全套人行悬索桥设计.
高卓辉++唐铭鸿
[摘 要]加查水电站2015年12月底导流明渠将拆除进出口围堰具备过流条件。因通行需要根据现场实际情况，拟在导流明渠下游段左导墙11#块与右侧护坡52#块中部（桩号：渠0+209.00～渠0+223.00）之间布置一座人行悬索桥。为保证通行安全，特对悬索桥进行了设计、验算;通过设计验算，在施工现场进行了应用。
[关键词]导流明渠;悬索桥;设计;验算
中图分类号：U448.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0213-02
1 工程概况及设计原始条件
加查水电站是雅鲁藏布江干流中游桑日至加查峡谷段规划5级电站的第5级，位于西藏自治区山南地区加查县境内，该电站采用混凝土重力坝结构，拦河坝主要由挡水坝段、溢流坝段、安装间坝段、厂房坝段、冲沙底孔坝段组成。施工导流共分三期：一期在纵向围堰保护下，由扩挖后的原河床过流，施工右岸导流明渠，同时施工右岸挡水坝段;二期由导流明渠过流，修建左岸挡水坝段、冲砂底孔坝段、左岸厂房坝段及河床溢流坝段;三期由2孔冲砂底孔过流，进行导流明渠坝段改建。
2015年12月底导流明渠将拆除进出口围堰具备过流条件。因现场施工人员集中在右岸施工营地内，为方便导流明渠过流后后续工程施工人员上下班通行需要，根据现场实际情况，在导流明渠下游段左导墙11#块与右侧护坡52#块中部（桩号：渠0+209.00～渠0+223.00）之间布置一座人行悬索桥。
2 悬索桥设计
（1）基本结构：人行悬索桥设计跨度70.0m，桥宽B=2m;悬索桥采用钢丝绳主缆+型钢梁+木板桥面板结构，受力主缆通过在两端预埋埋件固定，其结构示意图见图2-1。
（2）主缆：主缆由8根Φ28mm钢丝绳（6×37）组成，横梁直接支承在下部8根主缆上形成受力结构体系。主缆空（裸）索安装挠度为1.0m，即挠跨比S=0.0143，当纵横梁桥面（荷载）安装后，成桥挠度为1.5m，故桥面平均纵坡i=4.29%。
（3）横梁：横梁由2根∠70×5角钢拼焊而成，系传给桥面系及外荷载给主缆的重要结构，横梁水平间距为2.0m，全桥35根;端头通过“帮条”布置桥梁栏杆立柱。
（4）纵梁：纵梁由4根∠50×5角钢组成，两端与横梁肢顶紧焊接，是承受桥面荷载并传递给横梁的重要结构，由于需随主缆线形而设，故每节段长度均有变化，现场根据实际长度下料编号安装。
（5）横向风缆：由于人行桥梁宽度小，跨度大，桥梁横向摆动严重，故本设计设备如下横向风缆，以增加桥梁横向及总体稳定。横向风缆由Φ11mm钢丝绳组成：在桥轴上下游4.5m处各拉1根过河风缆，自由下垂度1.5m，然后在过河风缆与桥梁间设斜向风缆拉紧固定（每侧4个点），以克服主桥三个方向的摆动。
由于斜向风缆收紧度是防止桥梁摆动和确保稳定的关键，故必须全桥对称进行，反复调整，以桥梁轴线允许偏差作控制标准。
（6）桥头构造：桥头构造主要为锚碇及混凝土锚碇组成。在进行左侧11块导墙顶层浇筑时，预埋钢丝绳锚碇钢结构及均匀布置插筋，并整体浇筑混凝土锚碇混凝土，插筋Φ28、L=4.5m，间排距均为1m;锚碇钢结构为Φ150×5mm钢管，入下部结构混凝土1.0m、外露20cm，端部焊接法兰盘限制受力钢丝绳脱落，各主缆钢丝绳分别缠绕于相应的锚碇钢管上;为提高钢管受力，将钢管灌注C25混凝土填充。其中，用于锚碇的混凝土结构尺寸为长×宽×高=6.0m×3.5m×0.8m;同时，为避免主缆钢丝绳磨损，在钢丝绳底部布置一块10cm×5cm的木板作为垫块。其布置图如下（具体详见附图）：
由于右侧52#块护坡已浇筑完成，为确保悬索桥受力钢丝绳安全，需在原混凝土均匀布置Φ28、L=4.5m插筋，插筋相关参数与左导墙一致;同时，为确保左右侧锚碇高程一致，在主缆锚碇钢结构布置完成后，浇筑80cm厚C25混凝土将锚碇钢管固定，锚碇钢管布置与左导墙一致，且必须与左导墙一一对应，之间连线垂直于左右混凝土墙体。右侧护坡锚碇结构其他形式与左导墙一致。
（7）桥面：桥面采用2cm厚木质面板，固定于纵梁上，为提高耐久性，桥面铺装前，面板上加设横向5mm厚木条防滑，定期进行维护。
3 悬索桥结构验算
3.1 索桥钢丝绳验算
悬索桥使用8根6*37、Φ28mm、1870级钢芯钢丝绳，由《一般用途钢丝绳》（GB/T20118-2006）表20可知，单根钢丝绳破断拉力为468kN，重量为314kg/100m，为满足上下班高峰通行需要，主缆按200kg/m受力（即悬索桥每延米有4人同时通行）进行计算，相应计算简图如下：
根据《施工组织设计手册》中相应计算公式经计算软件验算可知，悬索桥安全系数为K=4.66，大于满足规范要求的k=2.8～3.5要求。验算公式、过程及结果见图3-2所示。
3.2 横梁受力验算
横梁采用2根∠70×5拼焊而成，榀间间距为2.0m，横梁及桥面系铺装完成后，受均布荷载作用，根据主缆受力情况，均布静荷载取2.0kN/m，动荷载2.0kN/m;动、静荷载分项系数分别为1.2、1.4。
