閔浦二橋主塔設(shè)計(jì)與施工

吳勇

摘要：上海閔浦二橋?yàn)楠?dú)塔雙索面鋼板桁組合梁斜拉橋。主塔順橋向?yàn)閱沃?，橫橋向?yàn)镠型結(jié)構(gòu)。本文主要介紹主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主塔施工。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；主塔；爬模

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)

Abstract: Shanghai MinPu two bridge for single tower and double cable plane steel truss cable-stayed bridge of the composite beams. The main tower for the bridge to the simple columnar type, the bridge to the structure for the H. This paper mainly introduces the main tower structure design and the main tower construction.

Key Words: cable-stayed bridge; main tower; climb mode

1 概況

閔浦二橋是一座公軌兩用一體化雙層特大橋，位于上海市黃浦江上游閔行-奉賢段，距下游奉浦大橋約1.7km。主橋?yàn)楠?dú)塔雙索面雙層斜拉橋，主跨251.4m，錨跨147m+38.25m，主橋總長(zhǎng)436.65m。上層為二級(jí)公路，雙向4車道，橋面寬度18m；下層為雙線輕軌（上海軌道交通5號(hào)線閔奉段）。目前為國(guó)內(nèi)最大跨徑的公軌兩用雙層鋼桁梁斜拉橋，

閔浦二橋?yàn)楠?dú)塔雙索面鋼板桁組合梁斜拉橋，扇形索面，桁梁為全鋼結(jié)構(gòu)，半飄浮支承體系。由于邊跨跨徑比較小，過渡墩及輔助墩的負(fù)反力問題，采用邊跨壓重的措施進(jìn)行解決。

圖1 閔浦二橋斜拉橋立面圖

2 主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

閔浦二橋索塔從承臺(tái)頂面至塔頂總高148m，塔頂標(biāo)高153.0（吳淞高程）。索塔的外形采用H型，首先該形狀有較好的橫向穩(wěn)定性，其次該造型能很好的滿足雙索面的要求，與整個(gè)結(jié)構(gòu)環(huán)境能協(xié)調(diào)的統(tǒng)一。整個(gè)索塔巍然矗立在黃浦江中，給人一種浩氣凜然的感覺，成為黃浦江中又一美麗的風(fēng)景。

索塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔柱共分三段，桁梁以下為下塔柱，上橫梁以上錨索區(qū)為上塔柱，上、下橫梁之間為中塔柱。為了減少風(fēng)阻效應(yīng)，又美化塔柱的外形，塔柱采用了五邊形截面。橋面以上塔柱為等截面，縱橋向?qū)挾?.5m，橫橋向?qū)挾?.2m；橋面以下為變截面，縱橋向由6.5m變至塔底8.5m，橫橋向由4.2m變至塔底6.8m。下塔柱橫向?yàn)橄蛲鈨A斜度1/20.467，中塔柱橫橋向向內(nèi)傾斜度1/14.121，具體形狀見圖2。

圖2 閔浦二橋主橋主塔結(jié)構(gòu)圖

塔上設(shè)置二道橫梁，上橫梁為空心箱形截面，截面尺寸5m（高）x6m（寬），厚600mm；下橫梁為箱形截面，截面尺寸7m（高）x6m（寬），厚800mm。橫梁均為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橫梁頂面設(shè)雙向1%橫坡，有利于排水，具體形狀見圖3。

為便于通行, 中塔柱在橋面高度處及塔柱與上橫梁相連一側(cè)均開有人孔, 塔柱內(nèi)均設(shè)有人行爬梯, 上塔柱頂板、上橫梁頂板亦開有人

圖3 閔浦二橋主橋橫梁結(jié)構(gòu)圖

孔, 便于檢修人員進(jìn)出.，中、上塔柱在橫向側(cè)面沿高度方向每隔3 m 均設(shè)置φ100 通氣孔。 塔頂上設(shè)有避雷針裝置, 通過接地引線與承臺(tái)基底的接地鋼筋相連。

