香溪河大橋主塔下橫梁支架設計

汪志祥

摘要：香溪河大橋采用雙塔雙索面半漂浮結構體系，主跨為470m雙塔組合混合梁斜拉橋，跨度布置為48+48+78+470+78448+48m。主塔采用倒Y形結構，下橫梁斷面為預應力混凝土箱形構造。采用塔墩橫梁頂鋼管支架+下塔柱內側牛腿支架進行下橫梁施工，合理利用塔墩橫梁空心段承載力，減少了牛腿支反力對塔柱的不利影響。通過明確下橫梁砼荷載傳遞至支架的作用力，對支架結構進行優化，降低了鋼結構的投入，節約了施工成本。

關鍵詞：斜拉橋；下橫梁；支架設計

1工程概況

香溪河大橋橋址位于香溪河口上游約2km處，橋位東岸為歸州鎮劉家壩，西岸為歸州鎮吳家溝，與峽堡公路（S255）相接。主跨采用470m雙塔組合混合梁斜拉橋方案，空間雙索面，主塔采用倒Y形混凝土結構，主橋采用半漂浮結構體系，跨度布置為48+48+78+470+78+48+48m，設4#主塔和5#主塔兩個主塔。4#主塔高177.0m，5#主塔高167.6m，4#、5#主塔下橫梁以上高123.6m。香溪河大橋立面圖見圖l。

下橫梁位于主梁下，下、中塔柱的轉折處，橫梁斷面為預應力混凝土箱形構造，內設兩道橫隔板，橫梁高6.0m。下橫梁與中塔柱交界處設置2.0x1.0m的倒角，與下塔柱交界處設置3.0x3.0m的倒角，下橫梁順橋向與索塔塔柱同寬。下橫梁與對應高度的塔柱同步進行施工。

2支架形式選擇

下模梁支架形式根據支承位置的不同主要分為三種：①懸空支架法；②落地支架法；③落地支架+牛腿支架。

單個下橫梁混凝土1014.4m3，總重約2688t。下塔柱為單箱單室矩形截面，坐落于塔墩橫梁頂，在中塔柱轉折處壁厚為1.0m（順橋向）x1.0m（橫橋向）。塔墩為門式墩，立柱為空心薄壁截面，塔墩橫梁中部為單箱單室矩形截面，頂、底板厚均為1.0m。

下橫梁混凝土方量大，下塔柱壁厚小，且向外傾斜，若采用懸空支架法施工，牛腿處支反力大，造成塔壁混凝土局部拉應力較大：牛腿支反力傳遞至下塔柱，產生向外水平推力，塔柱變形加?。翰⑶?，牛腿體積大，塔柱豎向主筋受影響數量多，主筋連續性及垂直度得不到保證。

若采用落地支架法施工，支架底部支反力大，塔墩橫梁頂板較薄，頂板可能出現受拉裂縫，影響塔墩承載能力。

為了避免削弱主體結構力學性能，結合以往類似項目設計經驗，下橫梁支架采用落地支架+牛腿支架相結合。下橫梁支架按對稱原則布置，落地支架采用鋼管立柱，鋼管立柱支承于塔墩橫梁頂空心段倒角處，牛腿布置在塔柱截面倒角處。經過設計院復核，塔墩橫梁處受力滿足要求。

3支架結構布置

下模梁支架主要采用Q235B鋼材、Q345B鋼材及精軋螺紋鋼等材料。

鋼管立柱型號為φ1000x12mm鋼管，焊接于塔墩橫梁頂預埋件上。鋼管立柱順橋向布置三行，行距3.5m，橫橋向布置兩列，列距8m。鋼管柱標準節長度12rn，采用法蘭盤接長：鋼管連接系采用φ351x6mm鋼管，在順橋向和橫橋向等高布置，形成平面框架，每件連接系高3m，每層連接系間距9m，連接系與鋼管間采用銷接，減少高空焊接作業，確保連接系安裝質量。

牛腿采用全焊結構，底面與塔柱預埋鋼板焊接，側面利用精軋螺紋鋼拉桿固定，每個支架共布置四個牛腿，牛腿在橫橋向及順橋向對稱。支架上部結構有桁架、鋼箱梁及雙拼H588分配梁，鋼箱梁支承于牛腿頂，分配梁支承于鋼管柱頂，鋼箱梁及分配梁共同支承桁架，桁架頂鋪設小分配梁及鋼底模。

桁架弦桿采用雙拼槽鋼，豎桿及斜桿采用方鋼管。桁架高2.86m，在橫橋向通長布置，兩端設置倒角；在順橋向，下橫梁底板下布置5榀桁架，桁架間距1.2m，邊腹板下布置4榀桁架，桁架間距0.4m，兩側各外伸l榀桁架形成腳手平臺，桁架間距1.2m。桁架在順橋向安裝支撐架，每根豎桿處設置1片支撐架，相鄰支撐架前后錯開布置，支撐架寬度1.2m，在下橫梁底板與邊腹板交界處斷開，將桁架分成三個獨立部分。

為了方便桁架安裝，在桁架中部上下弦桿處斷開，采用銷接。由于主塔塔吊吊重限制，每次起吊重量僅為l榀桁架重量，為了保證桁架在高空的穩定性，用支撐架將兩件半榀桁架連成整體后吊裝，桁架對稱吊裝后，再用銷軸連接成整體。

鋼箱梁及分配梁兩端各超出下橫梁寬度1.2m以上，用于支撐外側腳手平臺桁架，也用作中部桁架拆除時的橫移軌道。為方便支架落架拆除，在鋼管立柱頂設置砂箱，牛腿頂由于空間限制設置鋼楔塊。

