懸索橋主塔上橫梁支架下支撐系統施工與仿真關鍵技術研究

（中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021）

0 引言

懸索橋是我國大跨度橋梁采用最多的結構形式之一，作為纜索支承橋梁，索塔是懸索橋支承主索的重要結構物[1]。建設工程中，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，施工風險大，穩定問題突出[2]。因此，有必要對其施工與仿真關鍵技術進行系統研究。陳竹[3]針對龍江特大橋的特征對四種工藝進行比較，上橫梁施工最終采用單排鋼管支架施工，并對工藝優勢進行了詳細論述。胡雄偉[4]詳細闡述了重慶寸灘長江大橋橋塔橫梁支架設計與施工，其設計提高了該類橋梁的施工工效，值得借鑒學習。常志軍[5]針對南寧大沖邕江特大橋的特點，詳細闡述了索塔上橫梁施工的支架系統，并進行了安全性驗算。

新田長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，盤扣支架下設置支撐系統，支撐系統包含I25a 工字鋼分配梁、型鋼主梁、托架頂分配梁、托架系統等，本文依托新田長江大橋，對其上橫梁支架下支撐系統施工與仿真關鍵技術進行研究，所得施工技術經驗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目全長22.153 公里，新田長江大橋是其關鍵控制性工程，橋址位于萬州主城區上游19 公里處。新田長江大橋全長約1.7公里，主橋采用主跨1020米雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，北塔柱上游側高177.5米，下游側高161.5 米，南塔柱高均為177.5 米，索塔共設上、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，箱型斷面增設側墻，上橫梁頂側墻呈弧線變化，上橫梁底側墻呈折線變化，體現渝山之層巒，下橫梁底側墻呈弧線變化，體現渝水之婉約，索塔造型意在與當地景觀相結合，體現渝山渝水之情。

上橫梁按A 類預應力鋼筋混凝土結構設計。橫梁高7.5m、寬7.0m，橫梁頂需設置

高度1.25m 護欄，上橫梁頂板、底板、腹板均厚1.0m，設置2 道橫隔板，隔板0.8m，

隔板開設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。上橫梁內布置32 束15-19 鋼絞線，下橫梁內布置44 束15-19鋼絞線，預應力鋼絞線采用兩端張拉，張拉時水平方向先內后外，對稱張拉。錨下張拉控制應力采用0.75Rby＝1395MPa，每束張拉力上、下橫梁均為3711kN。所有預應力錨固點均設在塔柱外側，采用深埋錨工藝。

為降低橫梁內外溫差，改善通風狀況，在橫梁腹板設置直徑φ7.5cm 的PVC 通風管。在橫梁底板布設直徑φ7.5cm 的PVC 管，兼具排水和通風的作用。

2 下支撐系統施工

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預埋鋼板焊接。

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，采用塔吊單榀進行吊裝，第一榀主梁吊裝到位后采用槽鋼進行支撐防止發生傾覆，后續各榀主梁吊裝到位后與前一榀主梁之間焊接平聯及斜撐，以增強其穩定性。

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搭設

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；在縱橋向方向根據荷載的不

同分別采用30cm、60cm、90cm 間距。

盤扣支架立桿根據長度配標準節及其它非標準節拼裝而成。盤扣支架搭設流程為：底托、首層立桿及掃地桿擺放到位→搭設首層支架，同時連接好掃地桿和底層水平斜撐→安裝橫桿→接頭鎖緊→搭設腳手板→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→鋪設模板。

盤扣支架上設置I14 工字鋼分配梁，工字鋼沿縱橋向鋪設，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，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，利用預留孔洞懸掛三腳架。

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

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

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桁架。

7）平移拆除中間桁架單元。

8）拆除軌道梁、牛腿、平臺。

3 支架設計

3.1 上橫梁支架設計

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；在縱橋向方向根據荷載的不同分別采用30cm、60cm、90cm 間距。

盤扣支架下設置支撐系統，支撐系統包含I25a 工字鋼分配梁、型鋼主梁、托架頂分配梁、托架系統等。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 工字鋼其下設置型鋼主梁，型鋼主梁高3m，共設置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，單榀內斜撐采用雙拼[20a 槽鋼，榀與榀之間平聯采用雙拼[10 槽鋼，斜撐采用[10 槽鋼。型鋼主梁下設置雙拼HM588×300mm 型鋼主分配梁。主分配梁下設置托架，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，托架內部斜桿采用HM390×300mm 型鋼。

3.2 盤扣支架下支撐系統計算

3.2.1 支撐系統簡介

盤扣支架下支撐系統采用MIDAS CIVIL 軟件整體建模計算，支撐系統包含I25a 工字鋼分配梁、型鋼主梁、托架頂分配梁、托架系統等。

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 工字鋼其下設置型鋼主梁，型鋼主梁高3m，共設置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，平聯及斜撐采用雙拼[28a 槽鋼。

型鋼主梁下設置雙拼HM588×300mm 型鋼主分配梁。主分配梁下設置托架，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，托架內部斜桿采用HM390×300mm 型鋼。

3.2.2 計算模型及荷載

采用MIDAS CIVIL 軟件對支撐系統整體建模計算，計算模型見下圖1。

圖1 支撐系統計算模型

支撐系統的荷載主要包括結構自重、混凝土荷載及施工臨時荷載，結構自重由軟件自動導入，分項系數為1.2，混凝土荷載及施工臨時荷載以線荷載的方式加載于I25a 工字鋼分配梁上，混凝土荷載分項系數為1.2，施工臨時荷載分項系數為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行加載，模型加載時按實際荷載位置進行加載。

3.2.3 強度計算

經計算分配梁應力122 MPa、主梁上弦桿應力163 MPa、主梁下弦桿應力104 MPa、主梁豎桿應力176 MPa、主梁平聯及斜撐應力197 MPa、分配梁應力155 MPa、托架上弦桿應力180 MPa、托架斜桿應力197 MPa、托架內部聯系桿130 MPa，均滿足設計要求。

3.2.4 剛度計算

支撐系統整體位移計算結果如下：

支撐系統最大位移為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 結論

本文以新田長江大橋為背景，研究懸索橋上橫梁支架下支撐系統施工與仿真關鍵技術，并對新田長江大橋的上橫梁支架下支撐系統施工進行了分析介紹。

（1）新田長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分配梁、主梁上下弦桿、豎桿、托架斜桿、內部聯系桿等進行了驗算，均滿足要求。

（2）新田長江大橋上橫梁支架下支撐系統采用的施工工藝目前已成功應用，實際效果良好。起到了降低施工成本、節省工期、降低施工難度、提高施工質量的作用，為以后類似的工程提供了新的思路，具有較強的借鑒和指導價值。