香溪河大橋主塔下橫梁支架設(shè)計(jì)

汪志祥

摘要：香溪河大橋采用雙塔雙索面半漂浮結(jié)構(gòu)體系，主跨為470m雙塔組合混合梁斜拉橋，跨度布置為48+48+78+470+78448+48m。主塔采用倒Y形結(jié)構(gòu)，下橫梁斷面為預(yù)應(yīng)力混凝土箱形構(gòu)造。采用塔墩橫梁頂鋼管支架+下塔柱內(nèi)側(cè)牛腿支架進(jìn)行下橫梁施工，合理利用塔墩橫梁空心段承載力，減少了牛腿支反力對(duì)塔柱的不利影響。通過(guò)明確下橫梁砼荷載傳遞至支架的作用力，對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，降低了鋼結(jié)構(gòu)的投入，節(jié)約了施工成本。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；下橫梁；支架設(shè)計(jì)

1工程概況

香溪河大橋橋址位于香溪河口上游約2km處，橋位東岸為歸州鎮(zhèn)劉家壩，西岸為歸州鎮(zhèn)吳家溝，與峽堡公路（S255）相接。主跨采用470m雙塔組合混合梁斜拉橋方案，空間雙索面，主塔采用倒Y形混凝土結(jié)構(gòu)，主橋采用半漂浮結(jié)構(gòu)體系，跨度布置為48+48+78+470+78+48+48m，設(shè)4#主塔和5#主塔兩個(gè)主塔。4#主塔高177.0m，5#主塔高167.6m，4#、5#主塔下橫梁以上高123.6m。香溪河大橋立面圖見圖l。

下橫梁位于主梁下，下、中塔柱的轉(zhuǎn)折處，橫梁斷面為預(yù)應(yīng)力混凝土箱形構(gòu)造，內(nèi)設(shè)兩道橫隔板，橫梁高6.0m。下橫梁與中塔柱交界處設(shè)置2.0x1.0m的倒角，與下塔柱交界處設(shè)置3.0x3.0m的倒角，下橫梁順橋向與索塔塔柱同寬。下橫梁與對(duì)應(yīng)高度的塔柱同步進(jìn)行施工。

2支架形式選擇

下模梁支架形式根據(jù)支承位置的不同主要分為三種：①懸空支架法；②落地支架法；③落地支架+牛腿支架。

單個(gè)下橫梁混凝土1014.4m3，總重約2688t。下塔柱為單箱單室矩形截面，坐落于塔墩橫梁頂，在中塔柱轉(zhuǎn)折處壁厚為1.0m（順橋向）x1.0m（橫橋向）。塔墩為門式墩，立柱為空心薄壁截面，塔墩橫梁中部為單箱單室矩形截面，頂、底板厚均為1.0m。

下橫梁混凝土方量大，下塔柱壁厚小，且向外傾斜，若采用懸空支架法施工，牛腿處支反力大，造成塔壁混凝土局部拉應(yīng)力較大：牛腿支反力傳遞至下塔柱，產(chǎn)生向外水平推力，塔柱變形加?。翰⑶?，牛腿體積大，塔柱豎向主筋受影響數(shù)量多，主筋連續(xù)性及垂直度得不到保證。

若采用落地支架法施工，支架底部支反力大，塔墩橫梁頂板較薄，頂板可能出現(xiàn)受拉裂縫，影響塔墩承載能力。

為了避免削弱主體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，結(jié)合以往類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，下橫梁支架采用落地支架+牛腿支架相結(jié)合。下橫梁支架按對(duì)稱原則布置，落地支架采用鋼管立柱，鋼管立柱支承于塔墩橫梁頂空心段倒角處，牛腿布置在塔柱截面倒角處。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院復(fù)核，塔墩橫梁處受力滿足要求。

3支架結(jié)構(gòu)布置

下模梁支架主要采用Q235B鋼材、Q345B鋼材及精軋螺紋鋼等材料。

鋼管立柱型號(hào)為φ1000x12mm鋼管，焊接于塔墩橫梁頂預(yù)埋件上。鋼管立柱順橋向布置三行，行距3.5m，橫橋向布置兩列，列距8m。鋼管柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度12rn，采用法蘭盤接長(zhǎng)：鋼管連接系采用φ351x6mm鋼管，在順橋向和橫橋向等高布置，形成平面框架，每件連接系高3m，每層連接系間距9m，連接系與鋼管間采用銷接，減少高空焊接作業(yè)，確保連接系安裝質(zhì)量。

