斜拉橋傾斜索塔勁性骨架施工設(shè)計(jì)分析＊

郭藩威

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司，湖北襄陽(yáng)441104）

1 工程概況

跨西江主橋采用（2×57.5+172.5+600+4×57.5）m混合梁斜拉橋，主跨600m跨越西江，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)1 118.7m，采用雙H形索塔雙索面等高塔結(jié)構(gòu)形式，索塔全高分別為200，208m。上塔柱為兩分離式豎直塔柱，中塔柱為兩分離式傾斜塔柱，向內(nèi)側(cè)傾斜，傾斜度為1：21.4045，下塔柱亦為兩分離試傾斜塔柱，向外側(cè)傾斜，傾斜度為1：8.0741。上塔柱和中塔柱在索塔錨固區(qū)下方設(shè)置上橫梁，中塔柱和下塔柱在主梁下方設(shè)置下橫梁。索塔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 索塔結(jié)構(gòu)

2 勁性骨架設(shè)計(jì)分析

2.1 臨時(shí)對(duì)撐的作用及重要性

斜拉橋索塔的作用是用來(lái)錨固拉索，并將其索力可靠地直接傳遞給下部結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)索塔的軸線與輪廓尺寸精度要求很高。索塔內(nèi)部鋼筋密集，預(yù)應(yīng)力束縱橫，預(yù)應(yīng)力束喇叭口和索導(dǎo)管占用空間較大且分布密集，各類(lèi)預(yù)埋件數(shù)量多，為滿(mǎn)足索塔外形尺寸、鋼筋附著成型、模板定位和爬模提升等需要，采用型鋼組拼的勁性骨架實(shí)現(xiàn)這一目的，同時(shí)勁性骨架也可兼做受力鋼筋的一部分參與結(jié)構(gòu)受力，增加索塔的安全性[1]。

索塔勁性骨架施工是節(jié)段循環(huán)爬升的首道工序，其安裝快慢直接影響整個(gè)索塔的施工進(jìn)度；其施工工藝的科學(xué)合理性直接影響鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、模板、索導(dǎo)管及各類(lèi)預(yù)埋件的施工控制；其自身的構(gòu)造、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性直接影響著索塔的施工質(zhì)量與安全[2]。因此，索塔勁性骨架必須精心設(shè)計(jì)，合理施工。

2.2 勁性骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

索塔勁性骨架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下4點(diǎn)要求。

1）勁性骨架自身應(yīng)具備一定的強(qiáng)度與剛度，能夠承受附著在其上的鋼筋、索導(dǎo)管等構(gòu)件的重量。

2）勁性骨架應(yīng)具備能夠場(chǎng)內(nèi)分節(jié)加工成型、施工現(xiàn)場(chǎng)直接起吊安裝的特點(diǎn)，縮短勁性骨架高空作業(yè)工序時(shí)間，節(jié)省索塔節(jié)段施工工期。

3）勁性骨架可兼做鋼筋安裝平臺(tái)，其內(nèi)部應(yīng)具備一定的操作空間，保證施工人員能夠自由出入。

4）勁性骨架外形輪廓應(yīng)與索塔截面形式相吻合，有效保證索塔結(jié)構(gòu)外形輪廓。

西江特大橋跨西江600m斜拉橋索塔勁性骨架設(shè)計(jì)采用三角形桁架結(jié)構(gòu)，桁架片間距隨塔身斜率變化而逐漸縮小，但結(jié)構(gòu)形式保持一致。骨架立桿采用∟100×10，平撐和斜撐采用∟63×6[3]。角鋼之間采用焊接連接，無(wú)連接板。勁性骨架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 勁性骨架結(jié)構(gòu)

為適應(yīng)塔身分節(jié)段爬模施工的需要，勁性骨架按照混凝土分節(jié)高度6.1m循環(huán)接長(zhǎng)延伸。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分節(jié)高度進(jìn)行勁性骨架制作安裝[4]。

采用Midas Civil對(duì)勁性骨架進(jìn)行建模計(jì)算，保證骨架強(qiáng)度及剛度滿(mǎn)足施工要求，計(jì)算荷載主要包括骨架自重、鋼筋荷載、風(fēng)荷載及施工荷載[5]。

