懸索橋主塔上橫梁支架下支撐系統(tǒng)施工與仿真關(guān)鍵技術(shù)研究

（中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021）

0 引言

懸索橋是我國(guó)大跨度橋梁采用最多的結(jié)構(gòu)形式之一，作為纜索支承橋梁，索塔是懸索橋支承主索的重要結(jié)構(gòu)物[1]。建設(shè)工程中，由于索塔橫梁的位置特殊，上橫梁多用高空支架作為施工支架，施工風(fēng)險(xiǎn)大，穩(wěn)定問題突出[2]。因此，有必要對(duì)其施工與仿真關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。陳竹[3]針對(duì)龍江特大橋的特征對(duì)四種工藝進(jìn)行比較，上橫梁施工最終采用單排鋼管支架施工，并對(duì)工藝優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)論述。胡雄偉[4]詳細(xì)闡述了重慶寸灘長(zhǎng)江大橋橋塔橫梁支架設(shè)計(jì)與施工，其設(shè)計(jì)提高了該類橋梁的施工工效，值得借鑒學(xué)習(xí)。常志軍[5]針對(duì)南寧大沖邕江特大橋的特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了索塔上橫梁施工的支架系統(tǒng)，并進(jìn)行了安全性驗(yàn)算。

新田長(zhǎng)江大橋主塔上橫梁施工中，上橫梁支架總體采用托架+型鋼主梁+盤扣支架形式，盤扣支架下設(shè)置支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)包含I25a 工字鋼分配梁、型鋼主梁、托架頂分配梁、托架系統(tǒng)等，本文依托新田長(zhǎng)江大橋，對(duì)其上橫梁支架下支撐系統(tǒng)施工與仿真關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，所得施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可為同類橋梁索塔上橫梁施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

恩廣高速重慶新田至高峰段項(xiàng)目全長(zhǎng)22.153 公里，新田長(zhǎng)江大橋是其關(guān)鍵控制性工程，橋址位于萬州主城區(qū)上游19 公里處。新田長(zhǎng)江大橋全長(zhǎng)約1.7公里，主橋采用主跨1020米雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，北塔柱上游側(cè)高177.5米，下游側(cè)高161.5 米，南塔柱高均為177.5 米，索塔共設(shè)上、下二道橫梁。上、下橫梁均采用等高箱形斷面。為提升景觀效果，箱型斷面增設(shè)側(cè)墻，上橫梁頂側(cè)墻呈弧線變化，上橫梁底側(cè)墻呈折線變化，體現(xiàn)渝山之層巒，下橫梁底側(cè)墻呈弧線變化，體現(xiàn)渝水之婉約，索塔造型意在與當(dāng)?shù)鼐坝^相結(jié)合，體現(xiàn)渝山渝水之情。

上橫梁按A 類預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。橫梁高7.5m、寬7.0m，橫梁頂需設(shè)置

高度1.25m 護(hù)欄，上橫梁頂板、底板、腹板均厚1.0m，設(shè)置2 道橫隔板，隔板0.8m，

隔板開設(shè)1.8×1.0m 人孔。此外，通過砂漿抹面，上橫梁頂形成1%橫坡以利排水。上橫梁內(nèi)布置32 束15-19 鋼絞線，下橫梁內(nèi)布置44 束15-19鋼絞線，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用兩端張拉，張拉時(shí)水平方向先內(nèi)后外，對(duì)稱張拉。錨下張拉控制應(yīng)力采用0.75Rby＝1395MPa，每束張拉力上、下橫梁均為3711kN。所有預(yù)應(yīng)力錨固點(diǎn)均設(shè)在塔柱外側(cè)，采用深埋錨工藝。

為降低橫梁內(nèi)外溫差，改善通風(fēng)狀況，在橫梁腹板設(shè)置直徑φ7.5cm 的PVC 通風(fēng)管。在橫梁底板布設(shè)直徑φ7.5cm 的PVC 管，兼具排水和通風(fēng)的作用。

2 下支撐系統(tǒng)施工

2.1 上橫梁支架安裝

上橫梁采用塔梁異步施工，待液壓爬模拆除后開始上橫梁的施工。

2.1.1 托架安裝

單榀三角托架在地面制作完成，利用塔吊吊裝到位后，將托架根部連接鋼板與塔內(nèi)預(yù)埋鋼板焊接。

2.1.2 托架頂主分配梁安裝

托架頂主分配梁采用雙拼HM588×300mm 型鋼，托架安裝完成后，利用塔吊將主分配梁安裝于托架上。

2.1.3 型鋼主梁安裝

型鋼主梁在地面制作完成，采用塔吊單榀進(jìn)行吊裝，第一榀主梁吊裝到位后采用槽鋼進(jìn)行支撐防止發(fā)生傾覆，后續(xù)各榀主梁吊裝到位后與前一榀主梁之間焊接平聯(lián)及斜撐，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

