长江公路大桥北索塔上横梁支架设计与施工

荆岳长江公路大大桥北索塔塔上横梁支架设计与施工工工1.工程概况荆岳长江公路大大大桥是主主跨为为816m的双塔混混合合梁斜拉拉桥，其其北塔（28＃墩）高高达265..550m，为世界界最最高的“H”型斜拉桥桥索索塔。北北索塔塔的上横横梁长长、宽、高高分分别为29.55m、7.8m、7.6m。横梁断断面面为砼箱箱形构构造，顺顺桥向向与索塔塔塔柱柱同宽；；顶、底底板厚1.0m，腹板厚1.0m；内设两两道道厚0.8m的横隔板板，圆圆弧半径4m。具体构构造造见图1。图1上横粱一一般构构造图图2上横粱效效果果图采用预应力砼结结结构，共共设置置48束22φs15.224预应力钢钢绞绞线，钢钢绞线线标准强强度fpk=188660Mpa,砼采用C50，共计965mm3，总重为为：25233t。2.施工方案比比选选（1）上横梁支支架架选型上横梁支架均考考考虑空中中少支支架法施施工，将将上横梁梁砼自自重通过过支架架传递给给砼塔塔壁承受受。根根据上横横梁的的结构特特征，设设计过程程中拟拟定了两两种支支架布置置形式式。=1\*GB3①拼装式系杆拱拱拱式支架（比比选方案）：：整个拱圈由四片片片桁拱构构成，通通过双偏偏心法法确定最最优矢矢跨比为1.75，采用悬悬链链线弧形形。计计算跨径29.00m。主拱肋肋由4根Φ820××110mm螺旋管构构成成，系杆杆采用用Φ529××110mm螺旋卷管管构构成，共共由四四根构成成，每每根与主主拱圈圈进行销销结。拱拱上立柱柱采用用Φ426××88mm的钢管，根根根据斜杆杆角度度和上横横梁荷荷载分布布情况况，拱上上立柱柱在局部部进行行了不等等距设设置。桁桁拱上上弦为2I566B的组合型型钢钢。中间间之间间段分配配梁采采用I32B，间距为0.755m，上铺t=166mmm的钢板作作底底模。拱拱架两两端根据据横梁梁线型设设置圆圆弧桁架架支架架，采用I12..6型钢按间间距35cm作分配梁梁，面面板采用用厚度度为6mm钢板。图3比选方案案上横横梁支架架构造图图该方案需加工444片Φ820××110mm的悬链线线拱拱肋，加加工精精度要求求高，工工地现场场不具具备加工工的条条件；需需在索索塔上安安拆一一跨径为30m的小拱，高高高空使用用两台台塔吊配配合抬抬吊，较较困难难；拱肋肋因为为拱轴系系数预预先确定定，因因此不便便周转转使用，材材料料基本为为一次次性摊销销。因因此该方方案对对加工设设备、起起吊设备备要求求较高、材材料料的周转转性小小，经济济性差差。=2\*GB3②斜腿刚构支架架架（实施方方案案）：斜支腿桁片共有有有三组，间间距距经过反反复试试算，确确定为为3.7m。刚架主主斜斜腿由φ10000××10mmm的螺旋钢钢管管构成，水水平平钢管除除中间间为φ820×1100mm的钢管外外，其其余均采采用φ720××110mm的水平管管连连接。刚刚架辅辅支腿由由于受受力较小小，采采用φ720××110mm钢管。钢钢管管立柱之之间采采用φ426××66mm的水平钢钢管管进行横横向连连接。钢钢管立立柱上设设置150t承载能力力的的砂筒。砂砂筒筒上设置3I566B的分配粱粱，再再根据上上横梁梁的横截截面质质量分布布情况况，设置18排单层贝贝雷雷，贝雷雷粱在在支点增增加2[10的竖杆作作加加强处理理。贝雷粱间在支点点点处设置置风构构，在贝贝雷粱粱两端因因小圆圆弧端桁桁架的的影响，不不能能设置风风构，则则采用在在贝雷雷粱上下下弦上上设置[16b的槽钢作作为为横向联联系。贝贝雷粱顶顶设置置2I122..6分配粱，在在在空腔位位置间间距75cm，在腹板板位位置为37.55ccm。