勁性骨架材料皆采用Q235型鋼材，容許應(yīng)力為140MPa，經(jīng)軟件運(yùn)行計(jì)算，勁性骨架立桿最大應(yīng)力為31.2MPa，平撐及斜撐最大應(yīng)力為43.5MPa，皆在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，因此，勁性骨架強(qiáng)度滿(mǎn)足施工要求。勁性骨架模型如圖3所示。

圖3 勁性骨架模型

3 勁性骨架加工制作

3.1 加工場(chǎng)地

在鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)內(nèi)，選擇1塊平整的場(chǎng)地，場(chǎng)地面積不小于15m×10m，場(chǎng)地平整度在±5mm以?xún)?nèi)。勁性骨架場(chǎng)內(nèi)加工的所有工序均在此場(chǎng)地內(nèi)完成。

3.2 勁性骨架桁架片加工

勁性骨架標(biāo)準(zhǔn)桁架片與平聯(lián)的尺寸不變，可以批量加工。加工采用臥拼法，首先在加工場(chǎng)地內(nèi)放樣出桁架片的輪廓線，然后將下料完成的角鋼按照輪廓線平放在場(chǎng)地內(nèi)，最后利用焊接焊接成形[6]。

骨架的上桁架片跟隨索塔斜率而變化，加工時(shí)，根據(jù)索塔圖紙計(jì)算出每片上桁架片的具體尺寸，然后采用相同的加工方法進(jìn)行上桁架片的加工。

3.3 勁性骨架組拼

根據(jù)索塔塔身分節(jié)高度及截面輪廓尺寸，將標(biāo)準(zhǔn)桁架片和平聯(lián)組拼成桁架單元。組拼同樣采用臥拼法，首先將第1片標(biāo)準(zhǔn)桁架平放在加工場(chǎng)地內(nèi)，在標(biāo)準(zhǔn)桁架片的相應(yīng)位置焊接平撐，平撐焊接完成后，起重機(jī)平吊起第2片標(biāo)準(zhǔn)桁架片放置在平撐上，將第2片桁架片與平撐焊接[7]。

對(duì)于傾斜的勁性骨架，組拼時(shí)在一側(cè)立桿底部加焊墊腳，調(diào)整骨架傾斜度。

4 索塔勁性骨架吊裝

勁性骨架采用索塔兩側(cè)的塔式起重機(jī)吊裝、塔身上焊接就位的施工方法[8]。首先吊裝組拼完成的標(biāo)準(zhǔn)桁架單元至塔身上部，與上節(jié)露出混凝土面的勁性骨架焊接到一起，然后吊裝平聯(lián)單元，將標(biāo)準(zhǔn)桁架單元連接為整體，最后吊裝上桁架片于骨架頂部，焊接牢固后進(jìn)行鋼筋與索導(dǎo)管安裝施工[9]。勁性骨架吊裝如圖4所示。

圖4 勁性骨架吊裝

在骨架吊裝前，須在前節(jié)段骨架頂面4個(gè)角點(diǎn)放出測(cè)量控制點(diǎn)，同時(shí)核實(shí)和調(diào)整標(biāo)高，使之與設(shè)計(jì)標(biāo)高一致[10]。安裝時(shí)，安裝節(jié)段的4個(gè)下角點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)已調(diào)整過(guò)的4個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行定位，完成后用錘球或經(jīng)緯儀校核4個(gè)上角點(diǎn)的偏差。各角點(diǎn)的偏差要求控制在±10mm之內(nèi)[11]。

5 結(jié)語(yǔ)

勁性骨架結(jié)構(gòu)是斜拉橋索塔施工中重要的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)控制索塔施工質(zhì)量起著不可替代的作用[12]，在其設(shè)計(jì)施工分析過(guò)程中得出以下結(jié)論。

1）勁性骨架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮桁架自身強(qiáng)度與剛度，在保證施工質(zhì)量與安全的同時(shí)，盡可能地減少材料使用，以達(dá)到節(jié)省成本的目的。

2）在勁性骨架加工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量控制，保證骨架的加工精度，以此保證骨架安裝完成后的精度。

3）索塔勁性骨架吊裝施工屬于高空作業(yè)，安全管理人員應(yīng)全程盯控，保證施工安全。