3 主塔結(jié)構(gòu)分析

主塔是由塔柱和橫梁組成的框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)計(jì)算分為順橋向和橫橋向以及局部應(yīng)力分析，具體的計(jì)算內(nèi)容如下。

3. 1 順橋向靜力分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)形成過程,按以下順序計(jì)算主塔主要施工階段,即:下塔柱、下橫梁、中塔柱、上橫梁、上塔柱等主要步驟。計(jì)算分析中涉及的荷載如下.混凝土收縮徐變影響力;恒載作用下斜拉索力及支反力。

(1) 恒載。包括:主塔自身重量;主塔橫梁預(yù)應(yīng)力;

(2) 活載作用下斜拉索力及支反力。

(3) 溫度影響力。

1）體系溫差

鋼結(jié)構(gòu)最高有效溫度標(biāo)準(zhǔn)值48.1℃，最低有效溫度標(biāo)準(zhǔn)值-14.7℃，計(jì)算合龍溫度10℃～20℃，則主桁及斜拉索體系升溫標(biāo)準(zhǔn)值為+38.1℃，體系降溫標(biāo)準(zhǔn)值為-34.7℃。

混凝土結(jié)構(gòu)最高有效溫度標(biāo)準(zhǔn)值38.56℃，最低有效溫度標(biāo)準(zhǔn)值-6.42℃，計(jì)算合龍溫度10℃～20℃，則塔結(jié)構(gòu)體系升溫標(biāo)準(zhǔn)值為+28.56℃，體系降溫標(biāo)準(zhǔn)值為-26.42℃。

2）構(gòu)件溫差

索與主桁溫差±10℃；索與塔溫差±15℃；

3）溫度梯度

溫度梯度按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTGD60-2004的溫度梯度曲線確定，T1=16℃，T2=5.7℃（90mm瀝青混凝土鋪裝）。

(4) 風(fēng)力。計(jì)算中除了塔自身風(fēng)力外,還計(jì)入了梁、索傳至塔上的靜風(fēng)荷載。橋址處設(shè)計(jì)風(fēng)速；考慮汽車參與風(fēng)荷載組合時(shí)，橋面高度處的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速；施工狀態(tài)取重現(xiàn)期10年的設(shè)計(jì)風(fēng)速。

3. 2 橫向計(jì)算

橫向計(jì)算中一般將主塔作為塔座固結(jié)的框架結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算主要包括以下幾種工況:

(1) 施工階段。主塔自身處于施工狀態(tài),即裸塔狀態(tài)。此階段應(yīng)根據(jù)各施工階段的結(jié)構(gòu)體系,同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換進(jìn)行受力分析。有些施工荷載應(yīng)視具體施工方案而定,如施工吊機(jī)及構(gòu)架、施工預(yù)頂力等。此階段風(fēng)力按施工期間的風(fēng)力計(jì)算。

(2) 施工完畢,施工掛索及架梁狀態(tài)。此階段為無(wú)活載階段。應(yīng)根據(jù)恒載索力,無(wú)活載風(fēng)力進(jìn)行受力分析。

(3) 成橋狀態(tài)。此階段為成橋運(yùn)營(yíng)階段。按有活載風(fēng)力計(jì),索力為最大,即運(yùn)營(yíng)階段索力。

(4) 主塔受力分析還須考慮成橋狀態(tài)前3 種狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的地震效應(yīng)。

由此進(jìn)行每個(gè)階段各種組合工況的受力分析。

3. 3 局部應(yīng)力分析

主塔斜拉索錨固區(qū)由于斜拉索索力的作用,在錨固點(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,故對(duì)斜拉索錨固區(qū)進(jìn)行局部應(yīng)力檢算,取塔的最上一段分析,錨固區(qū)空心斷面在每一索距間均配有U型預(yù)應(yīng)力束,以抵抗拉索水平分力作用,計(jì)算結(jié)果表明,無(wú)論是運(yùn)營(yíng)階段,還是施工時(shí)張拉U型束工況下,結(jié)構(gòu)均滿足規(guī)范要求。