牛腿采用全焊結(jié)構(gòu)，底面與塔柱預(yù)埋鋼板焊接，側(cè)面利用精軋螺紋鋼拉桿固定，每個(gè)支架共布置四個(gè)牛腿，牛腿在橫橋向及順橋向?qū)ΨQ。支架上部結(jié)構(gòu)有桁架、鋼箱梁及雙拼H588分配梁，鋼箱梁支承于牛腿頂，分配梁支承于鋼管柱頂，鋼箱梁及分配梁共同支承桁架，桁架頂鋪設(shè)小分配梁及鋼底模。

桁架弦桿采用雙拼槽鋼，豎桿及斜桿采用方鋼管。桁架高2.86m，在橫橋向通長(zhǎng)布置，兩端設(shè)置倒角；在順橋向，下橫梁底板下布置5榀桁架，桁架間距1.2m，邊腹板下布置4榀桁架，桁架間距0.4m，兩側(cè)各外伸l榀桁架形成腳手平臺(tái)，桁架間距1.2m。桁架在順橋向安裝支撐架，每根豎桿處設(shè)置1片支撐架，相鄰支撐架前后錯(cuò)開布置，支撐架寬度1.2m，在下橫梁底板與邊腹板交界處斷開，將桁架分成三個(gè)獨(dú)立部分。

為了方便桁架安裝，在桁架中部上下弦桿處斷開，采用銷接。由于主塔塔吊吊重限制，每次起吊重量?jī)H為l榀桁架重量，為了保證桁架在高空的穩(wěn)定性，用支撐架將兩件半榀桁架連成整體后吊裝，桁架對(duì)稱吊裝后，再用銷軸連接成整體。

鋼箱梁及分配梁兩端各超出下橫梁寬度1.2m以上，用于支撐外側(cè)腳手平臺(tái)桁架，也用作中部桁架拆除時(shí)的橫移軌道。為方便支架落架拆除，在鋼管立柱頂設(shè)置砂箱，牛腿頂由于空間限制設(shè)置鋼楔塊。

4#主塔與5#主塔下橫梁支架上部結(jié)構(gòu)完成相同，僅鋼管立柱高度及連接系層數(shù)有所不同。下橫梁支架總布置圖以4#主塔為例，詳見圖2。

4支架分析計(jì)算

下橫梁支架主要承受下橫梁砼自重荷載、模板及施工臨時(shí)荷載、橫向風(fēng)荷載、溫度荷載、操作平臺(tái)堆載及自身鋼結(jié)構(gòu)重量。其中模板及施工臨時(shí)荷載通過(guò)荷載系數(shù)予以考慮，即模型中的砼自重荷載按實(shí)際荷載的1.2倍進(jìn)行施加，橫向風(fēng)荷載等效成集中力加到鋼管柱頂層連接系節(jié)點(diǎn)處并考慮1.0系數(shù)，溫度荷載取1.0系數(shù)，支架系統(tǒng)自重偏安全的取1.3倍系數(shù)，操作平臺(tái)堆載取15kPa，并考慮1.2系數(shù)。結(jié)構(gòu)計(jì)算采用容許應(yīng)力法。

4.1工況分析

下橫梁擬分兩次澆筑，首次澆筑3m高橫梁混凝土（包括3m高下倒角），待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，張拉底板預(yù)應(yīng)力鋼束，然后繼續(xù)澆筑剩余3m高橫梁混凝土。

根據(jù)施組設(shè)計(jì)，澆筑第二次砼時(shí)，第一次澆筑的砼強(qiáng)度已經(jīng)形成，并已張拉部分預(yù)應(yīng)力，故二次澆筑砼荷載主要由第一次澆筑的砼及張拉的預(yù)應(yīng)力承擔(dān)，下橫梁支架僅承擔(dān)部分二次澆筑砼荷載。

在midas civil軟件中進(jìn)行建模分析，以4#主塔下橫梁支架為例。建立第一次澆筑砼的下橫梁支架模型，鋼管立柱底端固結(jié)，邊箱梁牛腿處一端釋放x方向轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端采用豎向鉸接，砼荷載按線荷載施加在桁架上。endprint

建立第二次澆筑砼模型，包括下塔柱、塔柱對(duì)拉以及第一次澆筑砼的模型（均采用梁?jiǎn)卧M），下塔柱與塔座固結(jié)，下橫梁與塔柱剛性連接，牛腿與塔柱剛性連接。預(yù)應(yīng)力束按實(shí)際位置和錨下控制應(yīng)力張拉，以鋼束預(yù)應(yīng)力模擬：二次荷載以梁?jiǎn)卧奢d模擬。第一次澆筑砼及第二次澆筑砼結(jié)構(gòu)模型見圖3。

