橋梁設(shè)計(jì)階段勁性骨架的應(yīng)用分析

許明舉

（江西省贛南公路勘察設(shè)計(jì)院，江西贛州341000）

0 引言

對(duì)于橋梁工程的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，勁性骨架有著極為重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，而要想使其在技術(shù)應(yīng)用中發(fā)揮出最佳的效用，就要高度重視相關(guān)施工工藝的優(yōu)化和提升，另外還應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)方案和施工方面的精細(xì)控制。

1 勁性骨架在橋梁工程設(shè)計(jì)中的作用

對(duì)于橋梁工程的施工來(lái)說(shuō)，勁性骨架在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)中極為常見(jiàn)，其有著諸多的現(xiàn)實(shí)作用，具體體現(xiàn)在以下方面。

一是不同于常規(guī)的斜拉索材料，勁性骨架通常采用鋼絞線進(jìn)行這方面的處理，進(jìn)而保障了材料的強(qiáng)度和承載力，同時(shí)在延伸量等方面也能達(dá)到較為理想的效果，而涉及的架設(shè)操作也能穩(wěn)定高效地推進(jìn)。

二是其主要是通過(guò)千斤頂系統(tǒng)實(shí)施張拉，相應(yīng)的操作更為穩(wěn)定精準(zhǔn)，且各個(gè)方面的調(diào)整都比較靈活便捷。這樣一來(lái)，也就切實(shí)地保障了橋梁施工的穩(wěn)定與安全。

三是較之于常規(guī)類型的骨架，勁性骨架在斜拉扣掛方面是通過(guò)自身系統(tǒng)實(shí)施的，基本上不會(huì)受到纜索吊裝等系統(tǒng)的影響，而整個(gè)操作過(guò)程也會(huì)更為穩(wěn)定安全，如此也就切實(shí)地保障了相關(guān)處理的科學(xué)與高效。

四是勁性骨架具備的索力相對(duì)精確，具備一定的靈活性。所以在應(yīng)用的過(guò)程中能夠提供精確的數(shù)控，能夠在一定的程度上讓控制分析更為合理。并且在通過(guò)計(jì)算確定以后，可以給基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形控制奠定良好基礎(chǔ)。

五是橋梁合龍環(huán)節(jié)，勁性骨架能夠臨時(shí)替代合龍段的受力結(jié)構(gòu)，約束并控制合龍段出現(xiàn)的位移，滿足合龍段的位移變化需求，達(dá)到良好的臨時(shí)鎖定效果。另外，在橋梁合龍段施工時(shí)，勁性骨架還能起到合龍安全養(yǎng)護(hù)的作用，減少徐變、收縮問(wèn)題引起的后期結(jié)構(gòu)的應(yīng)力作用。

六是由于勁性骨架本身的強(qiáng)度比較高，所以在安裝完畢后，能夠與橋梁的主體形成一個(gè)結(jié)構(gòu)載體，可以避免坍塌、傾斜等問(wèn)題。

七是在主體橋梁設(shè)計(jì)中勁性骨架能夠提供一定的安全功能，可提升橋梁工程的穩(wěn)定性[1]。

2 大橋主拱圈設(shè)計(jì)與施工

某橋梁工程的結(jié)構(gòu)主要包含主拱部分（即應(yīng)用勁性骨架進(jìn)行施工），相應(yīng)的跨徑為370m，其中矢高達(dá)到83.5m，矢跨比為1∶4.431。施工過(guò)程按照鋼筋混凝土組合梁進(jìn)行，其中的技術(shù)操作主要是勁性骨架法。

2.1 主拱圈設(shè)計(jì)

該橋的拱圈為提籃式箱形斷截面，之所以選擇這樣的處理方式，為的是保障橋梁橫向剛度的穩(wěn)定。拱腳的橫向中心距為33m，采用軸線法豎直布置，拱腳單側(cè)采用的是單箱單室斷面，外輪廓尺寸為9.4m×13.4m。在設(shè)計(jì)階段必須對(duì)涉及的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面精細(xì)的了解，以保障主拱圈的高效設(shè)計(jì)。

2.2 主拱圈勁性骨架設(shè)計(jì)