4 主塔施工

主塔是斜拉橋的主要承重結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)尺寸較大,塔內(nèi)鋼筋密集,施工精度要求較高。本橋主塔施工采用爬模工藝。具體為: 塔座施工為現(xiàn)澆；下塔柱完成調(diào)平段后采用自爬模施工；下橫梁采用膺架法施工；中塔柱施工采用自爬模施工；上橫梁與其兩側(cè)塔柱異步施工，支架為空中型；上塔柱采用自爬模施工。

由于主塔塔柱均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),而中塔柱又為斜柱,故塔柱自身重量均產(chǎn)生很大的彎矩。為調(diào)整塔柱的受力狀況,使塔柱截面應(yīng)力滿足要求,施工步驟中在兩中塔柱之間加橫撐,并施加一定的頂推力,使之對(duì)主塔產(chǎn)生預(yù)加力的效果,以抵消因塔柱傾斜而產(chǎn)生的自重彎矩。施工中要求各橫撐均需頂緊,中塔柱范圍橫撐待上橫梁施工完成后方可拆除。

橫梁是主塔施工的關(guān)鍵部分，容易出現(xiàn)裂縫。為了防止橫梁出現(xiàn)裂縫，下、上橫梁施工都采取分層施工。首先為確保兩次澆注的連接面的抗剪增設(shè)了施工接縫鋼筋, 在第一次澆注時(shí)預(yù)埋, 連接面需鑿毛并清除干凈, 以使新舊混凝土結(jié)合面密貼, 然后在第一次混凝土上立內(nèi)模, 扎鋼筋及預(yù)應(yīng)力孔道接外側(cè)模板, 并澆注第二次混凝土?；炷翝沧⒉捎盟椒侄? 斜向分層, 對(duì)稱勻衡澆注的原則。同時(shí)確保空箱內(nèi)外通風(fēng)良好, 以減少箱內(nèi)外溫差。為避免上下層混凝土平均溫差過大, 并控制上、下層混凝土平均溫差不大于20度。其次控制好混凝土的澆注時(shí)間，一般澆注時(shí)間控制在一天的溫度最低的時(shí)段，這樣可以有效的減少混凝土的裂縫。

5 結(jié)束語(yǔ)

主塔是斜拉橋主要的承重構(gòu)件,除了承受自身恒載產(chǎn)生的內(nèi)力及由拉索傳來的索力及主梁的支反力,主塔還要承受直接作用于塔身、拉索、主梁的風(fēng)力及溫度應(yīng)力等各種作用。主塔結(jié)構(gòu)須根據(jù)其受力特點(diǎn),并結(jié)合斜拉橋的具體要求設(shè)計(jì)。它是以承壓為主的受力構(gòu)件,順橋向?yàn)槭谷珮蛲庥^簡(jiǎn)捷,且為施工方便,一般均設(shè)為單柱式;橫橋向因要抵抗全橋風(fēng)荷載,而須具有一定的橫向剛度,并結(jié)合斜拉橋的具體要求,如拉索布置形式、主梁形式等,其次要考慮景觀方面的要求。斜拉橋作為一個(gè)地方的標(biāo)志,而橋塔則是這個(gè)標(biāo)志中的標(biāo)志。

閔浦二橋主橋塔柱高達(dá)148米，巍然矗立在黃浦江畔，真?zhèn)€結(jié)構(gòu)雄偉，構(gòu)造講究，造型美觀，整塔氣勢(shì)磅礴又不失纖秀，恰如其分的與黃浦江融為一體，成為當(dāng)?shù)匾坏烂利惖娘L(fēng)景。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。