斜拉橋主塔上橫梁施工技術(shù)研究

鄧 文 武

(上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司，上海 200433)

0 引言

橋梁上橫梁施工支架有落地鋼管支架法和桁架法，落地鋼管支架支撐在主梁上，需要等上橫梁施工完畢支架拆除后方可施工主梁其他段，嚴(yán)重制約了主梁施工工期，很難完成既定的工期目標(biāo)。經(jīng)過方案比較，選用桁架法施工上橫梁。本文就桁架設(shè)計進行詳細的論述，為今后類似工程上橫梁支撐桁架的設(shè)計及施工提供參考。

1 工程概況

辰塔公路越黃浦江大橋新建工程位于上海市西南角的松江區(qū)主城區(qū)的西南部呈南北走向的辰塔公路上，是辰塔公路(D30公路)跨越黃浦江(原名橫潦涇)的一個重要節(jié)點。

主橋橋型為雙塔雙索面混凝土梁斜拉橋，基本結(jié)構(gòu)體系采用半漂浮體系，主跨296 m，主橋全長546 m。斜拉索縱向立面采用扇形布置，全橋共84對索。索塔橫向為花瓶形索塔，總高93.7 m，索塔共設(shè)兩道橫梁。上橫梁位于橋面以上34 m處，下橫梁位于主梁底面下，兩道橫梁將塔柱分為上、中、下三段。

上橫梁為3.5 m×3.5 m空腹矩形截面，跨度為22 m。底面標(biāo)高為39.2 m，距離下橫梁頂面高度為35.5 m?；炷敛捎肅50，單個上橫梁混凝土為182.85 m3(見圖1)。

2 桁架系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

1)桁架系統(tǒng)組成。

桁架系統(tǒng)包括桁架結(jié)構(gòu)、模板平臺以及操作平臺三部分組成。

2)傳力體系。

混凝土荷載→18 mm厚木模→橫橋向100×100方木@300 mm→順橋向20a工字鋼@300 mm→雙拼40a工字鋼@1 000 mm→順橋向雙拼40a工字鋼@3 300 mm→支撐桁架→支撐牛腿。

3)桁架設(shè)計。

在中塔柱上設(shè)置支撐牛腿，將桁架焊接在牛腿上。支撐桁架的上下弦桿采用雙拼[40c槽鋼，豎腹桿采用雙拼[32a槽鋼(口對口焊接)，斜腹桿采用[32a槽鋼；桁架的上弦桿長23 m，下弦桿長24.2 m，豎桿間距3.3 m，共設(shè)置3榀桁架；桁架高3 m，間距1.5 m，桁架之間采用20a工字鋼連接，整個模板系統(tǒng)高1.096 m。

為方便設(shè)置上橫梁底模預(yù)拱度，同時考慮拆模方便，在支撐桁架和順橋向雙拼40a工字鋼之間設(shè)置2個雙拼L=10 cm的10號槽鋼(見圖2，圖3)。

2.2 桁架計算

2.2.1模型簡介

上橫梁支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析采用Midas/Civil軟件，有限元計算模型中均采用梁單元，計算模型及邊界條件如圖4，表1所示。

表1 計算模型邊界表

位置DxDyDzRxRyRz備注桁架支撐牛腿111011一般連接桁架與模板連接111000主從約束模板與模板連接111000主從約束注:1)順橋向為x方向,橫橋向為y方向,高度方向為z方向;2)1表示約束,0表示釋放

2.2.2計算荷載

1)混凝土荷載：26 kN/m3，計算時，考慮沖擊系數(shù)1.05；

2)模板荷載：0.6 kN/m2；

3)支撐系統(tǒng)自重：由結(jié)構(gòu)分析軟件計算確定，自重系數(shù)取-1；

4)施工荷載：2.0 kN/m2；

5)風(fēng)荷載：wk=βzμsμzw0，查表計算，風(fēng)荷載wk=1.55×1.3×1.42×0.65=1.86 kN/m2。

本工程上橫梁混凝土分2次施工，第1次混凝土施工到上橫梁上倒角位置，澆筑完5 d后澆筑第2次混凝土。為了避免出現(xiàn)裂縫，在第1次混凝土澆筑3 d后張拉底板2根預(yù)應(yīng)力鋼束至設(shè)計值的50%，因此第2次澆筑的混凝土荷載由桁架和第1次澆筑的混凝土共同承擔(dān)，根據(jù)桁架的剛度和第1次澆筑混凝土的剛度分配。在桁架設(shè)計計算時，混凝土荷載按照一次性澆筑施加。

2.2.3計算結(jié)果

經(jīng)過計算，支撐桁架的整體應(yīng)力最大為161.9 MPa，發(fā)生在上弦桿支撐位置；最大位移為14 mm，發(fā)生在上弦桿跨中位置，具體如圖5，圖6所示。

2.3 桁架支撐預(yù)埋件及牛腿設(shè)計

2.3.1預(yù)埋件設(shè)計

根據(jù)桁架計算模型可知，最大反力為74.2 t，結(jié)合桁架的支點位置，根據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范9.7預(yù)埋件及連接件章節(jié)計算，選用900 mm×900 mm×30 mm的預(yù)埋板，錨筋采用25根L=600 mm的Φ32 mm鋼筋，錨筋與預(yù)埋板塞焊，具體如圖7,圖8所示。

2.3.2牛腿設(shè)計

支撐牛腿選用1塊500 mm×700 mm×20 mm的橫向鋼板和2塊622 mm×613 mm×20 mm的豎向鋼板，通過與牛腿預(yù)埋件焊接成為整體，采用10 mm焊縫。具體如圖9，圖10所示。

3 結(jié)語

主塔上橫梁采用桁架法施工極大的縮短了施工工期，保證了上橫梁施工質(zhì)量。本文詳細的介紹了桁架的設(shè)計、預(yù)埋件的設(shè)計和牛腿的設(shè)計，為今后類似工程上橫梁支撐桁架的設(shè)計提供借鑒。