斜拉橋傾斜索塔液壓爬模系統(tǒng)施工分析

摘要：文章依托武宣黔江特大橋項目，針對傾斜索塔液壓爬模系統(tǒng)進行施工分析，采用有限元軟件進行數(shù)值模擬，驗算液壓爬模系統(tǒng)在傾斜索塔施工作業(yè)時的應力變形情況，以有效地解決傾斜索塔爬模施工的難點。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；傾斜索塔施工；液壓爬模系統(tǒng)

中圖分類號：U448.27" " "文獻標識碼：A" " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.049

文章編號：1673-4874（2024）11-0167-03

0引言

液壓爬模系統(tǒng)在公路橋梁工程的應用已經(jīng)趨于成熟，是目前絕大多數(shù)橋梁墩柱或主塔施工的主要選擇。市面上的液壓爬模系統(tǒng)主要服務于豎直向上的混凝土墩柱，采用該工藝既可以加快施工進度，也可保障施工過程中的人員的安全性［1］。但是面對大角度傾斜索塔墩柱，若直接使用常規(guī)液壓爬模系統(tǒng)，則可能出現(xiàn)因澆筑混凝土直接傳力到架體上，導致液壓爬模架體變形，從而引發(fā)安全隱患。因此，需要對常規(guī)液壓爬模系統(tǒng)進行改裝，如針對單節(jié)混凝土澆筑高度增加作業(yè)平臺，加固爬架主要承重材料以滿足液壓爬模系統(tǒng)斜爬、仰爬等特殊工況。

基于以上情況，本文以武宣黔江特大橋為依托，對傾斜索塔所采用的液壓爬模系統(tǒng)進行分析，驗算其在實際施工過程中靜置、爬升、混凝土澆筑節(jié)段各部件的強度、剛度、變形等，是否滿足施工要求和安全要求。該項目采用的液壓爬模系統(tǒng)成功應用，解決了傾斜索塔施工的問題，為同類型或相近類型的索塔施工提供了參考。

1工程概況

武宣黔江特大橋為雙塔雙索面斜拉橋，該橋全長1000m，主跨618m，主塔高216m（含塔冠），主橋跨徑組合為（56+48+87+618+87+48+56）m，主跨為鋼箱梁，邊跨為預應力混凝土現(xiàn)澆梁。索塔外形為“鉆石型”，上、中塔柱豎直方向往上向內(nèi)側(cè)靠攏，上塔柱縱橋向豎直，橫橋向內(nèi)外側(cè)斜率為1/10.062，中塔柱縱橋向斜率為1/64，橫橋向內(nèi)外側(cè)斜率為1/10.062，下塔柱采用縱、橫方向截面向底部逐漸增大的斜直線，兩塔肢在橫向向內(nèi)側(cè)收攏［2］。下塔柱縱橋向斜率為1/64，橫橋向外側(cè)斜率為1/6.713，橫橋向內(nèi)側(cè)斜率為1/4.758。索塔混凝土為C50，采用液壓自爬模體系施工，為節(jié)約施工時間，提高塔身混凝土澆筑效率，索塔劃分為40個節(jié)段進行澆筑，標準澆筑高度為5.8m、5.9m，最大分節(jié)垂直高度6.0m，模板高度6.1m，液壓自爬模爬升時存在直爬、斜爬、仰爬、俯爬情況，最大仰爬角度下塔柱為82°、中塔柱84°、上塔柱84°。斜拉橋索塔立面圖如圖1所示。

2斜拉橋傾斜索塔液壓爬模系統(tǒng)設(shè)計

液壓自爬模的動力來源是本身自帶的液壓頂升系統(tǒng)。爬架系統(tǒng)包括爬升裝置模板系統(tǒng)、上桁架系統(tǒng)、承重三角架系統(tǒng)、下吊架系統(tǒng)液壓系統(tǒng)等通用部件及部分“非標準件”組成。爬模系統(tǒng)主要工作原理：軌道和爬架互不關(guān)聯(lián)，二者之間可進行相對運動，通過軌道和爬架交替附墻，相互提升對方，以實現(xiàn)軌道和爬架的異步爬升。

該系統(tǒng)架體平面布置間距最大為單跨3.46m，架體總高度16.4m。針對傾斜索塔，液壓爬模系統(tǒng)在爬升過程中，靜置過程中最不利情況為仰爬爬模機位，針對此情況，架體仰面和俯面?zhèn)雀鞑荚O(shè)3榀機位，其余面各布設(shè)2榀機位。液壓爬模系統(tǒng)設(shè)置如圖2所示。

3液壓爬模系統(tǒng)有限元分析

本文利用Midas軟件進行有限元計算模擬，模型建立選擇液壓爬模系統(tǒng)最不利的仰爬機位，若此仰爬面驗算結(jié)果符合要求，則整個液壓爬模系統(tǒng)可滿足項目施工需求。液壓爬模系統(tǒng)三維模型如圖3所示。

