油气管道悬索桥安装工艺研究

一、概述

由某公司承建的油气管道悬索桥, 以受拉主缆为主要承重构件的桥梁结构, 由塔架、管道、主缆、吊索和风索组成。;中跨300m, 高48m, 跨越点位于河流侵蚀的深切岩溶峡谷中, 标高110-150米, 水面以下河床呈不对称的“V”字型, 在河谷跨度、新结构、新工艺、新技术与新材料等方面开管道架设桥梁之先河, 对今后的此类工程有借鉴意义。

二、管桥设计论证

油气管道悬索桥从结构承载形式上看, 可类比为悬索式管道跨越。选择这一桥型, 主要基于以下共识:

1. 河道通过性。

该河流是当地主要通航河道, 悬索桥能够造得比较高, 容许各类船只在下面通过, 不会对航道造成影响;

2. 项目经济性。

采用悬索桥相对于其它桥梁结构悬索桥使用比较少的投资来跨越比较长的距离, 经济上节省管桥材料用量, 节省占地费用, 降低边坡治理费用, 减小地面植被等环境影响;

3. 施工安全性。

管道跨越位置山高坡陡, 地势险峻, 设置其它类型桥梁代价巨大, 基于提高管道的安全系数的考虑, 各结构构件严格按照规范进行设计并留有一定的安全储备, 保证跨越结构安全和管道本身安全。就管道项目整体风险而言, 主要风险来自复杂山区段线路的地质灾害及其引生的次生灾害, 而跨越结构作为关键点, 对地质灾害有足够的防御措施, 而跨越结构抗震能力很强。

三、塔架吊装计算理论

塔架高度43m, 其安装位置分别位于河两岸, 采用矩形断面桅杆式摇摆钢塔架, 采用整体吊装方式, 两台吊车抬吊, 以塔架底部为轴旋转翻起、竖立, 需要精确的数据计算支持。

塔架重心位置的确定。塔架主体在竖向几何形状为变截面左右对称结构, 横截面为矩形截面, 所以塔架主体重心位置应在塔架中轴线上。塔架重心计算须将参与吊装的所有杆件、节点板、平台、锚板全部计入。重心的竖向位置按下式计算:

塔架吊装绑扎点 (吊点) 的确定:为使塔架在吊装时能自然直立吊点须设在塔架的重心以上, 结合塔架构造, 确定塔架24936mm高处节点横撑 (侧面) 设置吊点。 (见下图)

吊点处节点加固。24936mm节点侧面横杆为φ159×8钢管, 为使塔架在吊装过程中不产生永久性变形, 将此杆易为φ273×10无缝钢管。见下图a、b

焊缝截面验算

为安全计, 仅以管端的焊缝承受荷载, 不计节点板焊缝, 焊缝所承受的剪应力为:

满足要求。

塔架临时锚固稳定计算, 不计铰支座处的临时支撑, 前缆风绳选用φ28 6×19 1700MPa钢丝绳。

单根缆风绳受力:

取安全系数:k=3.5

选用φ20 6×19 1550MPa钢丝绳作为主缆风绳。

四、缆索安装体系

缆索吊主要由主承重索、跑车、牵引系统、起重系统、工作索道、背风缆等组成。缆索吊两端锚固于锚碇预埋件上, 通过塔顶门架上的转向索鞍进行转向。 (如缆索布置平面图)

选用4根φ32mm钢丝绳作承重索, 承重索用钢丝绳夹头分别锚固于两岸塔顶钢支架上, 承重索上, 承重索使用前按规范进行预拉处理, 以消除非弹性变形。预张拉荷载不小于各索破断荷载的1/2, 保持60min, 并且要进行两次。承重索承重验算如下:

L=300 m, 矢跨比1/15, f=20m, q=1.14 k N/m, α=15°,

主跨水平力:

承重索的轴力:

选用4根Φ32钢芯钢丝绳, 其抗拉强度为1670 MPa,

钢丝绳最小破断拉力为4×0.9×568 KN=2044.8 KN, (0.9为旧绳折减系数)

安全系数K=2044.8/664=3.08>3 (符合技术规范) 。

五、结论和建议

1. 作为管道跨越的一种, 悬索桥跨越工程不仅受力明确, 而且构造简单, 可以在长输管道施工领域广泛采用;

2. 需要继续研究基于ANSYS的悬索桥静动力分析以及研究方法, 方便各类地质条件下大型桥梁设计和分析;

摘要：悬索桥, 又名吊桥 (suspension bridge) 指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸的缆索作为上部结构主要承重构件的桥梁。悬索桥的主要承力部分是桥两端的两根塔架, 在这两根塔架间的主索拉住桥的桥面。本文主要通过论证油气管道河跨越悬索桥的结构、计算理论, 对管道悬索桥施工做一系统分析。

关键词：悬索桥,缆索,管道敷设

参考文献

[1] 张志广.《涩宁兰管道八盘峡黄河悬索跨越的设计》J.油气储运.2002.21 (6) :20-23.

[2] 李冰、黄丽华、雷刚《大跨度悬索桥的ANSYS有限元分析综述》防灾减灾工程学报2010.9 30.