由于該橋梁是超大跨徑的鐵路拱橋，因此可采用無(wú)支架進(jìn)行相應(yīng)的施工。鑒于拱圈混凝土用量較大，而借助于鋼管混凝土進(jìn)行勁性骨架方面的處理比較適宜。具體來(lái)看，該橋梁的主拱圈是通過(guò)勁性骨架法進(jìn)行，其中涉及鋼管混凝土構(gòu)件的布置，處理時(shí)應(yīng)確保精細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)。上下弦的主鋼管以及拱頂都應(yīng)嚴(yán)格遵照既定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，材質(zhì)上也應(yīng)確保達(dá)標(biāo)。就該工程來(lái)說(shuō)，相應(yīng)的材質(zhì)以Q390C 鋼材和為密實(shí)無(wú)收縮的C60 級(jí)混凝土為主。主鋼管的外徑以及壁厚應(yīng)確保無(wú)誤，每個(gè)環(huán)節(jié)以及每個(gè)部位都應(yīng)保證與既定要求一致。對(duì)于勁性骨架的具體操作來(lái)說(shuō)，通過(guò)主鋼管間橫向和豎向等的連接即可形成整體性的空間桁架結(jié)構(gòu)，這樣后續(xù)的操作也就有了穩(wěn)固的保障。對(duì)于拱腳分叉部位的連接部件，主要采用鋼管桿件，并在拱頂合并段采用角鋼組合截面桿件予以連接。由于大直徑的圓管形腹桿、平聯(lián)以及橫撐桿件極易出現(xiàn)斷面削弱的情況，因此應(yīng)在拱圈外部澆筑一定體積的混凝土，相應(yīng)的澆筑順序應(yīng)嚴(yán)格遵照既定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，從而為截面的整體性提供切實(shí)的保障。

2.3 勁性骨架與拱圈施工方法

對(duì)于拱橋的勁性骨架施工，一般可采用轉(zhuǎn)體法進(jìn)行，或者在平轉(zhuǎn)或豎轉(zhuǎn)的條件下進(jìn)行，當(dāng)然還應(yīng)加強(qiáng)纜索的吊裝和斜拉扣掛等方面的聯(lián)合布置，這樣所達(dá)到的效果才會(huì)更為穩(wěn)定高效。因該橋處在坡度較陡的區(qū)域，而進(jìn)行整體拼裝又有著較大的難度，因此決定采用節(jié)段纜索吊裝和斜拉扣掛的方式進(jìn)行，通過(guò)對(duì)骨架的分段精細(xì)地實(shí)施。其中涉及的跨度設(shè)計(jì)以及節(jié)段劃分都應(yīng)確?？茖W(xué)合理，且應(yīng)落實(shí)好斜拉扣掛索的精細(xì)設(shè)置。通常情況下，完成勁性骨架方面的處理以后，即可進(jìn)行混凝土的澆筑施工。需要注意的是，應(yīng)保證混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，一般應(yīng)采用C60 級(jí)高強(qiáng)混凝土，這樣拱圈外部的澆筑也會(huì)更為穩(wěn)定，且能達(dá)到較為理想的效果。對(duì)于外包混凝土的部分，應(yīng)縱向劃分為6 個(gè)工作面，且應(yīng)通過(guò)3 環(huán)分步實(shí)施，澆筑上也應(yīng)做好精細(xì)的布置。另外，在澆筑方面，兩側(cè)拱腳均設(shè)置有13m 的整體先澆段，這樣相應(yīng)的處理也就得到了有力保障[2]。

拱圈具體施工過(guò)程如下:

其一，拱橋的基礎(chǔ)以及交接部位和纜索等臨時(shí)設(shè)施，因?yàn)殛P(guān)系到整個(gè)工程的高效推進(jìn)，因此應(yīng)高度重視。

其二，橋下的拼裝平臺(tái)和交接墩部位的斜拉扣掛系統(tǒng)，與骨架的節(jié)段吊裝等有著直接的關(guān)系。

其三，結(jié)構(gòu)的合龍以及管內(nèi)混凝土的灌注。

其四，通過(guò)分面分環(huán)的方式推進(jìn)拱圈外部的混凝土澆筑。

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 勁性骨架的高度設(shè)計(jì)與材料選擇

對(duì)于勁性骨架的施工來(lái)說(shuō)，涉及的安裝主要是通過(guò)爬模的方式進(jìn)行，這樣也就極大地保障整個(gè)施工的穩(wěn)定性，各個(gè)施工段的處理也會(huì)更加規(guī)范高效。需要注意的是，具體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)高度重視模板高度的控制，切勿出現(xiàn)偏差，以免影響到安裝方面的精細(xì)處理。另外，還應(yīng)落實(shí)好骨架原材料的科學(xué)選擇。

其一，由于勁性骨架是橋梁結(jié)構(gòu)的重要部分，因此其在受力方面應(yīng)達(dá)到既定的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是原材料的強(qiáng)度應(yīng)符合特定的需要[3]。

其二，除了要保障材料強(qiáng)度和質(zhì)量等達(dá)標(biāo)，還應(yīng)盡可能選擇性價(jià)比最高的材料，以保障施工的高效便捷。一般來(lái)看，勁性骨架應(yīng)采用工字鋼和槽鋼進(jìn)行，這類材料在抗拉、抗壓以及抗彎等方面都有著極為突出的表現(xiàn)。

