张家界大峡谷玻璃桥主缆施工过程高程控制分析*
李飞，高璞，马亮，周俊龙22.天津市土木工程绿色建造与节能技术全业重点实验室，天津300450） （1.中国建筑第六工程局有限公司，天津300451；
[摘要]不同于平行索面悬索桥，空间索面悬索桥由于主缆的空间性，成桥状态主缆的标高往往会高于空缓状态.劲梁后主缆存在着一个“先升高后回落”的过程.以张家界大峡谷玻璃桥为例，采用ANSYS有限元软件对主缆对拉及加劲梁吊装过程中梁段与主缆是否碰撞进行分析，对主缓在整个施工过程中的空间位置进行预判，指导桥梁施工，避免与吊装中的加劲梁发生碰撞，保证工程顺利进行.
[关键词]悬索桥；空间索面；对拉施工；缆索起重机
[中图分类号]TU758.1；U445.461 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2016)14-0054-04
TheSpacePosition and CollisionAnalysis of Main Cable Construction of Zhangjiajie Grand Canyon Glass Bridge
Li Fei'-* Gao Pu'* Ma Liang' Zhou Junlong'( 1. China Constraction Sixzh Engineering Co. Lad. Tianjin 300451 China ;2. Tianjin Corporate Key Laboratory of Gree Coustraction & Enrgy-saing Tecfinology of Gisil Enginering Tianjin 300450 Chine)
Abstract ;Diferent from the parallel cable suspension bridge due to the space of the main cable thestatus of the main cable of the spatial cable suspension bridge is often higher than the status of the cable. During the construction of the main cable the pulling between the main cables the installation ofstiffening girder and boom will affect its elevation. The main cable is raised because of pulling and themain cable after segmental hoisting of stiffening girder has a process of " first rising and then falling"-Taking Zhangjiajie Grand Canyon Skywalk glass bridge as an example the ANSYS finite element software was used to analyze whether the collision accrued between the beams and the main cables in the maincable tension and stiffening girder erection process pejudge the spatial position of the cable in theconstruction process guide the construction of the bridge which can avoid collision with the stiffeninggirder in hoisting to ensure the smooth progress of the project and provide a reference to the same kindsof bridge construction.
Key words suspension bridge ; spatial cables; pulling construction; cable crane
制[.对于主续的对拉施工及其与吊装梁段的碰较少，其中涉及的主要是基于分段悬链线理论的解为例，采用ANSYS有限元软件对主缆的对拉施工进 目前国内文献上提到的空间索面悬索桥数量撞分析却很少提及.本文以张家界大峡谷玻璃桥析法或利用三维有限元模型进行的主缆成桥线形行分析，确定主缆对拉后的高程，并对加劲梁吊装分析和空间索面悬索桥的关键节点构造施工控过程中梁段与主缆是否碰撞进行分析，确定缆索起重机高程的合理性，为质利施工提供理论基础.
0引言
1工程概况
张家界大峡谷玻璃桥为主跨430m的空间索面地锚式悬索桥，主跨加劲梁跨度为385m，加劲梁为纵、横梁体系，钢纵梁内灌注混凝土，钢纵、横梁间
露空部分铺设钢化夹层玻璃，如图1所示，桥面距谷底272m，桥中间设有世界最高蹦极点.2根主索为 空间索面，南北侧主索呈不对称状态，北侧主缆跨度布置为：（5543045）m=530m，南侧主缆跨度布置为：（8043082）m=592m，矢跨比均为1/10.主缆西侧桥塔处横向中心距为45m，侧桥塔处横向中心距为50m，跨中位置则为9.14m，整个主缆 为三维空间线形，立面及平面的投影均为抛物线，面且整个索面的空间度在世界范围内都极为少见.张家界大峡谷玻璃桥总体布置如图2，3所示.
主缆由桥梁纵向平行的铅垂面变化到成桥所在的塔顶横向位移不变面跨中大幅度张开或紧闭的空 间状态，使得跨中附近的主缆横向位移相对较大，施工控制难度较大.本桥主缆在西侧桥塔处横向中心距为45m，在东侧桥塔处横向中心距为50m，在跨中位置则为9.14m，整个案面的空间度在世界范围内都极为少见.主缆线形变化过程中，坐标变 化大，同时受非线性影响，施工难度大.
2）本桥加劲梁采用缆索吊装施工.不同于自错式空间索面悬索桥先架梁后架缆的施工，本桥在行加劲梁的吊装施工.主缆对拉后会整体上提，加 主缆架设完成并对拉到接近成桥线形后，才开始进劲梁吊装过程中，主缆跨中部位会上升到整个施工过程的最高点，要保证加劲梁吊装过程中梁底高于主缆，避免梁底与主缆的碰撞.
