《１前言》

１前言

PPWS 施工牵引系统通常有轨道小车式、架空索道式、门架拽拉式 3 种方式[1] 。其中轨道小车式、架空索道式索股架设时不能连续穿越塔顶，因而施工效率比较低。门架拽拉式牵引系统可连续通过塔顶，索股架设效率高、质量好，适应特大跨径悬索桥主缆 PPWS 索股数量多，牵引距离长的施工特点，应用最为广泛[2] 。牵引系统设计主要是牵引设备的选型，最关键的是牵引力的计算。以前悬索桥 PPWS 施工牵引力主要依靠经验估算，准确度不高。例如，日本明石海峡大桥主缆架设由于牵引力估算不足，造成施工过程中索股牵引困难，最后不得不在回转轮处增加驱动装置。因此，在特大跨径悬索桥施工中，有必要对牵引力进行较准确的计算。世界首座主跨跨径超千米的三塔两跨悬索桥———泰州长江公路大桥是国内第一座主缆超过 3 km的悬索桥工程，主缆索股长、架设需要穿越 3 个塔顶，在泰州大桥上部结构安装施工中，研究总结了 PPWS 施工门架拽拉式牵引系统牵引力的计算方法，经过与实测数值比较，计算结果准确可靠[3] 。

《２ PPWS 索股架设工况分析》

２ PPWS 索股架设工况分析

泰州大桥 PPWS 法施工总体布置见图１。

《图1》

图1 泰州大桥主缆架设牵引系统总体布置图

Fig.1 General layout of traction system for main cable erection of Taizhou Bridge

索股牵引各设计参数如下：猫道门架间距 Ｌ＝ 45 m；猫道门架高度 ht＝7.0 m；牵引索距主缆中心线 h1＝5.2 m；主缆索股单位重量 ｑ＝0.148 kN/m，长度约3107 m；索股锚头＋拽拉器重量为 Ｇ＝6.41 kN；滚筒高度 hg＝1.1 m；拽拉器高 hz＝1.0 m；锚头及连接器高 ＝0.8 m。

猫道门架间索股牵引过程受力分析见图 2 。

《图2》

图2 猫道门架间索股牵引过程受力分析图

Fig.2 Force analysis diagram in wire strand traction process between catwalk gantry

以索股架设牵引过程中索股锚头不能与滚筒干涉为原则，确定锚头与滚筒的竖向安全距离为

为确保安全Δｈ＝1.5 m

即

《３牵引力受力分析及计算》

３牵引力受力分析及计算

《3.1 索股牵引端张力分析》

3.1 索股牵引端张力分析

索股在猫道滚筒上牵引端张力分析见图 3。

《图3》

图3 索股牵引过程分析图

Fig.3 Analysis diagram of wire strand traction process

牵引端张力

式（2）中，μ 为索股与滚筒间的摩擦系数，取 μ＝ 0.1；P0为索股反拉力（６～10 kN），取 P0＝８kN；ΔＷ 为索股在猫道门架间的重量。

《3.2 猫道线形分析》

3.2 猫道线形分析

猫道线形近似平行于主缆空缆线形，猫道距主缆距离 1.5 m，为简化计算，猫道线形以主缆线形平移后得到，计算精度可以满足施工需要。泰州大桥主缆空缆线形，见图 4。

《图4》

图4 泰州大桥主缆空缆线形（单位：mm）

Fig.4 Main cable profile of Taizhou Bridge before girder lifting（unit：mm）

将主缆空缆线形向下平移后可得猫道线形，按照猫道跨径、垂度、锚固点等特征坐标，依抛物线线形近似计算，以锚固点和主跨跨中为坐标圆点，猫道线形方程为

猫道任意点的倾角 θ 可通过对式（2）取导数计算

《3.3 索股在拽拉器与滚筒间的线形分析》

3.3 索股在拽拉器与滚筒间的线形分析

PPWS 索股由拽拉器牵引，沿滚筒牵引，PPWS 倾斜度与猫道倾斜度相同，见图 5。

《图5》

图5 滚筒与拽拉器间索股线形

Fig.5 Wire strand profile between roller and puller

索股与猫道倾角相同，拽拉器与滚筒间索股的线形方程为

取导数

得 

由图５可知

图 5 及式（5）～式（11）中，h0 为拽拉器到滚筒的竖向距离； 为拽拉器至滚筒间索股自由悬索的跨度； Ｈst 为索股传递给拽拉器的水平力；Ｖst 为索股传递给拽拉器的竖向力平力；Ｐst 为索股锚头转递给拽拉器的合力；θ 为计算点处猫道倾角。

《3.4 索股牵引架设是拽拉器受力分析》

3.4 索股牵引架设是拽拉器受力分析

索股拽拉器受力简图见图 6。

由图 6 可知

水平方向与竖直方向合力为

《图6》

图6 索股拽拉器受力简图

Fig.6 Loading sketch of wire strand puller

图 6 及式（12）～式（17）中，ＴＡ 为拽拉器前端牵引索张力；ＴＢ 为拽拉器后端牵引索反张力；θＡ 为拽拉器前端牵引索与水平面的夹角；θＢ 为拽拉器后端牵引索与水平面的夹角。

《3.5 牵引力计算结果》

3.5 牵引力计算结果

根据式（1）～式（17）分析，对各猫道门架间的索股自重按照门架间倾斜直线长度计算、猫道门架间猫道倾角按照门架间中点处近似计算，利用 Excel 建立电子计算表格，对索股通过各猫道门架间牵引力进行逐段叠加计算。泰州大桥 PPWS 架设牵引力计算结果为最大张力 172 kN。

《3.6 牵引力计算结果与实测牵引力比较》

3.6 牵引力计算结果与实测牵引力比较

根据牵引力计算结果，泰州大桥选用 250 kN专用牵引卷扬机进行索股架设，该机具有实时测长、测力功能，索股架设已于2011年 1 月 11 日完成，使用情况良好，卷扬机选型合理。

根据实测情况，在索股架设初期，最大牵引力在 196 kN左右。在完成 8 根索股架设之后，最大牵引力基本稳定在 155～175kN。分析原因，牵引系统初始作业时，约两年时间未使用的导轮组摩阻力较大，经过几天磨合趋于正常。经过工程实践，牵引力近似计算结果较为准确，可以用于指导实际工程施工。

《４结语》

４结语

笔者介绍了特大跨径悬索桥主缆 PPWS 施工，门架拽拉式牵引系统牵引力的近似计算的方法。经过泰州大桥三塔悬索桥工程实践，牵引力计算结果较为准确，对今后悬索桥建设、主缆牵引设备能力需求提供了一种具有现实意义的计算方法，对牵引设备的选型具有重要的参考价值。