4#主塔與5#主塔下橫梁支架上部結構完成相同，僅鋼管立柱高度及連接系層數有所不同。下橫梁支架總布置圖以4#主塔為例，詳見圖2。

4支架分析計算

下橫梁支架主要承受下橫梁砼自重荷載、模板及施工臨時荷載、橫向風荷載、溫度荷載、操作平臺堆載及自身鋼結構重量。其中模板及施工臨時荷載通過荷載系數予以考慮，即模型中的砼自重荷載按實際荷載的1.2倍進行施加，橫向風荷載等效成集中力加到鋼管柱頂層連接系節點處并考慮1.0系數，溫度荷載取1.0系數，支架系統自重偏安全的取1.3倍系數，操作平臺堆載取15kPa，并考慮1.2系數。結構計算采用容許應力法。

4.1工況分析

下橫梁擬分兩次澆筑，首次澆筑3m高橫梁混凝土（包括3m高下倒角），待混凝土強度達到設計強度后，張拉底板預應力鋼束，然后繼續澆筑剩余3m高橫梁混凝土。

根據施組設計，澆筑第二次砼時，第一次澆筑的砼強度已經形成，并已張拉部分預應力，故二次澆筑砼荷載主要由第一次澆筑的砼及張拉的預應力承擔，下橫梁支架僅承擔部分二次澆筑砼荷載。

在midas civil軟件中進行建模分析，以4#主塔下橫梁支架為例。建立第一次澆筑砼的下橫梁支架模型，鋼管立柱底端固結，邊箱梁牛腿處一端釋放x方向轉動，另一端采用豎向鉸接，砼荷載按線荷載施加在桁架上。endprint

建立第二次澆筑砼模型，包括下塔柱、塔柱對拉以及第一次澆筑砼的模型（均采用梁單元模擬），下塔柱與塔座固結，下橫梁與塔柱剛性連接，牛腿與塔柱剛性連接。預應力束按實際位置和錨下控制應力張拉，以鋼束預應力模擬：二次荷載以梁單元荷載模擬。第一次澆筑砼及第二次澆筑砼結構模型見圖3。

第一次澆筑砼模型中，僅考慮第一次澆筑砼荷載（不考慮支架自重）時，鋼管支反力合力5960kN，牛腿支反力合力8785kN：反力合力：14745kN。

第二次澆筑砼模型中，當考慮第二次澆筑砼荷載及預應力，不計第一次澆筑砼及支架自重時，鋼管支反力合力2594.5kN，塔柱處反力合力10662.5kN，牛腿處支反力OkN：反力合力：13257kN。

第二次澆筑砼時，傳遞至鋼管的荷載占第二次澆筑砼荷載總量的比值：2594.5/13257=20%。

可以看到，由于在第一次澆筑的混凝土凝固后，再張拉預應力，下橫梁將形成較大的初始剛度，因此，第二次澆筑的大部分混凝土產生的荷載將傳遞到塔柱之上。由于梗腋的影響，下橫梁支架端部的牛腿支撐基本退出工作，即牛腿在第二次混凝土澆筑過程中，受力增量很小。

根據類似項目設計經驗，驗算支架時，砼荷載一般取第一次澆筑砼荷載總量以及第二次澆筑砼荷載倒角以外部分的30%施加在支架上，此時鋼管支架總反力為8126.8kN，比本項目計算的鋼管支架總反力5960+2594.5=8554.5kN略小，8126.8/8554.5=95%

因此，本項目砼荷載需再乘以I/0.95=1.05系數。

4.2荷載取值

根據現場實際情況，施工期風速取9級風上下限的平均值23m/s：溫度荷載施加在鋼管立柱上，考慮日照影響，陽面鋼管立柱升溫20℃，中部鋼管升溫10℃，陰面鋼管溫度不變：砼荷載取第一次澆筑砼荷載總量以及第二次澆筑砼荷載倒角以外部分的30%，根據桁架間距以及橫梁空腔分布情況分組等效成線荷載施加在桁架弦桿上。

4.3計算結果

下橫梁支架建模計算包括：下橫梁支架整體模型計算，鋼牛腿板單元模型計算；其余部分均采用手算。鋼底模進行強度及變形驗算，牛腿進行穩定性及拉桿初拉力計算：鋼管立柱進行壓穩驗算，桁架腹桿進行壓穩驗算及焊縫強度驗算，桁架弦桿銷軸進行強度驗算；鋼管柱預埋件及牛腿預埋件處，進行混凝土局部承壓驗算以及錨板錨筋抗彎抗拔驗算：砂箱、鋼楔塊進行承載力驗算。經過上述計算，下橫梁支架結構體系強度、剛度以及穩定性均滿足要求。主要結構計算結果見表1。

5實施情況

香溪河大橋項目部按照設計要求搭設完成下橫梁支架后，對該支架體系進行檢查預驗收，整改合格后按照作業指導書進行下橫梁澆筑。5#墩下橫梁第一次澆筑于2017年5月29日順利完成，整個施工過程安全平穩，下橫梁施工質量滿足規范要求：第二次澆筑將于2017年6月下旬完成。4#墩下橫梁施工將于2017年7月底完成。5#主塔下橫梁支架搭設施工圖見圖4。

6結語

香溪河大橋下橫梁支架安裝與下塔柱施工同步進行，不影響主塔施工進度，下橫梁澆筑完成后，為主梁提前架設創造有利條件，節約了工期。支架鋼管柱與邊主梁支架采用同種規格型號，可就近倒用，減少了材料消耗。

優化下橫梁砼荷載取值，合理設計支架結構形式，降低了對主體結構的影響，減少了鋼結構的投入，縮短了施工時間，節約了成本，創造了一定的經濟效益。endprint