某大橋主塔施工橫撐受力結(jié)構(gòu)計算模型分析

馬志遠 (安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000)

1 工程概況

某大橋主塔施工擬采用爬模施工，主塔塔座底面高程5 m，塔頂高程130.00 m，主塔總高度125 m。主塔主要構(gòu)件包括下塔柱、上塔柱、橫梁、塔頂裝飾塊、鋼錨梁及牛腿等。主塔上、下橫梁以及上塔柱斜拉索錨固區(qū)為預應力混凝土結(jié)構(gòu)，其它塔柱部分為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。索塔下（1～7節(jié)段）高26.93 m，上塔柱（8～27節(jié)段）高86.07 m。

2 施工階段分析計算工況表

主塔施工過程分析共計29個階段（包括承臺與塔座）。這里擬定在主塔節(jié)段12、17、21養(yǎng)護完成（爬模爬升完成）后加第1、2、3道橫撐，施工階段分析計算工況表如表1所示。

施工階段分析計算工況表 表1

實際計算模型每個工況中包含多個施工階段，每個塔支節(jié)段施工分為3個施工階段（爬模爬升、混凝土澆筑、塔柱節(jié)段養(yǎng)護），以準確把握主動橫撐的安裝時機。

3 不設(shè)橫撐與設(shè)置橫撐關(guān)鍵截面應力對比

下文-Y代表塔支內(nèi)側(cè)，+Y代表塔支外側(cè)

不設(shè)橫撐應力計算結(jié)果如表2所示。

不設(shè)橫撐主塔關(guān)鍵截面應力(MPa) 表2

設(shè)置橫撐后關(guān)鍵截面應力計算結(jié)果如表3所示。

設(shè)橫撐主塔關(guān)鍵截面應力(MPa) 表3

施工至成塔時主塔柱關(guān)鍵截面在施工過程中受壓應力最大值為6.97MPa，小于C50混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值23.1MPa；受拉應力最大值為1.73MPa，小于C50混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值1.89 MPa；混凝土受力滿足要求。

成橋主塔關(guān)鍵截面應力及施工過程中截面出現(xiàn)的最大拉/壓應力值(MPa) 表4

施工至成橋時主塔柱關(guān)鍵截面在施工過程中受壓應力最大值為12.6 MPa，小于C50混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值23.1MPa；受拉應力最大值為1.73MPa，小于C50混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值1.89 MPa；混凝土受力滿足要求。

4 橫撐穩(wěn)定性計算結(jié)果

一般情況下桁架結(jié)構(gòu)軸向受力時穩(wěn)定性大于單根鋼管，所以本次計算按照最不利穩(wěn)定因素的單根鋼管考慮。

第一道橫撐計算：

各種工況下第一道鋼管橫撐單根鋼管受軸向壓力最大值為40.8 t。

鋼管直徑D=600mm；δ=10mm

橫撐按兩端剛接考慮。其μ=0.65，橫撐面內(nèi)、面外最大計算長度為：37952 mm。

彎矩由橫撐自重產(chǎn)生。

橫撐自重：G1=1.455kN/m

跨中彎矩值最大，其值為：

Mmax=ql2=261969373.8N·m

橫撐穩(wěn)定性計算采用以下公式（《鋼結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 規(guī) 范》（GB50017-2003），5.2.2-1：

N—所計算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力；

φx—彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；

γx—塑性發(fā)展系數(shù)，取1.15；

N'Ex—參數(shù)，N'Ex=

Mx—所計算構(gòu)件段范圍內(nèi)的最大彎矩；

W1x—在彎矩作用平面內(nèi)對較大受壓纖維的毛截面模量；

βmx—等效彎矩系數(shù)；

I=806752458mm2；

W1x=2689174.86mm3；

A=18535.4mm2；

ix=208.6mm；

a類截面，查表得φx=0.506

橫撐穩(wěn)定性滿足要求,同理可計算出第二道、第三道橫撐穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求。

由以上計算結(jié)果可知，在索塔施工的過程中，設(shè)置橫撐后塔柱在施工階段主塔的內(nèi)力變化合理，滿足設(shè)計要求，且具有足夠的安全儲備。