高屏溪桥斜张钢缆吊装.docx

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1、高屏溪桥斜张钢缆吊装1概述基于景观美学之特殊考虑，南二高燕巢九如段跨越高屏溪流域处建造一座外型优美之单桥塔非对称混合式斜张桥，全桥长510公尺，主跨330公尺为全焊接箱型钢梁，边跨180公尺为预力混凝土箱型梁，钢筋混凝土倒Y型桥塔高183.5公尺，其两侧斜张钢缆系统采视野开放之单面混合扇形配置，全桥配置详图一所示。图一斜张钢缆系统为高屏溪斜张桥主要结构特色之一，并且是结构系统中力量传递之最重要构件，全桥大部分重量及活载重均经由斜张钢缆传递至塔柱，再沿两侧塔脚传至基础承载处。基于行车视野及桥梁造型之考虑，钢缆系统采单面混合扇形配置，一端锚碇于桥塔塔柱，另一端则锚碇于箱梁中央处。为兼顾桥梁安全性、

2、施工性及时程性，于桥塔两侧各配置十四组斜张钢缆，除了主钢缆(BaCkstay)由四根钢缆组成外，其余各组斜张钢缆均包含两根钢缆，钢缆标准锚锭间距于边跨箱梁段为11.8公尺，于主跨为20公尺，于桥塔塔柱则约为3.8公尺。高屏溪桥承包商泛亚/大成/川田/利德(短期结合)依据特订条款相关规定选择奥地利VOrSPannTechnic(VT)公司为斜张钢缆组装及施工协力厂商，锚锭装置采用VT公司所生产之HIDYN型式锚锭系统，钢绞索系由比利时S.A.F。I1tain1mion公司所生产之15.7mm低松弛七线钢绞线组合而成，钢缆外套管为奥地利agru公司生产之外着同轴射出鲜红色色层高密度聚乙烯套管，内部

3、柔性灌浆材为法国Mf微晶蜡。为确认各项组成构件能满足本工程斜张钢缆之功能需求，于前置作业期间分别进行钢绞线低松弛试验、锚锭装置两百万次反复载重疲劳试验、外套管热熔对接测试及微晶蜡试拌与试灌注等，并于施工期间依相关规定进行构件抽样检查。另外，为确保钢缆施工能顺利完成，于施工初期提出钢缆施工计划书，包含钢缆组装作业、钢缆架设施工及钢缆施拉原则等。本工程于87年8月初开始组装临时钢缆，于10月初施拉临时钢缆索力，并于87年9月底进行第一根永久钢缆组装作业，预计于88年7月初全桥斜张钢缆可吊装完毕。本文特就高屏溪斜张桥钢缆之施工规划、施工方法及相关监测问题等作一简介，以为往后类似施工案例之参考依据。2

4、施工规划斜张钢缆为斜张桥结构系统中变异性最大之组合构件，其力学行为模式相当复杂，不仅受外力影响，亦与本身系统组成方式及细部组件构造息息相关。一般而言，为确保钢缆安装后之功能能符合设计原意，规划期间应就钢缆线型与配置、钢缆组成细部组件及相关测试进行研讨。2.1 钢缆配置高屏溪斜张桥于桥塔两侧各配置十四组斜张钢缆，除了最外侧主钢缆由四根钢缆组成外，其余均包含两根钢缆。每根钢缆内含钢绞线股数乃依据设计阶段结构分析之索力值配置而成，钢绞线设计容许应力为0.45fs，人为钢绞线极限应力，并依股数多寡将外套管分成TYPEA及TYPEB两种规格，TYPEA套管外径为28cm,TYPEB套管外径为22.5Cn

5、bTYPEA适用于钢绞线股数多于61,其余则采用TYPEBo钢缆配置重点除须考虑钢绞线股数及套管管径外，亦须考虑其几何形状，以决定钢缆长度及两端锚锭系统安装位置。钢缆几何形状主要受自重及索力所影响，一般而言，其几何形状可假设为悬垂曲线或抛物曲线，两者主要差异在于荷重加载位置假设不同。本桥于设计阶段曾依据钢缆组成组件预估重量计算钢缆单位米荷重并考虑加载位置随曲线分布，配合完工状态结构分析所得之钢缆两端轴向力，依据悬垂曲线方程式计算钢缆长度、钢缆垂度及钢缆两端切线角度，以做为钢缆设计之参考数据。设计阶段所拟订之钢缆相关数据于施工前置作业期间均须重新检核，因索力分布与桥梁施工方法息息相关，钢缆几何形