查计算手册可知∠70×5mm等边角钢截面面积 A=6.87cm2;惯性距Ix=32.2cm4，惯性模量Wx=16.8cm3，G=5.4kg/m， tw=5mm;截面面积距Sx= 6.5cm3;材料材质为Q235，x轴塑性发展系数γx=1.05，梁的挠度控制[v]：2L/500。计算简图见图3-3。
（1）设计值计算
标准值qk=qg+qq =2+2=4.0kN;
设计值qd=2*1.2+2*1.4=5.2kN;
（2）内力计算
①支座反力 RA=qd*L/2=5.2kN;
②支座反力 RB= RA =5.2kN;
③最大弯矩Mmax=qd*L2/8=2.6kN·m。
（3）强度及刚度验算
①弯曲正应力σmax=Mmax/（γx*Wx）=147.4N/mm2;
②A处剪应力τA= RA*Sx/（Ix*tw）=21.0N/mm2;
③B处剪应力τB= RB*Sx/（Ix*tw）=21.0N/mm2;
④最大挠度 fmax= 5Pk*L4/（384EI）=4.38mm;
⑤相对挠度 v=fmax/L =1/456.6。
弯曲正应力σmax=147.4N/mm2 <抗弯设计值[f]=215N/mm2;
支座最大剪应力τmax=21.0N/mm2 <抗剪设计值[fv]=125N/mm2;
跨中挠度相对值 v=2L/913.2 <挠度控制值[v]=2L/500;
因此，悬索桥纵梁经计算满足要求。
4 施工方法
4.1 总体顺序
桥头锚碇结构预埋放样→设置锚杆→桥头构造→架设主缆→调索→锚碇→由两端向跨中3段一节吊装布置纵横梁→由两端向跨中现场焊接合拢→对纵横梁进行防滑处理→铺设桥面板→安装过河缆及斜风缆→安装栏杆框架→安装栏杆钢丝网→栏杆防腐→试验及验收。
4.2 埋件埋设
11#左导墙顶部预埋的插筋和钢管在混凝土浇筑时进行预埋，钢管内部充填满混凝土，插筋和钢管预埋好后注意保护，严禁扰动。
52#右贴坡因已完成混凝土浇筑，需先进行钻孔，再进行插筋和钢管预埋，采用YT28钻孔，先注浆后插筋，注浆采用M30水泥浆，钢管内部充填满混凝土，插筋和钢管预埋好后注意保护，严禁扰动，同时，为确保钢管受力牢靠，利用插筋将预埋钢管焊接固定。
4.3 桥头混凝土浇筑
当插筋强度达到要求后，桥头先进行施工缝凿毛，再安装组合模板，组合模板安装牢固后再浇筑C25混凝土。
4.3 主缆架设
桥头混凝土浇筑完成7天后开始主缆安装，主缆由8根Φ28mm钢丝绳（6×37，1870级）组成，主缆空（裸）索安装挠度为1.0m，即挠跨比S=0.0143，当纵横梁桥面（荷载）安装后，成桥挠度为1.5m，故桥面平均纵坡i=4.29%。
主缆先锁定在导流明渠52#右贴坡顶部桥头上，主缆假设前在底部布置一块10cm×5cm的木板作为垫块，避免主缆钢丝绳磨损。
主缆采用5t手动葫芦进行张拉安装，5t手动葫芦与导流明渠下游段11#左导墙外侧预埋插筋及主缆连接好后再进行安装，安装时测量及时进行跟踪测量，安装挠度1.0m后停止张拉，张拉到位后，主缆固定在Φ150×5mm钢管锚碇钢结构上，主缆与锚碇钢管缠绕固定后，采用绳卡锁定。
4.5 桥面铺装
主缆安装完成后，进行桥面铺装。桥面先铺装横梁，在铺装纵梁，最后铺装模板。
横梁由2根2m长∠70×5角钢拼焊而成，系水平间距为2.0m，纵梁由4根∠50×5角钢组成，纵梁与横梁之间进行焊接连接，两端与横梁肢顶紧焊接，现场根据实际长度下料编号安装。
纵梁上部铺设2m厚木板，木板铺设后在面板上加设横向5mm厚，5cm宽防滑木条，防滑木条间距为20cm，采用铁钉钉装。
4.6 风缆安装
桥面铺装完成后，进行风缆安装。横向风缆由Φ11mm钢丝绳组成，在桥轴上下游4.5m处各拉1根过河风缆，自由下垂度1.5m，然后在过河风缆与桥梁间设斜向风缆拉紧固定（每侧4个点），风缆通过Φ22插筋固定在导流明渠混凝土上。
4.7 栏杆安装
在桥面横梁端头通过焊接“帮条”布置1.2m高栏杆立柱，栏杆采用Φ48×3.5mm钢管，栏杆间距2m，栏杆间通过Φ22钢筋连接，Φ22钢筋间距40cm，栏杆和钢筋安装完成后，在栏杆表面涂刷30cm长红白相间反光漆，并在栏杆内侧安装安全防护网。
5 结束语
在导流明渠悬索桥施工中，通过上述对悬索桥钢丝绳验算及横梁的受力验算，其相关受力均能满足要求，且经核算后，能够满足设计要求。在导流明渠上修建过渠悬索桥，很好的解决了右岸施工人员进入主体施工现场的交通问题，方便施工人员上下班，同时也极大的降低了人员上下班交通运输费用。
作者简介：高卓辉（1986.12），男，陕西西安人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作。
唐铭鸿（1983.12-），男，湖南永州，项目部总工程师，工程师，从事项目技术管理工作。
