托輪的布置原則主要是匹配索股的線型，并保證索股不與其它構(gòu)件發(fā)生干涉。
4、牽引設(shè)備及機(jī)構(gòu)的設(shè)計
4.1250kN雙摩擦式卷揚(yáng)機(jī)
牽引系統(tǒng)選用250kN雙摩擦式卷揚(yáng)機(jī)（容繩量3000m）。
此類卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩纏繞在雙摩擦卷筒的環(huán)形槽上，利用鋼絲繩與環(huán)形槽之間的摩擦力把卷筒的驅(qū)動力傳給鋼絲繩。其優(yōu)點(diǎn)是：摩擦卷筒的寬度和高度與起升高度和牽引距離無關(guān)；只需增減摩擦卷筒的環(huán)形槽數(shù)，就可以滿足牽引噸位的要求，鋼絲繩和環(huán)形槽之間的相對滑動還可以起過載保護(hù)作用。
該機(jī)應(yīng)具有無級變頻調(diào)速、智能化測速、測長、張力顯示等功能，可對牽引系統(tǒng)的速度、位置和張力進(jìn)行全程跟蹤顯示和自動控制。
牽引系統(tǒng)選用250kN雙摩擦式卷揚(yáng)機(jī)，配用鋼絲繩直徑36mm，選型如下。
鋼絲繩型號：
最小破斷拉力：817kN；
安全系數(shù)：>3.0。
說明：在拽拉器經(jīng)過南塔塔頂?shù)臅r候，牽引索拉力最大，其它大部分時間牽引索拉力小于200 kN。
根據(jù)以往懸索橋架設(shè)經(jīng)驗(yàn)，主纜索股架設(shè)以每工作日架設(shè)3~4根為宜，每根索股平均架設(shè)時間在3~6小時，牽引速度定為8m~25m/min，現(xiàn)場指揮人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況隨時作出調(diào)整。
4.2 拽拉器的設(shè)計
拽拉器是牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它是連接牽引索并與索股錨頭連接，用以在貓道架設(shè)階段牽引貓道承重索和在主纜架設(shè)階段牽引主纜索股的構(gòu)件。施工中將拽拉器與貓道索錨頭或索股錨頭相連，牽引索的拉力轉(zhuǎn)移至索股的錨頭，連續(xù)順暢的牽拉貓道索或主纜索股前行。在牽引系統(tǒng)形成、貓道架設(shè)和主纜牽引過程中，要求其重量輕、強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)合理。
拽拉器結(jié)構(gòu)：拽拉器是采用楔形連接板固定鋼絲繩構(gòu)造形式，主要部分由大楔形接頭、小楔形接頭、三角架等組成。Φ36mm的牽引索經(jīng)半圓楔型接頭和半圓座直接在大楔型接頭上固定，為了使拽拉器保持正確的位置，減少索股在牽引過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)和牽引索掉索現(xiàn)象，在拽拉器一側(cè)設(shè)有平衡重。
另外，還設(shè)計了一種背索索股拽拉器。根據(jù)布置位置的不同，懸索橋的索股分為兩種類型：通長索股和背索索股，通長索股只需在索頭有拽拉器牽引即可（如前文所述），而在牽引背索索股時，索股尾部還需安裝有一背索尾端拽拉器。兩拽拉器安裝時的區(qū)別在于，前者是連接兩根牽引索，而后者是安裝在一根連續(xù)的牽引索上。背索索尾拽拉器作為懸索橋背索尾端索股索頭牽引的使用，其主要由三角型桿件組、梭筒、平衡結(jié)構(gòu)、索頭架四部分組成，其結(jié)構(gòu)與通長索股拽拉器類似，此處不再贅述。
4.3 導(dǎo)輪組的設(shè)計
導(dǎo)輪組包括塔頂門架導(dǎo)輪組、貓道門架導(dǎo)輪組、錨碇支墩門架導(dǎo)輪組及錨碇后錨塊導(dǎo)輪組等，其作用一是支撐牽引繩，二是改構(gòu)類似，本文以南北塔塔頂導(dǎo)輪組設(shè)計為例進(jìn)行說明和計算。
借鑒架空索道的托壓輪組，南北塔主索鞍門架處導(dǎo)輪組設(shè)計成能自動適應(yīng)牽引繩折射角不斷變化的導(dǎo)輪組。導(dǎo)輪組由以下幾個主要部分組成：導(dǎo)輪架、吊板、導(dǎo)輪、壓繩緩沖裝置。
在牽索過程中，由于牽引繩張力變化較大，導(dǎo)輪組采用較大的曲率半徑，這樣當(dāng)拽拉器通過時沖擊小，并且輪壓均勻，同時配備有壓繩緩沖裝置可以起到夾持拽拉器并且減少拽拉器和導(dǎo)輪組的沖擊，同時也防止繩索脫槽。
5、施工中出現(xiàn)的問題
由于索股牽引從北至南，運(yùn)行距離長，牽涉機(jī)構(gòu)較多，與貓道、門架結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)， 施工中難免出現(xiàn)一些問題，以下是該橋索股牽引出現(xiàn)的一些問題和解決方法，供以后類似情況的參考。
5.1拽拉器的改進(jìn)
如圖，由于實(shí)際線型與理論線型的差異，拽拉器平衡軸與導(dǎo)輪組的凈空富余也不多，所以兩者之間發(fā)生了干涉，為了一勞永逸的解決該問題，臨時對拽拉器進(jìn)行了改進(jìn)，增加了三腳架的外形尺寸，留足了富余（加長約20cm），保證了拽拉器的順暢穿行。
5.2索頭架的改進(jìn)
原設(shè)計是參考傳統(tǒng)索股頭的箱型結(jié)構(gòu)，索頭固定在一箱體內(nèi)，由于箱型結(jié)構(gòu)太重，索頭行進(jìn)時始終保持“低頭走”，這樣頭部索股會發(fā)生彎折，對索股不利。為了避免該現(xiàn)象，施工方對索頭架進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)構(gòu)更簡化，并且保持了索頭朝上。
5.3塔頂托輪布置的改進(jìn)
原設(shè)計是利用主索鞍，在主索鞍上布置了一些托輪，這雖然省去了托輪支架，但對索股過導(dǎo)輪組的線型不利，開始牽引時出現(xiàn)了索股捆扎帶斷絲現(xiàn)象，后來在主索鞍旁邊做了一些托輪支架，并抬高了塔頂附近貓道托輪的高度，這樣增大了塔頂索股托輪組的弧度，這樣保證了索股安全的穿過塔頂。
