隨著現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)越來越注重功能和藝術(shù)的趨勢,世界范圍內(nèi)懸索橋的形式也在隨之不斷的迭代,細(xì)節(jié)工藝的改進(jìn)層出不窮,工程成本趨向更加經(jīng)濟(jì)。韓國在過去十年建造了幾乎所有形式的懸索橋,在理論、材料和裝備方面也相應(yīng)地取得了長足發(fā)展。每座橋都有其自身特點(diǎn),相應(yīng)地采用了合適的架設(shè)方法,比如as法的大跨度懸索橋、as法的單跨懸索橋、as法的獨(dú)塔空間索面懸索橋、ppws的三塔多跨懸索橋等。其纜索和主梁架設(shè)的方案形成優(yōu)化的施工方法,有效地縮減了成本,對更多跨海工程的建設(shè)有一定可借鑒性。
“小”而優(yōu)的無牽引ppws
小鹿島橋
小鹿島橋于2008年完成,為一座自錨式單主纜懸索橋,主跨250m,邊跨100m。大橋的加勁梁被分成五個大節(jié)段,節(jié)段最大重量為800t。除了合龍段之外的四個節(jié)段采用兩臺起重能力600t的浮吊抬吊至臨時墩,如圖2所示。合龍段重420t,采用一臺浮吊吊裝。
主纜包括14根索股,采用無牽引系統(tǒng)的ppws法架設(shè)。常規(guī)的ppws法,牽引繩上的拽拉器在兩岸錨碇之間運(yùn)送索股。因主纜數(shù)量較小,且索股張力也不大,新設(shè)計的小型拽拉器(運(yùn)行在兩條索道上)替代了較重的牽引系統(tǒng),如圖3所示。
吊桿的安裝采用了帶液壓千斤頂?shù)男⌒脱b置,而沒有將加勁梁整體頂起,如圖4所示。為使設(shè)備最小化,提前對安裝順序進(jìn)行了全面的研究。
新千年大橋
新千年大橋是一座多跨懸索橋,2010年開工,計劃2018年完工。該橋的主纜預(yù)計2016年6月開始架設(shè)。
大橋設(shè)計的兩個主跨和中間索塔會使得工期和成本成倍增加。為此,先導(dǎo)索采用如下方式架設(shè)就能充分利用中間索塔,最大程度減少額外工作。首先將先導(dǎo)索從各跨的邊塔位置往中塔牽引,然后在中塔處由塔吊或卷揚(yáng)機(jī)提升至塔頂。
另外一個特點(diǎn)就是輔助墩,它將主纜在該處“分割”為兩部分。輔助墩和錨碇之間的主纜線形不能按照類似直線進(jìn)行放樣,因此需考慮采用測量線的方法進(jìn)行控制。首先在工廠對測量線進(jìn)行精確測量,其安裝線形便可與主纜設(shè)計線形一致。之后在現(xiàn)場單獨(dú)架設(shè)測量線,實際架設(shè)索股的線形保持與測量線同步。
as 架設(shè):“收”“放”同步 便于操控
李舜臣大橋
李舜臣大橋于2013年完工,主跨1545m,為世界排名第四的懸索橋。主纜架設(shè)采用張力控制的as法,所有裝備在韓國實現(xiàn)了國產(chǎn)化,如圖5所示。
該橋跨越通往gwangyang港的通道,其500m的主航道一般要保持開放。為了船舶的通航凈空,要通過貓道繩索的監(jiān)控數(shù)據(jù),對貓道的線形進(jìn)行全過程控制,牽引繩需采用收繩和放繩同步的方法。在收繩端設(shè)定張力的上限,當(dāng)實測牽引繩的張力超過張力上限時,卷揚(yáng)機(jī)即停止工作。在放繩端,設(shè)定張力的下限,當(dāng)牽引繩的張力低于張力下限時,卷揚(yáng)機(jī)即停止工作,可以防止?jié)L筒的空轉(zhuǎn)和索股進(jìn)入通航凈空。
在as法中,死絲和活絲要落在索股成型器和索鞍中指定的位置。但是,即使調(diào)整紡絲輪的傾斜角度,也難免出現(xiàn)鋼絲跑出槽道的情況,出軌的一個原因是較大的紡絲張力,錨碇處張力為283kgf,索塔處為324kgf。為此,我們采取的解決辦法是將紡絲輪的主體部分(包括傾斜軸和輪子)與其兩個支腿部分開,并增加鉸接連接。由此,傾斜軸與鋼絲就能完全平行,如圖6所示。
