双曲线型索塔横梁调节式托架设计

　　摘  要：汝郴高速赤石特大桥索塔内横梁结构复杂，施工难度大。设计的施工托架具有结构轻巧、受力明确，拼装与拆除方便、周转率高等特点，适用于大尺寸索塔横梁的施工。

　　关键词：施工设计；横梁；调节式托架；调节段；底座

　　Abstract : RuChen high-speed ChiShi super major bridge in the cable tower beam structure is complex, difficult construction. The design of the construction of the carrier has the structure to be dexterous, kinetic, clear, go all out outfit and removal of convenient, turnover higher characteristic, suitable for big size cable tower construction of the crossbar.

　　Keywords: construction design; Beam; Adjustment type brackets; Adjustment period; base

　　1  工程概况

　　赤石特大桥是厦门至成都高速公路汝城至郴州段的一座特大型桥梁，主桥为跨径165m+3×380+165m四塔预应力混凝土双索面斜拉桥。6#索塔由上塔柱、中塔柱、下塔柱、塔座、A～D横梁组成，承台顶面以上塔柱总高度为274.13m。下塔柱为C横梁中部至塔座以上索塔区段，高101.23m，为带凹槽的曲线收腰形薄壁结构，断面为空心带凹槽的八边形，横桥向凹槽内侧设置竖向加劲板。

　　D（C）横梁为普通(预应力)混凝土结构，高6m，顶底板厚1.5m，四周与塔壁固结，内设3片1.2m厚纵桥向横隔板，平面尺寸为18.7m×10.2m（18.3m×8.0m）。D横梁断面结构布置见图1。

　　图1  D横梁断面图

　　2  现浇支架总体布置

　　横梁施工采用塔梁同步现浇方案，竖向分两次浇筑完成。塔外模板采用液压爬模，塔内模板支承在现浇支架上。

　　现浇支架于横桥向共布置6片托架，托架上布置分配梁、钢管架及模板。托架采用对撑式结构，由弦杆、斜撑、系杆及底座组成。托架间采用连接系连成整体，保证横向稳定性。

　　现浇支架结构布置见图2。

　　图2  现浇支架结构布置图

　　3  托架构造

　　3.1  托架弦杆

　　弦杆采用2根HN500×200型钢组焊而成。弦杆上设置斜撑连接铰座，每组弦杆之间设置横向连接系，增强结构稳定性。

　　调节段设置在弦杆中部，与弦杆通过法兰拼接，用于平衡两侧托架的水平力内倾力。通过采用不同长度的调节段，可使托架适用于不同平面尺寸横梁的施工，大大增加了托架的周转使用能力。

　　3.2 托架斜撑

　　斜撑采用φ219×16无缝钢管加工制作，无缝钢管两端开槽口，采用坡口焊缝焊接销轴耳板。斜撑与弦杆、系杆间通过销轴连接。

　　托架拆除时，解除斜撑与弦杆、系杆间连接销轴，将托架弦杆、斜撑、系杆拆成散件，利用塔吊及卷扬机从横梁过人孔中吊出。

　　3.3  托架系杆

　　系杆采用2根HN500×200型钢组焊而成，用于平衡两侧托架的水平外推力，消除外推力对塔柱的不利影响。调节段设置在系杆中部，安装时需与弦杆调节段相匹配。

　　3.4  托架底座

　　底座采用Q345B钢板焊接成为L型焊接箱形结构，安装在塔柱预留孔内。底板、侧板、端板采用厚板焊接成为封闭箱形，内部焊接较薄板件作为隔板，增强侧板、端板稳定性。

　　底座两侧分别设置反力座。反力座与塔柱间抄垫密实。底座顶面设横向限位装置，提高托架安装精度，限制托架整体横向位移。

　　底座结构布置见图3。

　　图3  托架底座结构图

　　3.4  托架牛腿

　　牛腿采用Q235B钢板焊接成为楔形结构，采用预埋爬锥固定在塔柱上。弦杆两端牛腿上，一端设横向限位装置，另一端采用焊缝焊接，可以提高托架安装精度，限制托架整体横向位移，同时消除塔柱变形在托架内产生的次应力。