6、状又受索力影响。为重新确认钢缆配置基本数据，本桥于钢缆施工初期依据所拟订之施工方法重新计算索力值，并检核设计阶段所配置钢绞线股数是否同时满足钢缆于施工阶段及完工状态之应力需求。除此之外，并依据钢缆计算索力值及单位米荷重更新钢缆几何线形。线形推导所考虑之单位米荷重包含单位米钢绞线重量（钢绞线密度为7.85tm3）s微晶蜡重量（微晶蜡密度为0.95t?）及HDPE外套管重量（外套管密度为0.95tM）,依统计资料概估TYPEA钢缆平均单位米重约为140kg,TYPEB约为100kg,钢缆个别单位米荷重详表一所示。Cab1eno.Strandsno.Tubedia.(Cm)Weight(kgcm)C

7、ab1eno.Strandsno.Tubedia.(cm)Weight(kgcm)B1019128152.7F1017028130.9B1O1b9128152.7F101b7028130.9B1026928129.9F1026122.5100.9B1038228143.4F1037128132.0B1047628137.2F1047228133.0B1056928129.9F1056828128.9B1068328144.4F1068328144.4B1078828149.6F1078728148.5B1087328134.1F1087828139.2B1097528136.1F1097428

8、135.1B1106828128.9F1106528125.8B1115722.596.8F1115422.593.7B1124422.583.3F1124322.582.3B1136528125.8F1136122.5100.9B1145522.594.7F1146122.5100.9表一2.2 钢缆系统选定本桥斜张钢缆系统设计规划时即根据功能需求进行钢缆组合组件适用性评估，并拟订组合组件相关规定，其拉力杆件规划由平行钢绞线组合而成，两侧锚锭装置选择具有抵抗高频率振动之锚锭系统，防蚀处理则采多重防蚀系统，依序由HDPE套管外层防护加上灌浆之内层防护，并配合单根钢绞线本身提供之两层防护形成四层

9、防蚀系统，另为避免紫外线照射造成套管材质老化，规定于套管外部采氟化塑料膜缠绕或同轴射出外着鲜红色之HDPE色层保护处理。VT公司即针对设计阶段所拟订之钢缆系统各项需求选定其相关组合组件，其各项细部组件分述如下：锚碇装置一般预力钢腱由于不须考虑其儿何线形因桥梁结构系统改变而伴随改变，其锚锭构造仅设计承受轴向力；然而斜张钢缆锚锭构造不仅须设计承受轴向力，亦须考虑局部弯矩效应，因钢缆几何形状会受桥梁结构系统的影响而产生改变，其锚锭处将因角度变化而引起弯曲应力。为避免因经常性内应力变异造成钢绞线疲劳强度降低，钢缆锚锭构造设计上均包含一特殊内应力传递设施，依据内应力传递方式之差异而产生许多不同型式之锚锭

10、装置,如HIDYNHIAIMB1、HC等型式。本桥斜张钢缆锚锭装置采用奥地利VT公司所生产之H1DYN型式锚锭系统,锚锭装置依钢绞线股数需求分为VT61140/150及VT91140150两种型式。HIDYN型式锚锭装置为一非裹握式(Unboundedtype)锚锭机制，其力量传递主要组件为楔子(Wedge),原型锚锭设计采双重楔子配置，VT所生产之锚锭装置则采单一楔子设计外加一偏向阻尼器(DeViatiOndamper),其细部构造计包含锚锭钢银(AnChOrp1ate)保护套管(PenetratiOntube)、锚锭块(AnChorb1ock)、锚锭螺帽(AnChOrnut)、楔子(Str