第一次澆筑砼模型中，僅考慮第一次澆筑砼荷載（不考慮支架自重）時(shí)，鋼管支反力合力5960kN，牛腿支反力合力8785kN：反力合力：14745kN。

第二次澆筑砼模型中，當(dāng)考慮第二次澆筑砼荷載及預(yù)應(yīng)力，不計(jì)第一次澆筑砼及支架自重時(shí)，鋼管支反力合力2594.5kN，塔柱處反力合力10662.5kN，牛腿處支反力OkN：反力合力：13257kN。

第二次澆筑砼時(shí)，傳遞至鋼管的荷載占第二次澆筑砼荷載總量的比值：2594.5/13257=20%。

可以看到，由于在第一次澆筑的混凝土凝固后，再?gòu)埨A(yù)應(yīng)力，下橫梁將形成較大的初始剛度，因此，第二次澆筑的大部分混凝土產(chǎn)生的荷載將傳遞到塔柱之上。由于梗腋的影響，下橫梁支架端部的牛腿支撐基本退出工作，即牛腿在第二次混凝土澆筑過(guò)程中，受力增量很小。

根據(jù)類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)算支架時(shí)，砼荷載一般取第一次澆筑砼荷載總量以及第二次澆筑砼荷載倒角以外部分的30%施加在支架上，此時(shí)鋼管支架總反力為8126.8kN，比本項(xiàng)目計(jì)算的鋼管支架總反力5960+2594.5=8554.5kN略小，8126.8/8554.5=95%

因此，本項(xiàng)目砼荷載需再乘以I/0.95=1.05系數(shù)。

4.2荷載取值

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，施工期風(fēng)速取9級(jí)風(fēng)上下限的平均值23m/s：溫度荷載施加在鋼管立柱上，考慮日照影響，陽(yáng)面鋼管立柱升溫20℃，中部鋼管升溫10℃，陰面鋼管溫度不變：砼荷載取第一次澆筑砼荷載總量以及第二次澆筑砼荷載倒角以外部分的30%，根據(jù)桁架間距以及橫梁空腔分布情況分組等效成線荷載施加在桁架弦桿上。

4.3計(jì)算結(jié)果

下橫梁支架建模計(jì)算包括：下橫梁支架整體模型計(jì)算，鋼牛腿板單元模型計(jì)算；其余部分均采用手算。鋼底模進(jìn)行強(qiáng)度及變形驗(yàn)算，牛腿進(jìn)行穩(wěn)定性及拉桿初拉力計(jì)算：鋼管立柱進(jìn)行壓穩(wěn)驗(yàn)算，桁架腹桿進(jìn)行壓穩(wěn)驗(yàn)算及焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算，桁架弦桿銷軸進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算；鋼管柱預(yù)埋件及牛腿預(yù)埋件處，進(jìn)行混凝土局部承壓驗(yàn)算以及錨板錨筋抗彎抗拔驗(yàn)算：砂箱、鋼楔塊進(jìn)行承載力驗(yàn)算。經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，下橫梁支架結(jié)構(gòu)體系強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性均滿足要求。主要結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果見表1。

5實(shí)施情況

香溪河大橋項(xiàng)目部按照設(shè)計(jì)要求搭設(shè)完成下橫梁支架后，對(duì)該支架體系進(jìn)行檢查預(yù)驗(yàn)收，整改合格后按照作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行下橫梁澆筑。5#墩下橫梁第一次澆筑于2017年5月29日順利完成，整個(gè)施工過(guò)程安全平穩(wěn)，下橫梁施工質(zhì)量滿足規(guī)范要求：第二次澆筑將于2017年6月下旬完成。4#墩下橫梁施工將于2017年7月底完成。5#主塔下橫梁支架搭設(shè)施工圖見圖4。

6結(jié)語(yǔ)

香溪河大橋下橫梁支架安裝與下塔柱施工同步進(jìn)行，不影響主塔施工進(jìn)度，下橫梁澆筑完成后，為主梁提前架設(shè)創(chuàng)造有利條件，節(jié)約了工期。支架鋼管柱與邊主梁支架采用同種規(guī)格型號(hào)，可就近倒用，減少了材料消耗。

優(yōu)化下橫梁砼荷載取值，合理設(shè)計(jì)支架結(jié)構(gòu)形式，降低了對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，減少了鋼結(jié)構(gòu)的投入，縮短了施工時(shí)間，節(jié)約了成本，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。endprint