　　4  受力特点

　　横梁浇筑混凝土荷载，在钢管架内产生竖向压力，该压力通过分配梁传递，作用在托架上。弦杆截面承受压、弯、剪内力，斜撑承受轴向压力，系杆承受偏心拉力，托架底座承受托架传递的竖向荷载。

　　托架底座通过预拉精轧螺纹钢筋与塔柱紧密接触，通过控制张拉荷载，使得在横梁浇筑过程中，底座与塔柱保持接触。预拉精轧螺纹钢筋、侧面反力座、底面混凝土共同限制了底座的水平位移、竖向位移、平面内转角，使得底座和塔柱混凝土处于较好的受力状态。

　　5  结构计算

　　横梁施工工艺如下：

　　绑扎第8节塔柱钢筋→安装预埋件、埋设预留孔→浇筑第8节塔柱混凝土→提升爬模、安装现浇支架、绑扎钢筋→浇筑第9节塔柱及横梁底板混凝土→提升爬模、绑扎钢筋→浇筑第10节塔柱及横梁顶板混凝土。

　　根据横梁施工工艺计算托架结构如下：

　　5.1  荷载取值

　　⑴、模板及支架自重：按实际取值；

　　⑵、混凝土自重：26kN/m3；

　　⑶、施工机具及人员荷载：2.5kN/m2。

　　5.2 荷载组合

　　荷载组合一：⑴+⑵+⑶；

　　荷载组合二：⑴+⑵。

　　荷载组合一用于计算托架的强度及稳定性；荷载组合二用于托架的刚度。

　　5.3  分析计算

　　对现浇支架整体结构、底座结构、第一次浇筑横梁底板分别建模计算。

　　整体结构采用SAP2000建立杆系模型分析计算。牛腿及底座按约束考虑，根据实际情况分别施加了竖向约束和水平约束。荷载按照实际浇筑情况施加到相应杆件上。

　　底座结构采用SAP2000建立壳单元模型分析计算。底座与混凝土接触采用单向受压弹簧模拟，预拉精轧螺纹钢筋位置限制单向位移。荷载按实际情况施加在托架顶板上。

　　第一次浇筑横梁底板采用ANSYS建立三维实体模型进行分析计算。塔柱与承台接触处约束所有自由度。混凝土材料特性及配筋根据实际情况模拟，荷载根据实际分布情况，施加在横梁底板顶面上。

　　托架构件计算结果见表1，第一次浇筑横梁底板混凝土计算结果见表2。

　　表1  托架构件计算结果(MPa)

　　弦杆斜撑系杆底座

　　应力计算值13512695210

　　强度设计值215215215295

　　表2  横梁底板计算结果(MPa)

　　拉应力计算值拉应力设计值压应力计算值压应力设计值

　　底板混凝土0.551.8312.322.4

　　结构各杆件均按照规范验算了平面内平面外稳定，均满足要求；结构整体稳定系数为23，也满足要求。

　　由计算结果可见，第二次浇筑横梁混凝土时，拆除托架结构，不会造成已经终凝完成的横梁底板开裂。进一步分析计算可以得到，在不拆除托架的情况下，第二次浇筑横梁混凝土在托架各构件的内力，相较第一次浇筑横梁混凝土时仅增加约1.5%。故此，托架可仅按第一次浇筑混凝土荷载设计，现场可以根据材料周转及工期安排的具体情况，合理安排是否在第二次浇筑混凝土前拆除托架结构，提高施工效率。

　　6小结

　　汝郴高速赤石特大桥施工实践证明，该托架结构相比传统结构节约材料40%以上，安装工期仅为1天，可在横梁施工过程中多次周转使用，提高了施工效率，取得了非常好的经济效益。

　　该托架结构可适用于大尺寸索塔内横梁施工，是一种值得推广的结构形式。

　　参考文献：

　　1)JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范．人民交通出版社，2004．

　　2)GB500017-2003 钢结构设计规范．中国计划出版社，2003．

　　3)交通部第一工程总公司．桥涵．人民交通出版社，2003．

　　4)周水兴，何兆益，邹毅松等．路桥施工计算手册．人民交通出版社，2003