11、ing-wedge)、固定板(St.SDfixationp1ate)喇叭套管(Trumpet)、转换套管(Transitionpipe)、偏向阻尼器、保护帽(PEStProtectioncap)及阻尼器(Damper)等组件，详图二所示。anchornutSDHxotionp1ateEPDMe1astomericdampertrumpetpenetrationpipesea1ingPEtransitionpipeHOPEsheathtubePP-trumpetanchorb1ockprotectioncopSDdeviationdamperringwedge0.62图二钢绞线斜张钢缆拉力杆件为

12、钢缆的主体，材质须具有高强度特性，一般而言，依其制造方式之差异约可分为五种型式，分别为钢绞缆(Rope)、封闭式钢缆(1ockedcoi1rope)平行钢棒(Para11e1bar)平行钢线(Para11e1wire)及平行钢绞线(Paraue1strand)等。经评估数据显示，前两项钢材防锈蚀能力较差，平行钢棒则具有疲劳强度低及极限强度低等缺点，前述三种拉力钢材均已不适用于现代化斜张钢缆系统；钢线及钢绞线两者则皆具有较佳之力学行为及疲劳强度，惟前者须于工厂制作完成后再运至工地进行安装，后者则可于工地组合及安装，较适用于运输困难之桥址。本桥钢缆拉力杆件采VT公司所制造之CMM平行钢绞线，钢绞线

13、母材来自于比利时S.A.Fontainunion公司所提供之BS58961770级低松弛15.7mm之7线钢绞线。当单根整捆钢绞线自比利时运送至奥地利VT工厂后，即于钢绞线裸露表面被覆HDPE保护套管，并制作成四根一排之钢绞线束(CMM-bands),钢绞线于被覆HDPE保护套管前须填充油脂以组成内层防护系统，达到防水、防蚀之目的。钢缆外套管斜张钢缆最外层防护之目的主要在于保护内层材料，亦可提供额外防蚀功能，一般可采用方式为高密度聚乙烯套管、橡胶包套(E1astomericwrapping)及钢管(Stee1pipe)等。高密度聚乙烯外套管优点是重量轻、低弹性模数、耐候性质良好且有多种尺寸可供

14、选择，另外，套管可于工地接合，施工性较佳;缺点是无法承受过高之拉应力。橡胶包套具备高密度聚乙烯套管相似优点，惟必须于钢缆吊装后才能安装，施工程序较繁琐。钢管则具有高刚度、高机械性与尺寸多样化等优点，且可适用于高压力之填浆，但重量较重，接合不容易，且防锈能力不佳。本桥钢缆最外层防护系统采高密度聚乙烯(HDPE)外套管，为避免紫外线影响套管材质，于套管原料中添加碳粉，但黑色套管容易吸热，故于套管外层同轴射出约2.02.5mm厚之鲜红色高密度聚乙烯色层。外套管依钢缆股数需求分为TYPEA及TYPEB两种规格，其外径分别为225mm及28Omnb厚度含色层为19.5mm,每制作单元长度为11.8m,其

15、材质检验须符合ASTMD3350组件分类PE345434C/E之规定，其中套管径向抗静水压力强度(Hydrostaticpressure)主要是依据钢缆组装及灌浆方法而拟订。外套管内灌浆材斜张钢缆外套管内部灌浆材之目的在于提供多一层钢材防蚀措施，同时亦可提高钢缆阻尼比，进而降低钢缆风力效应。一般灌浆材料有水泥浆、聚合物、石蜡及无机油脂等，水泥灌浆可有效地防止因车辆冲撞、恶意破坏和磨损所带来的损坏，且可提高防火性，但缺点在于吊装不易、灌注时间较长且易开裂造成锚锭处锈蚀；其余柔性浆材虽防撞及防火能力差，但具有吊装施工容易及灌注压力低等之优点，不至于造成套管永久变形，并可充分填满套管空隙，以达到防水、防蚀之目的。本工程钢缆内部灌浆材采法国e1f公司所生产之微晶蜡，此微晶蜡在室温下(2025C)呈硬膏状半固体，具良好坚韧性及稳定性，即经过多次冷热循环、固液态交替改变下，材料不会产生分解或变质现象。再者，此微晶蜡抗氧化性极佳且不溶于水，在填充于钢缆外套管内部