在多數(shù)懸索橋,索夾和吊桿是由運(yùn)行軌索上的天車分開運(yùn)輸和安裝。因為最耗時的工序是將構(gòu)件運(yùn)輸至安裝位置,為了縮短施工時間,研發(fā)了一種在主纜上運(yùn)行的裝置能同時安裝索夾和吊桿,如圖7所示。貓道下邊的門架可進(jìn)行角度調(diào)整,由此保持與主纜平行。因為掛在索道上的索夾位于貓道上方,采用該裝置可以避免貓道面層的大開口。索夾與吊桿相比較輕,索道的工作也可較為順暢。
積金大橋
積金大橋為單跨懸索橋,主跨850m。主纜架設(shè)的大部分程序與常規(guī)懸索橋相同,主要有以下兩處不同:采用簡化的懸掛體系進(jìn)行貓道繩索的架設(shè);鋼絲張力的分布式調(diào)整。
貓道繩索的架設(shè)方法可以分為兩種:自由懸掛架設(shè)和多點(diǎn)懸掛架設(shè)。為了減少多點(diǎn)懸掛架設(shè)方法的缺點(diǎn),采用了簡化方法。其優(yōu)點(diǎn)主要是:與自由懸掛相比,貓道繩索的張力減小了30%;索股與海平面之間的空間得到保證;索股線形與最終線形相似。
懸掛索上布置了五個支索器,貓道索股采用臨時牽引系統(tǒng)進(jìn)行牽引。在支索器安裝完成之后,貓道索股由臨時牽引系統(tǒng)從卷揚(yáng)機(jī)中牽出。在各支索器之間,索股呈自由懸掛狀態(tài)。
索股松散的主要原因是貓道的變形,因此,減小貓道變形所致的松散是減小索股松散的主要手段。在本工程,采用了調(diào)整鋼絲張力的方法,以最小的代價減小貓道變形所致的松散。該方法的關(guān)鍵因素是變形貓道上已紡鋼絲的張力會顯著增加,從而后紡鋼絲與第一批鋼絲具有相同的長度。
當(dāng)所有鋼絲張力保持恒定時,第一根索股中第n根鋼絲與第一根鋼絲在中跨的垂度差。另一方面,如果當(dāng)紡制128根鋼絲后,垂度差就降到紅色的點(diǎn)線以下,即圖中的實線。其結(jié)果為實際的松散要低于理論計算值。
dandeung大橋
dandeung大橋計劃于2015年底完工,為一座獨(dú)塔懸索橋,主跨400m。該橋主纜直徑為0.38m,采用as法施工,如圖8所示。
架設(shè)期間鋼絲張力為192kgf,為自由懸掛張力的80%。每個主纜各自獨(dú)立布置兩條牽引系統(tǒng),每條牽引系統(tǒng)布置兩個鋼絲輪,鋼絲直徑為5.35mm,極限強(qiáng)度為1960mpa。每個紡絲輪可紡4根鋼絲,每個輪回可紡制8根鋼絲。因主纜一端錨固于塔頂,故呈空間外形。主纜架設(shè)開始于2013年12月,于2014年2月結(jié)束。
由于主纜呈空間形態(tài),常規(guī)的浮吊或跨纜吊機(jī)不能用于加勁梁的吊裝。為此研制了新型跨纜吊機(jī),如圖9所示。與常規(guī)跨纜吊機(jī)不同,該裝備不包括橫梁,各吊裝單元都能獨(dú)立運(yùn)行,因為其重心位于主纜中心。由于沒有橫梁,跨纜吊機(jī)行走時可不考慮主纜線形的影響。
加勁梁分為26塊,最大節(jié)段重140t。第6號-22號節(jié)段采用跨纜吊機(jī)直接吊裝??拷魉湾^碇的節(jié)段,需結(jié)合跨纜吊機(jī)、支架和軌道進(jìn)行安裝。
索塔附近的淺水區(qū)水深較小,駁船不能靠近,因此采用在22號節(jié)段位置垂直起吊,然后蕩移至支架。
在錨碇附近采用了另外一種架設(shè)方法。因為與索塔附近梁段同樣的原因,節(jié)段需在4號節(jié)段位置起吊,然后放置于軌道,運(yùn)輸至其安裝位置。此外,由于主纜和節(jié)段之間的空間較小,不能容納跨纜吊機(jī)的滑輪組,因此還采用了液壓千斤頂系統(tǒng)進(jìn)行縱向滑移。
在這些工程中,可以看出懸索橋架設(shè)所遇問題不僅通過對方法、材料等的針對性選擇來解決,且在施工過程中達(dá)到了節(jié)省成本的效果,帶來了懸索橋施工技術(shù)的顯著進(jìn)步。
雖然可施工性差的橋梁設(shè)計會受到工程人員的詬病,但僅僅追求可施工性又會阻礙技術(shù)的進(jìn)步。韓國在一個較短的時期建造了各種形式的懸索橋,其中包括傳統(tǒng)橋型、空間索面和多跨懸索橋。不僅拓展了懸索橋方面的工程經(jīng)驗,還提高了工程的經(jīng)濟(jì)性。這些經(jīng)驗不僅有益于今后橋梁工程的發(fā)展,更對各種大型跨海懸索橋的建設(shè)具有借鑒作用。