3主缆施工与加劲梁吊装工艺
图1加劲梁平面布置
3.1主续架设
Fig. 1 Plane layout of stiffening girder
猫道架设完毕后，开始准备主缆架设工作，结合本项目特点，主缆单元索股架设采用单线往复式牵引，在东岸重力式锚锭锚块顶位置放置放索盘，在西岸隧道式锚靛润口前方位置固定2台10t牵引 卷扬机，由东岸位置向西岸位置牵引单元索股，东岸位置安放2台2t副牵引卷扬机，负责将牵引索牵至放索盘，每根单元索股牵引到位后，由反牵卷扬机反牵送人锚索管，进行索股错固.
3.2猫道改吊
图2大峡谷玻璃桥立面布置（北侧主缆）Fig. 2 Layout of the glass bridge in theGrand Canyon ( main cable in north)
根据本桥空间索结构特点，在吊索初步安装完成后，将猫道反挂到主缆上，用手拉葫芦将猫道横梁提升，将14猫道反挂钢丝绳安装到猫道横梁两端的耳板上，如图4所示.从中跨跨中向2主塔施 工，边跨则由猫道下端向塔顶施工，下料时应保证钢丝绳长度一致，并在施工过程中，控制所安装的搭接长度尽量一致，保证每根反挂钢丝绳均匀受力.
图3大峡谷玻璃桥平面布置
Fig. 3 Layout of the glass bridge in the Grand Canyon
2施工难点
图4猫道改吊示意
1）空间索面悬索桥无论是地锚式还是自锚式，主缆都要进行由空缆状态向成桥状态的转换.对 于独塔慧索桥而言，空缆时主缆已经由塔顶向锚固端逐渐张开，体系转换过程中主缆的横向位移不大，施工控制难度较小；面对于双塔的悬索桥而言，
Fig. 4 The hanging changing of the catwalks
3.3主缆对拉
空缆架设完成后近于平行状态，根据索夹安装和钢箱梁架设需要，对主缆进行对拉，使2根主缆线
形接近成桥线形.空缆及成桥状态线形如图5所示.
图7加劲梁节段划分Fig. 7 Section of stiffening girder segment
4施工过程主缆空间位置及防碰撞分析
主缆空间位置进行分析. 为保障施工的顺利进行，需对整个施工过程的
4.1主缆对拉分析
用ANSYS有限元软件进行主缆对拉模拟分析，模型中缆索采用Link10单元.对1/4，1/2，31/4处节点施加横向强制位移./4处横向位移为 13.391m，1/2横向位移为18.638m，31/4处为14.091m.主缆的质量以均布荷载形式施加于索单元，如图8所示.空缆时南侧跨中垂度设计值为43.874m，标高为593.821m；北侧主缆跨中垂度设计值为44.379m，标高为594.326m.主缆对拉前后 变形如图9所示，对拉后主缆明显上升.关键点坐标整理如表1所示.跨中位置上升较大，南侧上升3.596m，标高变为597.417m，北侧上升3.553m，标 高变为597.879m
图5主缆空缆及成桥平面线形Fig.5 The space cable of main cable andbridge plane shape
在索夹及吊索安装前，对主缆/4，1/2，31/4处分别设置对拉索，施加横向对拉力，完成主缆横向 偏移，偏移后的主缆成折线形.在随后的吊索张拉过程中，通过吊索张力的施加和主梁节段的吊装，调整主缆线形，使其达到成桥状态，过程中猫道也随着主缆变化，施工时注意猫道向横桥内侧倾斜时的调整及猫道改吊钢丝绳绕索夹的转动.主缆对 拉施工如图6所示.
图8悬索桥主缆ANSYS模型
Fig. 8 ANSYS model of suspended cable
Fig. 6 Schematic of the transverse 图6主缆横向对拉示意pulling of the main cable
3.4加劲梁吊装
主缆对拉到位后，开始进行加劲梁的吊装.本桥加劲梁分为L1-L77种不同类型，共37个节段，节段划分如图7所示.其中L7节段较重，架设时在 桥梁端头搭设临时支架进行拼装，面后安装吊索，拆除支架.其余节段均采用缆索式起重机进行吊装.加劲梁施工由两岸的L7节段依次向跨中节段进行.
Fig. 9 Pulling deformation of main cable 图9主缆对拉变形
4.2主缆与吊装加劲梁碰撞分析
4.2.1加劲梁逐段吊装有限元分析
加劲梁由两岸向跨中对称加载，主缆跨中处标高存在“先升高后回落”的过程.当主索垂度取44m时，主索跨中处最低标高为611.534m.采用 ANSYS有限元软件对加劲梁逐段吊装过程中主缆受力进行分析.加劲梁及吊杆荷载以均布荷载的形式施加于索单元.分析表明，当桥两岸的第2个
吊重情况下垂度取44m，反推出主索安装垂度为 根据国内多个施工案例，缆索起重机主索最大40.2m.此时缆索吊装系统经济性较高，只需在跑车牵引绳设计时留意校核牵引索索力.
