勁性骨架在橋梁工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

劉　宇　劉超豪

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴州貴陽(yáng)　550001）

引言

勁性骨架法主要是利用先安裝的拱形勁性鋼桁架作為拱圈的施工支架，并將勁性骨架各片豎、橫桁架包以混凝土，形成拱圈整個(gè)截面構(gòu)造的施工方法，近年來(lái)在橋梁工程設(shè)計(jì)中得到了比較廣泛的使用，而其在橋梁工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用也是非常具有研究?jī)r(jià)值的。

1　勁性骨架在橋梁工程設(shè)計(jì)中的作用

在橋梁工程的施工中，勁性骨架是一種十分常見(jiàn)的骨架結(jié)構(gòu)，而所起到的作用是多方面的：①勁性骨架的斜拉索的主要材料為鋼絞線，與其他常見(jiàn)的斜拉索材料相比，這種材料不僅強(qiáng)度更高、承載力更大，還具有著延伸量小、變形穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠使骨架架設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)不穩(wěn)定非彈性變形的幾率大大降低。②勁性骨架采用了千斤頂張拉系統(tǒng)，這一系統(tǒng)會(huì)對(duì)骨架的斜拉施加卸拉力，收放索也比較長(zhǎng)，因此具有著張拉能力大、行程控制精度高、索力調(diào)整精確、索力控制靈活、錨固可靠等多方面的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于橋梁施工的質(zhì)量安全控制能夠起到很大的幫助。③與常規(guī)骨架不同的是，勁性骨架的斜拉扣掛體系具有著自成系統(tǒng)的特點(diǎn)，不會(huì)受到纜索吊裝系統(tǒng)的干擾，因此在骨架的吊裝過(guò)程中會(huì)更為安全，施工質(zhì)量也能夠得到很好的保障[1]。④由于勁性骨架的索力控制更加靈活、精確，因此在橋梁工程施工時(shí)能夠提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，使控制分析變得更加合理，而在通過(guò)計(jì)算確定施工控制計(jì)算值后，并以此為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力調(diào)整也會(huì)更加精確。⑤在橋梁工程的合攏施工中，勁性骨架可以代替合攏段作為臨時(shí)的受力結(jié)構(gòu)，對(duì)溫度變化后合攏段兩懸臂端產(chǎn)生的標(biāo)高變化以及相對(duì)位移的力進(jìn)行控制約束，從而達(dá)到合攏段兩端兩懸臂端無(wú)高差變化、位移變化的效果，更好的實(shí)現(xiàn)臨時(shí)鎖定。此外在合攏施工中，勁性骨架還具有著保護(hù)合攏安全養(yǎng)護(hù)，消除因結(jié)構(gòu)混凝土收縮、徐變?cè)诮Y(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變后引起的后期結(jié)構(gòu)應(yīng)力等一系列的作用。⑥勁性骨架本身具有著一定的強(qiáng)度，因此在骨架安裝完成后，能夠作為橋梁主體的一部分將鋼筋結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)傾斜、坍塌等質(zhì)量安全事故。⑦勁性骨架能夠在橋梁主體安裝階段提供固定安全帶的功能，這極大的保證了施工人員的人身安全。

2　勁性骨架的設(shè)計(jì)

2.1　勁性骨架的高度設(shè)計(jì)與材料選擇

勁性骨架在施工階段的主要采用的安裝方法為爬模安裝方式，因此每?jī)蓚€(gè)模板在施工中都可以被視為一個(gè)施工段，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要對(duì)勁性骨架的高度進(jìn)行明確，以免出現(xiàn)模板高度不一致的情況，從而影響到安裝施工。同時(shí)，在勁性骨架的設(shè)計(jì)中還需要骨架原材料的選擇進(jìn)行全面考慮：①勁性骨架作為橋梁結(jié)構(gòu)的一部分，具有著較高的結(jié)構(gòu)受力要求，必須要保證原材料的強(qiáng)度能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]。②在保證原材料強(qiáng)度能夠滿足結(jié)構(gòu)受力要求的前提下，應(yīng)盡可能選擇重量與價(jià)格較低的材料，以達(dá)到降低安裝施工難度，節(jié)約施工成本的效果，通常情況下，勁性骨架選取工字鋼和槽鋼（槽鋼需要兩塊并排焊接使用）作為制作材料是比較合適的，由于抗拉性能、抗壓性、抗彎性和抗剪性等多方面的性能都比較好，因此在質(zhì)量上能夠很好的滿足設(shè)計(jì)需求，而價(jià)格、重量等方面也比較合適。

2.2　勁性骨架的吊裝施工設(shè)計(jì)與鋼材用量

勁性骨架的體積與質(zhì)量都比較大，想要在吊裝施工的過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行位置調(diào)整一般是比較困難的，因此在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者需要將骨架分為橫向與縱向兩部分，以便于施工時(shí)分別進(jìn)行吊裝，最后再連接成一個(gè)整體，這樣可以很好的提高吊裝施工的靈活性，提高施工效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于鋼材的用量也需要嚴(yán)格進(jìn)行把握，一般情況下每立方米混凝土的鋼材用量應(yīng)在30kg左右為宜，過(guò)多則會(huì)導(dǎo)致鋼材的浪費(fèi)，增加施工成本。

