泸州长江二桥分离式猫道分析计算

泸州长江二桥分离式猫道分析计算
摘要：在实际工程中,猫道一般基于悬链线理论进行有限元计算。

本文采用
有限元软件midas civil求猫道成桥时的平衡态，通过倒拆法求承重索空缆线形，对恒载状态下的承重索进行非线型分析，精细化控制了泸州二桥悬索桥猫道，同时，采用《路桥施工计算手册》手算，两者结果与现场实测值进行对比。

现场实
测回弹量与有限元软件计算结果更为接近，由此可知软件计算结果精度明显高于
手算结果。

基于软件计算结果，对承重索进行强度验算，在猫道架设过程中，验
证了软件计算结果具有可靠性和安全性，为同类悬索桥猫道的施工控制提供借鉴。

关键词：悬索桥；猫道；有限元计算；强度验算
0引言
猫道成桥线形是猫道结构一个重要的参数，决定着猫道的使用性能及结构受力，通过猫道施工各阶段的承重索标高进行严格控制[1-2]。

不但如此，猫道作为
悬索桥施工的高空作业脚手架，为主缆及上部结构的施工提供临时施工平台，其
架设精度直接影响主缆施工的可操作性和安全性[3-4]。

猫道线形既要满足索股牵引、挤紧、缠丝等作业的要求，又要满足机械（紧缆机、缠丝机）作业所需的工
作净空要求。

因此猫道线形分析，关系到上部结构能否正常施工，是猫道结构静
力分析的前提和基础[5]。

在猫道施工过程中，猫道承重索索力不断发生变化，且边跨索力与中跨索
力的变化幅度不相同，由此产生的索力差将对猫道结构、主塔产生一定不利影响，所以施工过程中猫道承重索索力计算分析十分必要[6]。

1工程概况
泸州长江二桥为地锚式双塔三跨双层公轨两用悬索桥，主跨576m、边跨
216m。

主缆横桥向中心距30.1m，标准吊索间距14.4m，主缆采用预制平行索股
法（PPWS）施工。

施工猫道采用无抗风缆、无制振体系的三跨分离式结构，由猫道承重索、门架承重索、扶手索、门架等组成空间整体结构共同受力。

总体布置图如下：
图1 泸州二桥猫道布置图
2 猫道结构布置
考虑到分离式猫道中边跨独立受力、标高控制较精准等优点，泸州长江二桥采用分离式猫道，塔顶采用锚板和高强螺栓进行压紧，猫道标准断面如图2。

图2 猫道断面图
猫道的材料由下至上主要有：承重索、横梁、方木、承重网、横向通道、门架、门架承重索，明细表见表1。

表1 猫道材料统计表
荷载重量布置间距
面层
257.8N
/m
直径5mm、网眼50mm×50mm
的承重网
直径1mm、网眼25mm×25mm
的细面网
方木
55.54N
/m
40mm×50mm×1400mm
小横梁
148.69
N/处
钢管48×3.5×3950mm
大横梁
394.95
N/处
方钢80×4×4220mm
侧网
109.96
N/m
直径5mm、网眼100mm×70mm
面网
门架及门架横梁
5142N/
处
间隔48m设置一个
横向通道
17.11K
N/m
边跨1/2，中跨1/4、1/2、
3/4设置
猫道承重索
9.63kg
/m（单根）
6根(6×36WS-IWR-
1960Mpa)φ48mm钢丝绳
其他291N/m
螺栓、拖轮、设备、扶手立柱等
3 猫道空缆线形分析
根据设计施工图中的空缆线形，并结合施工经验，确定猫道成桥时的恒载线型位置。