3.1模擬工況

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2020）［3］、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTGD64-2015）［4］和《液壓爬升模板工程技術(shù)標準的規(guī)定》（JGJT195-2018）［5］等規(guī)范，選取材料參數(shù)。鋼材取Q235鋼，重力密度為78.5kN/m3；Q235容許應力值：f=145MPa，fv=85MPa；受彎構(gòu)件容許撓度值為L/300。爬升或停工狀態(tài)下爬模裝置自重荷載分項系數(shù)為1.0，施工狀態(tài)下爬模裝置自重荷載分項系數(shù)為1.0。鑒于依托工程索塔高度為216m，施工過程中必然會受到風荷載的影響，因此為使數(shù)值模擬更加貼合實際施工情況，計算過程中考慮風荷載分項系數(shù)為0.9。有限元模擬時，考慮按照液壓爬模系統(tǒng)靜置狀態(tài)下和爬升狀態(tài)下兩種工況進行模擬，確認爬模系統(tǒng)是否可以滿足施工需求，如表1所示。

3.2計算結(jié)果分析

3.2.1爬模各桿件應力情況

計算結(jié)果如圖4所示。液壓爬模系統(tǒng)在工況一的情況下，桿件最大組合應力主要分布于爬架最上緣兩側(cè)桿件處，最大應力為83.0MPa，爬架中、下兩層桿件應力值相差較小，應力均勻分布，不存在應力集中現(xiàn)象，且爬架所有桿件應力值均小于容許強度145MPa，因此該工況下爬架滿足施工要求。

液壓爬模系統(tǒng)在工況二的情況下，桿件最大組合應力主要分布于爬架最上緣兩側(cè)桿件處，最大應力為83.0MPa，爬架各桿件應力均勻分布，不存在應力集中現(xiàn)象，且爬架所有桿件應力值均小于容許強度145MPa，因此該工況下爬架滿足施工要求。

3.2.2爬模各桿件剪應力情況

計算結(jié)果如圖5所示。液壓爬模系統(tǒng)在工況一的情況下，桿件剪應力主要分布于爬架模板下邊緣，最大剪應力為30.2MPa，且爬架所有桿件剪應力值均小于強度設(shè)計值85MPa，因此該工況下爬架滿足施工要求。

液壓爬模系統(tǒng)在工況二的情況下，桿件剪應力主要分布于爬架模板下邊緣，最大剪應力為22.7MPa，且爬架所有桿件剪應力值均小于強度設(shè)計值85MPa，因此該工況下爬架滿足施工要求。

3.2.3爬模各桿件變形情況

計算結(jié)果如圖6所示。液壓爬模系統(tǒng)在工況一的情況下，桿件最大變形主要分布于爬架頂部平臺，最大變形量為34.4mm，該變形量按照《建筑施工附著升降腳手架管理暫行規(guī)定》中所規(guī)定受彎構(gòu)件容許撓度值為L/300=12000/300=40mm，因此該工況下爬架滿足施工要求。

液壓爬模系統(tǒng)在工況二的情況下，桿件最大變形主要分布于爬架最底層平臺，最大變形量為30.2mm，該變形量按照《建筑施工附著升降腳手架管理暫行規(guī)定》中所規(guī)定受彎構(gòu)件容許撓度值為L/300=12000/300=40mm，因此該工況下爬架滿足施工要求。

4結(jié)語

（1）液壓爬模系統(tǒng)在靜置施工狀況下，爬架最上緣的桿件應力最大，同時變形量最大，因此該部位的架體設(shè)計要加強。本文介紹的爬模系統(tǒng)在此情況下，各桿件的組合應力未超過規(guī)范值。

（2）液壓爬模系統(tǒng)在爬升狀況下，爬架最上緣的桿件應力最大，但桿件最大變形量分布在爬架最下緣，在同類型的爬模體系中要著重關(guān)注此部位的變形情況。本文介紹的爬模系統(tǒng)在此情況下，各桿件的變形值未超過規(guī)范值。

（3）液壓爬模系統(tǒng)在靜置施工狀況下和爬升狀況下，最大剪應力均出現(xiàn)在爬架模板底口位置，意味著在施工過程中，一定要加強爬架模板的底口加固工作，避免出現(xiàn)剪應力過大，造成模板底口失穩(wěn)。本文介紹的爬模系統(tǒng)在施工過程中，各桿件的剪應力均為超過規(guī)范要求數(shù)值，保障了爬模系統(tǒng)的施工安全性。

針對傾斜索塔爬模施工，施工單位應重點關(guān)注爬模系統(tǒng)仰爬面的結(jié)構(gòu)性能，避免出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，爬架各桿件變形控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，方可有效杜絕爬模施工過程中出現(xiàn)安全隱患。綜合有限元數(shù)值模擬結(jié)果和本文依托項目實際施工檢驗，該套液壓爬模系統(tǒng)適用于斜拉橋傾斜索塔施工，各項性能均符合要求。

參考文獻：

［1］麻瑞昇，王旭，楊赟，等.大角度傾斜橋塔爬模施工分析［J］.公路交通技術(shù)，2021，37（5）：69-73.

［2］尹超，楊善紅.安徽省望東長江公路大橋橋塔方案構(gòu)思［J］.公路交通科技（應用技術(shù)版），2011，7（11）：171-175.

［3］JTG/TF50-2020，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］JTGD64-2015，公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］JGJT195-2018，液壓爬升模板工程技術(shù)標準的規(guī)定［S］.

作者簡介：翟少磊（1990—），工程師，研究方向：橋梁隧道施工技術(shù)。

收稿日期：2024-05-18