2.3　勁性骨架的結(jié)構(gòu)形式選取

從設(shè)置方式上來(lái)看，勁性骨架結(jié)構(gòu)形式可分為內(nèi)置形式與外置形式兩種，其中內(nèi)置形式主要是指將骨架埋入合攏段內(nèi)部，作為橋梁的永久性結(jié)構(gòu)，在施工時(shí)通常會(huì)將最后兩塊懸澆段的尾段預(yù)埋鋼板，之后在再將型鋼焊接到之前埋設(shè)的鋼板上，使骨架與橋梁主體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)永久性的連接。而外置形式則是將勁性骨架設(shè)置在頂板與底板上部以及頂板的下部，在施工階段一般會(huì)采用外露式焊接的方式將型鋼焊接到反力座鋼板，等到混凝土養(yǎng)護(hù)工作完成后達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再將勁性骨架的約束接觸，以實(shí)施預(yù)應(yīng)力筋張拉前施工。內(nèi)置形式與外置形式，在施工工藝上相差不大，但在實(shí)際應(yīng)用中卻有著不同的優(yōu)勢(shì)與弊端，其中內(nèi)置形式不僅能夠提高橋梁主體的強(qiáng)度，同時(shí)還能夠避免施工對(duì)橋梁外觀質(zhì)量所造成的影響，但由于橋梁主體內(nèi)部的鋼筋較密，同時(shí)勁性骨架不利于混凝土養(yǎng)護(hù)，因此也存在著容易出現(xiàn)空洞、材料浪費(fèi)較大等問(wèn)題。而外置形式在施工工藝上較為簡(jiǎn)單便利，對(duì)于混凝土養(yǎng)護(hù)、骨架焊接、材料利用率等方面都具有著更好的效果，但由于采取了外露式焊接的方式，因此對(duì)橋梁外觀質(zhì)量的影響會(huì)比較大。在橋梁工程的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)可根據(jù)實(shí)際施工情況與工程項(xiàng)目要求進(jìn)行靈活選擇。

3　勁性骨架的施工技術(shù)

由于勁性骨架施工方式的限制，因此骨架模板的高度設(shè)計(jì)需要在保證高度一致的同時(shí)對(duì)混凝土面高度進(jìn)行充分考慮，必須保證在安裝過(guò)程中勁性骨架的第一節(jié)模板高度高出混凝土面0.5m以上，而在之后每一節(jié)安裝好的勁性骨架都必須在保證相同高度的情況下逐步開(kāi)始接高工作，而每一次接高完畢后，都需要在塔柱上澆注混凝土。同時(shí)，勁性骨架的重量較大，因此在定位安裝之前需要先選擇一個(gè)能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間的的吊點(diǎn)，保證施工階段模板安裝的連貫性，從而進(jìn)而可能的加快施工進(jìn)度。

在連接模板連接方面，需要先在調(diào)平段預(yù)埋好鋼板，之后將第一節(jié)模板與鋼板建立連接，在連接時(shí)需要控制好調(diào)平鋼板的平面位置和標(biāo)高，最后再用螺絲將上、下層的勁性骨架連接起來(lái)，并在確定好具體位置后開(kāi)始焊接工序，完成模板與橋梁主體的連接。

在勁性骨架安裝定位階段，由于定位要求的精確度較高，因此必須要對(duì)測(cè)量工作進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，否則一旦出現(xiàn)測(cè)量失誤，導(dǎo)致安裝定位的錯(cuò)誤，就需要進(jìn)行返工，從而使施工成本大大提高。①當(dāng)?shù)谝还?jié)模板的位置確定后，需要結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)放樣出骨架的底部邊線，并對(duì)骨架角點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行精確測(cè)量，之后再按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的傾斜度對(duì)第一節(jié)骨架進(jìn)行安裝，同時(shí)再次對(duì)骨架上的角點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，以保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求。②在勁性骨架的整體安裝過(guò)程中，需要對(duì)每一節(jié)骨架的角點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量并計(jì)算出實(shí)際誤差，并通過(guò)建立平面坐標(biāo)的方式進(jìn)行控制[3]。

在斜拉索套筒安裝過(guò)程中，需要先確定套筒的位置并在橫聯(lián)中間焊接槽鋼，同時(shí)根據(jù)套筒實(shí)際位置確定好其在設(shè)計(jì)圖紙底軸線上的平面位置與高程，之后安裝好臨時(shí)固定裝置并開(kāi)始套筒吊裝。在套筒安裝完畢后，還需對(duì)外模板的空間位置進(jìn)行測(cè)量，并將其與骨架數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，確定骨架準(zhǔn)確的空間位置的科學(xué)性，最后進(jìn)行外模板的安裝并澆筑塔柱混凝土。

4　結(jié)束語(yǔ)

總而言之，勁性骨架在橋梁工程設(shè)計(jì)中的作用非常之大，想要在實(shí)際施工中進(jìn)行有效運(yùn)用，不僅要在施工工藝上進(jìn)行不斷提升，同時(shí)還要對(duì)設(shè)計(jì)方案與施工操作上進(jìn)行嚴(yán)格把控。

[1]高磊，張峰，李術(shù)才.合龍段內(nèi)置勁性骨架對(duì)剛構(gòu)橋受力性能的影響[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，25（02）：296～306.

[2]趙人達(dá)，張正陽(yáng).我國(guó)鋼管混凝土勁性骨架拱橋發(fā)展綜述[J].橋梁建設(shè)，2016，46（06）：45～50.

[3]葛植成.橋梁工程中勁性骨架的應(yīng)用[J].珠江水運(yùn)，2015（04）：58～59.