利用有限元分析软件midas civil，以索单元模拟猫道承重索、门架承重索、扶手索，梁单元模拟横梁，其余恒载等效为节点荷载加载到索单元对应的节点位置。

根据目标线型，利用悬索桥分析控制进行迭代求解，找结构的最佳初始平衡状态。

图3 猫道分析模型
为验证模型所求平衡态的实际效果，利用施工阶段分析控制数据，采用独立模型进行几何非线形分析，用平衡节点内力表格中的内力去平衡单元内力。

运行分析后可求得猫道承重索在恒载状态与目标线形差异如图4。

图4 平衡态线形
中跨跨中差异2mm，边跨跨中差异1mm,在工程运用中完全满足精度要求。

根据以上的猫道成桥模型，拆除猫道承重索自重以外的其余恒载，即可得到
猫道空缆线性，倒拆后的空缆竖向变形如图5。

图5 承重索空缆线形
猫道承重索跨中回弹量，即本桥猫道施工的预抬量。

同时，在midas civil
模型中可直接提取无应力索长为：西岸边跨228.412m、中跨587.652m、东岸边
跨228.013m。

4验证有限元软件
有限元软件分析结果的精确性，与模型的边界模拟、荷载的施加、材料截面
的参数取值等因素均有密切关联。

为验证计算结果，结合《路桥施工计算手册》
进行手算，计算时将所有恒载等效为均布荷载[7]，施工过程中现场实测数据信息，将实测值与计算值对比如表2。

表2 数据对比
位置项
目
实
测
软
件
手
算
西边
跨无
应力索长（m）
228
.412
228
.412
/
229
.262
0.
372%
回
弹量(mm)870883
1
.49%
759
12
.76%
中跨无
应力索长（m）
587
.652
587
.652
/
587
.857
0.
035%
回
弹量(mm)730735
.68%
724
0.
82%
东边
跨无
应力索长（m）
228
.013
228
.013
/
228
.869
0.
375%
回弹量862869
.81%
735
14
.77%
(mm)
综上，针对无应力索长，软件和手算的结果几乎无差异，以软件结果数据控制现场下料长度施工。

现场实测回弹量与有限元软件计算结果更为接近，由此可知软件计算结果精度明显高于手算结果。

5猫道承重索强度验算
主缆丝股重量、牵引索、施工人群荷载按照活载考虑。

由于本项目尚未进行风洞试验，猫道结构风载静三
分力系数[8]参考阳逻长江大桥施工猫道进行取值。

温度荷载按照降温15°考虑。

根据规范[9]需验算表3内容，具体结果如表4。

表3 验算结果
项目荷载组合
安
全系数
备注
静力结构
强度验算
工
况一
恒载
≥
3.2
工
况二
恒载+施工荷载
≥
2.7
工
况三
恒载+施工荷载+温度
荷载
≥
2.7
降温15℃。

风荷载组合结构强度验算
工
况四
恒载+施工荷载+施工
阶段风荷载
≥
2.7
6级风荷
载，0°攻角
工
况五
恒载+施工荷载+施工
阶段风荷载
≥
2.7
6级风荷
载，10°攻角
工
况六
恒载+最大阵风荷载
≥
2.5
0°攻角。

工
况七
恒载+最大阵风荷载
≥
2.5
10°攻角。

表4 承重索最大/最小拉力验算
项目
最小
张力
（KN）
最大张
力（KN）
最小破
断力（KN）
安
全系数
工况一128514609660
6.
62
工况二204627659660
3.
49
工况三204927939660
3.
46
工204627649660 3.
况四49
工况五199027079660
3.
57
工况六194721689660
4.
46
工况七175119159660
5.
04
6结语
通过对泸州长江二桥猫道架设采取midas civil电算和《路桥施工计算手册》手算两种方法，与现场实测值对比，得出以下结论：
（1）发现电算数据精度明显高于手算结果，能作为施工控制数据，为同类
悬索桥猫道的施工控制提供借鉴。

（2）基于软件计算结果，对承重索进行强度验算，猫道架设过程中，证明
计算结果具有可靠性、安全性，为同类悬索桥猫道的施工控制提供借鉴。

参考文献:
[1]赖小斌，寒冷地区单塔双跨自锚式悬索桥主缆架设施工技术[J].铁道建
筑技术,2013（9）,1-4.
[2]谷雨，中小跨径悬索桥设计与施工[J].铁道建筑技术2012（9）,57-60.
[3]李飞，余流，高璞. 悬索桥分离式猫道结构设计与分析[J]施工技
术,2015,44（5）:79-81.
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《公路》杂志社有限公司，1956.
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[6]刘长辉.棋盘洲长江大桥猫道施工控制技术研究[J].铁道建筑技
术,2020(08):94-97+132.
[7]路桥施工计算手册[M].人民交通出版社, 周水兴等编著, 2001
[8]JTG/T D3360-01-2018公路桥梁抗风设计规范[S]，北京：人民交通出版
社股份有限公司，2019.
[9]JTGT 3650-2020公路桥涵施工技术规范[S]，北京：人民交通出版，2011.。