2.1.4 I25a 工字鋼分配梁安裝

I25a 工字鋼利用塔吊吊裝，直接安放于型鋼主梁上。

2.1.5 盤扣支架及其上模板系統(tǒng)搭設(shè)

盤扣支架立桿采用φ60×3.2mm 鋼管，水平桿及豎向斜桿采用φ48×2.5mm 鋼管。盤扣支架在橫橋向方向橫隔板下方間距為30cm，其余位置為60cm；在縱橋向方向根據(jù)荷載的不

同分別采用30cm、60cm、90cm 間距。

盤扣支架立桿根據(jù)長(zhǎng)度配標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及其它非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拼裝而成。盤扣支架搭設(shè)流程為：底托、首層立桿及掃地桿擺放到位→搭設(shè)首層支架，同時(shí)連接好掃地桿和底層水平斜撐→安裝橫桿→接頭鎖緊→搭設(shè)腳手板→安裝上層立桿→鎖緊立桿連接銷→安裝橫桿→安裝頂托及縱橫梁→鋪設(shè)模板。

盤扣支架上設(shè)置I14 工字鋼分配梁，工字鋼沿縱橋向鋪設(shè)，利用塔吊吊裝到位，其間距與盤扣支架間距相同。分配梁上鋪設(shè)10×10cm 方木，方木在腹板及橫隔板位置間距10cm（即滿鋪），在空腹板位置間距20cm。方木頂鋪設(shè)15mm 厚竹膠板作為底模。

2.2 上橫梁支架拆除

1）安裝懸掛系統(tǒng)，割除型鋼支座，然后下放軌道梁，并與牛腿焊接。

2）抽出竹膠板、方木、分配梁，利用預(yù)留孔洞懸掛三腳架。

3）拆除軌道懸掛，在每組桁架頂面兩側(cè)焊接防傾倒型鋼（型鋼頂面距下橫梁地面4cm），切割組件聯(lián)系。

4）在軌道梁上使用千斤頂同步推移，將外側(cè)桁架單元穩(wěn)步平移到上橫梁以外，在桁架即將移出橫梁外時(shí)，在外側(cè)拉拽防傾倒鋼絲繩。

5）割除外移桁架上的防傾倒型鋼，切割上下層桁架單元的聯(lián)系，分別下落上下層桁架單元。

6）分別下落上下層桁架單元，同理拆除另一邊的外側(cè)桁架。

7）平移拆除中間桁架單元。

8）拆除軌道梁、牛腿、平臺(tái)。

3 支架設(shè)計(jì)

3.1 上橫梁支架設(shè)計(jì)

上橫梁支架總體采用托架+型鋼主梁+盤扣支架形式。

模板采用15mm 厚竹膠板，其下設(shè)置10×10cm 方木，方木在腹板及橫隔板位置間距10cm（即滿鋪），在空腹板位置間距20cm。

方木下設(shè)置I14a 工字鋼，I14 工字鋼在腹板及空腹板位置布置間距為60cm，在橫隔板位置布置間距為30cm（包含橫隔板位置處的腹板）。

I14a 工字鋼下設(shè)置盤扣支架，盤扣支架立桿采用φ60×3.2mm 鋼管，水平桿及豎向斜桿采用φ48×2.5mm 鋼管。盤扣支架在橫橋向方向橫隔板下方間距為30cm，其余位置為60cm；在縱橋向方向根據(jù)荷載的不同分別采用30cm、60cm、90cm 間距。

盤扣支架下設(shè)置支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)包含I25a 工字鋼分配梁、型鋼主梁、托架頂分配梁、托架系統(tǒng)等。I25a 工字鋼與其上的盤扣支架間距相同，在橫隔板位置布置間距為30cm，其余位置布置間距為60cm。I25a 工字鋼其下設(shè)置型鋼主梁，型鋼主梁高3m，共設(shè)置5 榀，間距分別為175cm、187cm、187cm、175cm，型鋼主梁上弦桿采用HN700×300mm 型鋼，下弦桿采用HM588×300mm 型鋼，豎桿采用HM390×300mm 型鋼，單榀內(nèi)斜撐采用雙拼[20a 槽鋼，榀與榀之間平聯(lián)采用雙拼[10 槽鋼，斜撐采用[10 槽鋼。型鋼主梁下設(shè)置雙拼HM588×300mm 型鋼主分配梁。主分配梁下設(shè)置托架，托架采用三角托架，托架上弦桿采用HN700×300mm 型鋼，斜桿采用HN700×300mm 型鋼，托架內(nèi)部斜桿采用HM390×300mm 型鋼。