3.2 勁性骨架的吊裝施工設(shè)計(jì)與鋼材用量

由于勁性骨架的體積和質(zhì)量均比較大，所以相應(yīng)的吊裝操作往往有著很大的難度，鑒于此，相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作就應(yīng)注意這方面的科學(xué)處理。具體進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可將骨架分為橫向和縱向兩個(gè)部分，在完成吊裝后再將其拼裝成一個(gè)整體，如此相應(yīng)的施工也會(huì)更為便捷。

另外，還應(yīng)落實(shí)好鋼材用量的控制，通常應(yīng)將鋼材用量控制在30kg/m3混凝土左右，這樣所達(dá)到的施工效果才會(huì)更加科學(xué)合理，且能達(dá)到較為理想的施工效果[4]。

3.3 勁性骨架的結(jié)構(gòu)形式選取

勁性骨架的結(jié)構(gòu)主要包括內(nèi)置和外置兩種形式。內(nèi)置形式是將骨架埋入合龍段內(nèi)部，使其成為橋梁的永久性結(jié)構(gòu)，具體施工的過(guò)程中通常會(huì)采用焊接的方式以保障整個(gè)結(jié)構(gòu)與橋梁主體的穩(wěn)固，如此也就使得相對(duì)分散的部件形成了一個(gè)整體性的體系，相應(yīng)的穩(wěn)定性也就得到了切實(shí)的保障。

外置形式則是將骨架設(shè)置在頂板和底板部分，具體操作的過(guò)程中應(yīng)落實(shí)好鋼板的焊接，且應(yīng)注意混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)，在其達(dá)到既定的設(shè)計(jì)要求后即可推進(jìn)骨架的約束控制，這樣的條件下，推進(jìn)張拉施工也會(huì)更為穩(wěn)定高效。只有在各個(gè)方面精細(xì)高效地處理到位的情況下，相應(yīng)的勁性結(jié)構(gòu)的施工才能科學(xué)地推進(jìn)下去，而橋梁的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性也才能達(dá)到較為理想的狀態(tài)。需要注意的是對(duì)于內(nèi)置和外置的形式，雖然在工藝上的差別不大，但是在應(yīng)用的過(guò)程存在不同的優(yōu)點(diǎn)以及弊端[5]。對(duì)于內(nèi)置形式而言，不僅能夠切實(shí)地將橋梁的主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高，還能夠在一定的程度上提升橋梁的外觀質(zhì)量；但是這種設(shè)計(jì)形式的弊端是需要布局的鋼筋較多，不利于混凝土的養(yǎng)護(hù)。對(duì)于外置形式來(lái)說(shuō)，它的工藝操作是比較方便的，無(wú)論混凝土養(yǎng)護(hù)還是鋼架焊接等方面取得的效果非常好。所以，在橋梁設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，要按照需求合理地選擇設(shè)計(jì)方式。

4 項(xiàng)目實(shí)踐

4.1 工程概況

該橋梁項(xiàng)目中，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為封閉式流線型扁平鋼箱梁與預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的形式，在主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選擇的是鉆石形空間索塔，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，包含下、中、上塔柱與橫梁結(jié)構(gòu)構(gòu)成。塔柱與橫梁均使用50 級(jí)混凝土制作，塔柱設(shè)計(jì)為弧線形，因?yàn)樗男问捷^為特殊，質(zhì)量要求較高，現(xiàn)場(chǎng)操作空間比較狹小，工程量比較大且是高空作業(yè)，合龍作業(yè)的工期會(huì)比較長(zhǎng)，整個(gè)塔柱必須在合理的工期內(nèi)完成建設(shè)施工，所以塔柱是整個(gè)工程重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)樗魉F(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件受到限制，容易發(fā)生塔柱傾斜等問(wèn)題，所以塔柱現(xiàn)場(chǎng)施工采用勁性骨架的形式，在達(dá)到結(jié)構(gòu)受力條件下，做好現(xiàn)場(chǎng)施工的控制，保證施工進(jìn)度合格，同時(shí)還要提高塔柱的美觀性，促進(jìn)施工質(zhì)量水平的提升。

4.2 勁性骨架設(shè)計(jì)要點(diǎn)