表1主缆对拉前后关键点坐标
m
Table 1 Key point coordinates of the main cable before and after the pulling
空缆坐标 对控后坐标 对拉点上升值对拉点位置 x y x y ay南州主缆 1/2处 [/4 处 215.00 107.98 33.005 43.874 0 0 108 215.03 30.303 40.279 13.391 18.638 2. 702 3.5963/4 处 [/4处 322.02 107.98 33.005 33. 386 46.256 0 322.09 108.15 30.290 30.734 14.091 32.864 2.715 2.652北州主缆 1/2 处 215.00 44.379 47.500 215.24 40.828 28.862 3.55331/4 处 322.02 33.386 48. 744 322.25 30.683 34.654 2. 703
12节段安装完成后，两岸均已安装7个节段，此时 主缆跨中达到最大标高，而后主缆标高下降.该工况如图10所示.主缆1/4，1/2，31/4关键点坐标及与空缆高程差如表2所示.
度的加大无疑增加了施工难度.对整个施工过程 主缆的空间线形进行模拟，并进行加劲梁吊装过程中梁段与主缆的碰撞分析，分析结果用来指导施工，为主缆施工及加劲梁吊装提供理论支持，保证施工顺利进行.
参考文献：
[1]汤洪喱，张振学，井润胜，天津富民桥空间缆素系统关键技术[J].桥梁建设 2008(5)：8-11.[2]王建金.独塔空间主境自错式君索桥现索系统施工计算分析 [D].杭州；浙江大学 2014.[3]彭苗，卢哲安，空间缆素白锚式是索桥成桥状态的确定方法[4] 罗喜恒，肖汝诚，项海帆，空间境索悬索桥的主缆线形分析 [J].公路交通科技 2008(11）：101-104 [5] 柯红军，李传习，张玉平，等，双塔大横向倾角空间主境白错 [J].同济大学学报（白然科学版） 2004（10）；1349-1354.式悬索桥体系转换方案与控制方法[J].土木工程学报，[6]杨勇错，缆素吊装系统主索垂度的优化[J].华东公路.2001 2010 ( 11) ;94-101.(5) :3-7.
图10加劲梁逐节吊装模型
Fig 10 Hoisting model of stiffening girder
表2主缆关键节点坐标
Table 2 Key node coordinates of main cable
m对拉点 完成7个节段品装后的 主坐标 对控点 上升值位置 x y y南 I/4 处 I/2处 107. 12 215.00 30. 957 34. 783 13. 391 18. 638 2. 048 9. 092主强 31/4 处 322. 92 30. 768 14.091 2. 237主 北州 [/4处 I/2处 107.25 215.21 32. 329 35. 180 28.862 32. 864 2. 057 9.20136/4 处 323.08 31. 097 34. 654 2. 289
（上接第33页）
由表2分析可知，相比空缆状态，南侧主缆上升了9.092m，北侧主缆上升了9.201m，此时南北两侧 主缆的最大高程为603.527m，加劲梁底与主缆最小差值约为8m，由于跑车和起吊滑轮组的构造高度为3m，吊具至吊点高度为3m，加劲梁自身高度约为0.6m.最不利工况下，吊运加劲梁跨越主缆跨中对3-3-0.6）=1.4m，安全距离足够.即缆索起重机 拉索时，加劲梁底部与对拉索的安全距离约为（8-吊装加劲梁与主缆不会存在空间位置上的冲突.
用双重防水设计，铝镁锰合金屋面板和PVC防水卷材层各自独立发挥防水作用：通过调整支托高度、增设天沟的技术措施，解决了屋顶坡度平缓、屋面面积超大的排水技术难题；通过设计可伸缩的引水 槽节点，解决了采光天窗点式布置面带来的防、排水设计难题，为工程的顺利进行及工程质量增加了保障，可为类似工程提供参考.
参考文献：
[1]朱建荣，徐风，屋面雨水排水量计算参数取值探讨[J].给水排水 2006(11) :70-72.[3]中国建筑科学研究院采光顶与金属屋面技术规程； [2] 杨红侠，屋面防水设计[J].陕西建筑，2012（10）：19-20.JGJ255-2012[S].北京;中国建筑工业出版社 2012.[4] 中国建筑金属结构协会钢结构专家委员会轻型钢结构房屋 新技术与新产品的应用[M].北京：中国建筑工业出版[5]上海市建设和交通委员会.铝合金结构设计规范：CB50429- 2011.2007[S].北京：中国计划出版社 2008.[6] 金卫明，周观根，谢佑仁，等，超大型金属屋面板系统设计与 施工[C]//第二届全国现代结构工程学术研讨会论文集天津：天津大学建筑工程学院，2002.
4.2.2加劲梁吊装过程主缆跨中标高监控
高进行监控，分析可知，吊装过程主缆标高变化趋 加劲梁吊装阶段，分别对南、北侧主缆跨中标势与有限元分析吻合，吊装至第7节段时，主缆上升至最高位置，最高约为603.238m，与有限元分析相差约0.3m，随着后续加劲梁的吊装，主缆标高下降.整个吊装过程，加劲梁均能安全通过主缆上方.
5结语
对于空间索面慧索桥，主缆对拉施工及加劲梁吊装是桥梁建造过程中的关键工序.而索面空间