3.2 盤扣支架下支撐系統(tǒng)計(jì)算

3.2.1 支撐系統(tǒng)簡(jiǎn)介

盤扣支架下支撐系統(tǒng)采用MIDAS CIVIL 軟件整體建模計(jì)算，支撐系統(tǒng)包含I25a 工字鋼分配梁、型鋼主梁、托架頂分配梁、托架系統(tǒng)等。

I25a 工字鋼與其上的盤扣支架間距相同，在橫隔板位置布置間距為30cm，其余位置布置間距為60cm。

I25a 工字鋼其下設(shè)置型鋼主梁，型鋼主梁高3m，共設(shè)置5 榀，間距分別為175cm、187cm、187cm、175cm，型鋼主梁上弦桿采用HN700×300mm 型鋼，下弦桿采用HM588×300mm 型鋼，豎桿采用HM390×300mm 型鋼，平聯(lián)及斜撐采用雙拼[28a 槽鋼。

型鋼主梁下設(shè)置雙拼HM588×300mm 型鋼主分配梁。主分配梁下設(shè)置托架，托架采用三角托架，托架上弦桿采用HN700×300mm 型鋼，斜桿采用HN700×300mm 型鋼，托架內(nèi)部斜桿采用HM390×300mm 型鋼。

3.2.2 計(jì)算模型及荷載

采用MIDAS CIVIL 軟件對(duì)支撐系統(tǒng)整體建模計(jì)算，計(jì)算模型見下圖1。

圖1 支撐系統(tǒng)計(jì)算模型

支撐系統(tǒng)的荷載主要包括結(jié)構(gòu)自重、混凝土荷載及施工臨時(shí)荷載，結(jié)構(gòu)自重由軟件自動(dòng)導(dǎo)入，分項(xiàng)系數(shù)為1.2，混凝土荷載及施工臨時(shí)荷載以線荷載的方式加載于I25a 工字鋼分配梁上，混凝土荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.2，施工臨時(shí)荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.4。

由于上橫梁腹板部分、空腹部分、橫隔板部分混凝土荷載相差較大，因此不宜按平均的方式進(jìn)行加載，模型加載時(shí)按實(shí)際荷載位置進(jìn)行加載。

3.2.3 強(qiáng)度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算分配梁應(yīng)力122 MPa、主梁上弦桿應(yīng)力163 MPa、主梁下弦桿應(yīng)力104 MPa、主梁豎桿應(yīng)力176 MPa、主梁平聯(lián)及斜撐應(yīng)力197 MPa、分配梁應(yīng)力155 MPa、托架上弦桿應(yīng)力180 MPa、托架斜桿應(yīng)力197 MPa、托架內(nèi)部聯(lián)系桿130 MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.4 剛度計(jì)算

支撐系統(tǒng)整體位移計(jì)算結(jié)果如下：

支撐系統(tǒng)最大位移為23mm，最大位移位于主梁跨中位置，主梁最大跨度為13.73m，其允許位移為13.73÷400=34.3mm，滿足要求。

4 結(jié)論

本文以新田長(zhǎng)江大橋?yàn)楸尘埃芯繎宜鳂蛏蠙M梁支架下支撐系統(tǒng)施工與仿真關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)新田長(zhǎng)江大橋的上橫梁支架下支撐系統(tǒng)施工進(jìn)行了分析介紹。

（1）新田長(zhǎng)江大橋上橫梁支架總體采用托架+型鋼主梁+盤扣支架形式。采用有限元分析方法對(duì)分配梁、主梁上下弦桿、豎桿、托架斜桿、內(nèi)部聯(lián)系桿等進(jìn)行了驗(yàn)算，均滿足要求。

（2）新田長(zhǎng)江大橋上橫梁支架下支撐系統(tǒng)采用的施工工藝目前已成功應(yīng)用，實(shí)際效果良好。起到了降低施工成本、節(jié)省工期、降低施工難度、提高施工質(zhì)量的作用，為以后類似的工程提供了新的思路，具有較強(qiáng)的借鑒和指導(dǎo)價(jià)值。