勁性骨架是索塔施工導(dǎo)向、鋼筋定位、模板固定的重要結(jié)構(gòu)形式，也是進(jìn)行上塔柱預(yù)應(yīng)力鋼筋與斜拉索鋼筋定位安裝的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。在目前的塔柱施工中，采取的是爬模施工技術(shù)，每?jī)晒?jié)模板高（4.5m）為一個(gè)施工段，所以將勁性骨架初步設(shè)計(jì)為4.5m 高。在現(xiàn)場(chǎng)的安裝中，第一節(jié)高度應(yīng)該超出混凝土結(jié)構(gòu)表面0.5m，然后每一塊都要在安裝結(jié)束的勁性骨架上接高，每一次接高4.5m，澆筑一次塔柱結(jié)構(gòu)。這種安裝方式的缺陷就是整個(gè)骨架的結(jié)構(gòu)尺寸比較大，自重也比較大，定位開(kāi)始前無(wú)法進(jìn)行吊點(diǎn)的放松處理，占據(jù)吊點(diǎn)的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，同時(shí)整體調(diào)整的難度較高，給項(xiàng)目的進(jìn)度造成不利的影響?；诖?，現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員將其設(shè)計(jì)為豎向兩節(jié)的結(jié)構(gòu)，分塊吊裝，再焊接為整體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是等邊角鋼與型鋼，設(shè)計(jì)鋼材使用量為30kg/m3混凝土，經(jīng)過(guò)方案的優(yōu)化，鋼材使用量減少，施工的速度加快。

4.3 勁性骨架施工工藝

4.3.1 骨架制作

骨架制作前，先選擇施工材料，必須保證結(jié)構(gòu)的性能，還要減少材料的浪費(fèi)，保證安裝操作方便。制作實(shí)腹式骨架，如果使用工字鋼制作，一則使用量較大，二則剛度不足。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，決定采用剛度大、材料少且能夠分塊安裝的鋼桁架柱的形式，由100×100×10、75×75×8 兩種角鋼組成，使用加勁柱和平聯(lián)的形式構(gòu)成。由100×100×10 角鋼制作的骨架尺寸為44cm×36cm，在加工廠內(nèi)按照設(shè)計(jì)方案加工時(shí)，控制好結(jié)構(gòu)的尺寸和性能，保證加工精度合格。運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，首先進(jìn)行測(cè)量放線控制，以保證安裝施工的精度符合要求，其次進(jìn)行桁架柱位置確定，然后固定，最后焊接平聯(lián)，組合形成整體的勁性骨架。每個(gè)骨架加工結(jié)束后，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的質(zhì)量檢查，符合要求后，才能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)，且必須保證不會(huì)發(fā)生變形的問(wèn)題，以保證工程的質(zhì)量合格。

4.3.2 骨架安裝

勁性骨架的現(xiàn)場(chǎng)安裝施工，采用16t 塔吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，連接首節(jié)勁性骨架和調(diào)平預(yù)埋鋼板，調(diào)平預(yù)埋鋼板直接安裝錨固鋼筋，埋設(shè)到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)。因?yàn)檎{(diào)平預(yù)埋鋼板的各個(gè)部分是骨架的基礎(chǔ)，要控制好調(diào)平鋼板結(jié)構(gòu)的尺寸與位置。勁性骨架之間使用螺栓連接，檢測(cè)合格后，再進(jìn)行焊接作業(yè)。勁性骨架的安裝順序?yàn)橄辱旒?、后平?lián)。先桁架就是先固定桁架柱，后平聯(lián)就是將數(shù)節(jié)勁性骨架焊接組合。首節(jié)勁性骨架安裝定位的過(guò)程中，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求放樣出底部邊線，同時(shí)還要檢測(cè)確定四個(gè)角的標(biāo)高，達(dá)到設(shè)計(jì)方案的要求；第二節(jié)勁性骨架在第一節(jié)安裝完畢后及時(shí)進(jìn)行安裝，并且再進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整，直到達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求；其他以此類推。在勁性骨架的安裝定位過(guò)程中，要做好跟蹤檢測(cè)的工作，防止出現(xiàn)偏差后返工，影響施工的進(jìn)度和質(zhì)量。勁性骨架安裝工作結(jié)束后，可以將骨架安裝的空間桁架制作為簡(jiǎn)易工作臺(tái)，讓塔柱等結(jié)構(gòu)的施工都能利用簡(jiǎn)易工作臺(tái)完成施工，以保證施工的質(zhì)量和效果合格，不會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)施工產(chǎn)生阻礙和影響。

5 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，在橋梁設(shè)計(jì)中勁性骨架的應(yīng)用不僅能提升橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，同時(shí)還可以提高橋梁的穩(wěn)定性。因此，在勁性骨架應(yīng)用時(shí)需要考慮橋梁設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求，從設(shè)計(jì)初始做好各方面的參數(shù)優(yōu)化，保證設(shè)計(jì)效果能夠發(fā)揮出來(lái)。在本文研究中，對(duì)勁性骨架的設(shè)計(jì)方案以及施工方案要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)探究，目的在于提升整體工程的質(zhì)量。