斜拉橋主塔上橫梁施工技術研究

鄧 文 武

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200433)

0 引言

橋梁上橫梁施工支架有落地鋼管支架法和桁架法，落地鋼管支架支撐在主梁上，需要等上橫梁施工完畢支架拆除后方可施工主梁其他段，嚴重制約了主梁施工工期，很難完成既定的工期目標。經過方案比較，選用桁架法施工上橫梁。本文就桁架設計進行詳細的論述，為今后類似工程上橫梁支撐桁架的設計及施工提供參考。

1 工程概況

辰塔公路越黃浦江大橋新建工程位于上海市西南角的松江區主城區的西南部呈南北走向的辰塔公路上，是辰塔公路(D30公路)跨越黃浦江(原名橫潦涇)的一個重要節點。

主橋橋型為雙塔雙索面混凝土梁斜拉橋，基本結構體系采用半漂浮體系，主跨296 m，主橋全長546 m。斜拉索縱向立面采用扇形布置，全橋共84對索。索塔橫向為花瓶形索塔，總高93.7 m，索塔共設兩道橫梁。上橫梁位于橋面以上34 m處，下橫梁位于主梁底面下，兩道橫梁將塔柱分為上、中、下三段。

上橫梁為3.5 m×3.5 m空腹矩形截面，跨度為22 m。底面標高為39.2 m，距離下橫梁頂面高度為35.5 m。混凝土采用C50，單個上橫梁混凝土為182.85 m3(見圖1)。

2 桁架系統設計

2.1 設計思路

1)桁架系統組成。

桁架系統包括桁架結構、模板平臺以及操作平臺三部分組成。

2)傳力體系。

混凝土荷載→18 mm厚木模→橫橋向100×100方木@300 mm→順橋向20a工字鋼@300 mm→雙拼40a工字鋼@1 000 mm→順橋向雙拼40a工字鋼@3 300 mm→支撐桁架→支撐牛腿。

3)桁架設計。

在中塔柱上設置支撐牛腿，將桁架焊接在牛腿上。支撐桁架的上下弦桿采用雙拼[40c槽鋼，豎腹桿采用雙拼[32a槽鋼(口對口焊接)，斜腹桿采用[32a槽鋼；桁架的上弦桿長23 m，下弦桿長24.2 m，豎桿間距3.3 m，共設置3榀桁架；桁架高3 m，間距1.5 m，桁架之間采用20a工字鋼連接，整個模板系統高1.096 m。

為方便設置上橫梁底模預拱度，同時考慮拆模方便，在支撐桁架和順橋向雙拼40a工字鋼之間設置2個雙拼L=10 cm的10號槽鋼(見圖2，圖3)。

2.2 桁架計算

2.2.1模型簡介

上橫梁支撐系統結構分析采用Midas/Civil軟件，有限元計算模型中均采用梁單元，計算模型及邊界條件如圖4，表1所示。

表1 計算模型邊界表

位置DxDyDzRxRyRz備注桁架支撐牛腿111011一般連接桁架與模板連接111000主從約束模板與模板連接111000主從約束注:1)順橋向為x方向,橫橋向為y方向,高度方向為z方向;2)1表示約束,0表示釋放

2.2.2計算荷載

1)混凝土荷載：26 kN/m3，計算時，考慮沖擊系數1.05；

2)模板荷載：0.6 kN/m2；

3)支撐系統自重：由結構分析軟件計算確定，自重系數取-1；

4)施工荷載：2.0 kN/m2；

5)風荷載：wk=βzμsμzw0，查表計算，風荷載wk=1.55×1.3×1.42×0.65=1.86 kN/m2。

本工程上橫梁混凝土分2次施工，第1次混凝土施工到上橫梁上倒角位置，澆筑完5 d后澆筑第2次混凝土。為了避免出現裂縫，在第1次混凝土澆筑3 d后張拉底板2根預應力鋼束至設計值的50%，因此第2次澆筑的混凝土荷載由桁架和第1次澆筑的混凝土共同承擔，根據桁架的剛度和第1次澆筑混凝土的剛度分配。在桁架設計計算時，混凝土荷載按照一次性澆筑施加。

2.2.3計算結果

經過計算，支撐桁架的整體應力最大為161.9 MPa，發生在上弦桿支撐位置；最大位移為14 mm，發生在上弦桿跨中位置，具體如圖5，圖6所示。

2.3 桁架支撐預埋件及牛腿設計

2.3.1預埋件設計

根據桁架計算模型可知，最大反力為74.2 t，結合桁架的支點位置，根據GB 50010—2010混凝土結構設計規范9.7預埋件及連接件章節計算，選用900 mm×900 mm×30 mm的預埋板，錨筋采用25根L=600 mm的Φ32 mm鋼筋，錨筋與預埋板塞焊，具體如圖7,圖8所示。

2.3.2牛腿設計

支撐牛腿選用1塊500 mm×700 mm×20 mm的橫向鋼板和2塊622 mm×613 mm×20 mm的豎向鋼板，通過與牛腿預埋件焊接成為整體，采用10 mm焊縫。具體如圖9，圖10所示。

3 結語

主塔上橫梁采用桁架法施工極大的縮短了施工工期，保證了上橫梁施工質量。本文詳細的介紹了桁架的設計、預埋件的設計和牛腿的設計，為今后類似工程上橫梁支撐桁架的設計提供借鑒。