由于整整个个刚架的的总重重量约为117t，单根支支腿腿的理论论重量量仅4t，长度长14.6666m，因此采采用用上下游游塔吊吊均可进进行起起吊安装装。支架的预拱度考考考虑弹性性变形形和非弹弹性变变形后，按按二二次抛物物线进进行设置置，考考虑横梁梁设计计预拱度度后，跨跨中支架架预拱拱度设定定为28mm。砂筒采采用用砼试验验用200t压力机进进行行预压后后锁定定、密封封，以以减少实实际使使用过程程中的的非弹性性变形形。图4实施方案案上横横梁支架架构造图图（2）方案比选选两个方案进行比比比较，实实施方方案存在在明显显优势如如下：：=1\*GB3①斜腿刚构的结结结构与中塔塔柱柱主动撑撑相结结合，结结构的的整体性性能好好；=2\*GB3②结构加工非常常常方便，实实现现工地现现场加加工；=3\*GB3③结构的单块重重重量较轻，均均在上下游塔塔吊的起重范范围内，便于于结构的安装装与拆除；=4\*GB3④材料的周转性性性高，实现现的的经济效效益高高。3.上横梁支架架结结构计算3.1有限元模模模型北索塔及支架有有有限元模模型北索塔上横梁施施施工支架架有限限元模型型3.2、材料及及及规格表表单元名称规格（mm）单元名称规格（mm）刚架主斜腿D1000*δδδ10贝雷桁片上、下下下弦杆2[10刚架辅斜腿D720*δ1110贝雷桁片竖杆I10刚架主水平杆D800*δ1110贝雷桁片加强竖杆2[10刚架辅水平杆D720*δ1110圆弧段主拱肋2[20刚架横向联系钢钢钢管D426*δ666圆弧段拱架系杆杆杆2[20刚架分配梁3I56b圆弧段拱架腹杆杆杆2[16贝雷架顶分配梁梁梁2I12.63.3计算荷载载载计算工况：北索索索塔上横横梁第第一层混混凝土土浇筑①浇注混凝土重重重量第一次浇筑混凝凝凝土3.8米高，计计算算容重26KNN//m3，混凝土土超超重1.05计入。②模板、支架自自自重内、外模板总重重重740..11KN，超重系系数1.03。③施工及人群荷荷荷载施工人员按1...5KNN/mm2考虑，施施工工机具按2KN//mm2考虑。④风荷载（顺桥桥桥方向）a：支架模板部部部分风荷载载：：该荷载载按均均布荷载载分配配于梁上上，荷荷载集度度为7.722KKN/mmb：贝雷桁片部部部分风荷载载：：该荷载载按均均布力分分配在在贝雷桁桁架上上，荷载载集度度为7KNN//m3.4计算结果果果刚架主斜腿（DDD10000**δ10）应力云云图图（KN/mm2）刚架辅斜腿（DDD7200*δ10）应力云云图图（KN/mm2）刚架主水平杆（D800δ10）应力云云图图（KN/mm2）刚架辅水平杆（D720δ10）应力云云图图（KN/mm2）刚架横向联系钢钢钢管（D426δ6）应力云云图图（KN/mm2）刚架分配梁（I56b）应力云云图图（KN/mm2）贝雷架顶横向分分分配梁（I12..6）应力云云图图（KN/mm2）贝雷片上弦杆（2[10）轴力图图（KN）贝雷片下弦杆（2[10）轴力图图（KN）加强竖杆(2[[[10)轴力图（KN）贝雷架竖杆轴力力力图（KN）贝雷架斜杆轴力力力图（KN）圆弧段拱肋（222[20）应力云云图图（KN/mm2）圆弧段系杆（222[20）应力云云图图（KN/mm2）圆弧段拱架腹杆杆杆（2[16）应力云云图图（KN/mm2）计算结果汇总：：：贝雷桁架杆件轴轴轴力（单单位KN，负为压压）单元名称最大轴力理论容许承载力力力验算贝雷桁片上弦杆杆杆225560满足贝雷桁片下弦杆杆杆195560满足贝雷桁片加强竖竖竖杆92560满足贝雷桁片竖杆43213满足贝雷桁片斜杆93171满足*取自《装配配式式公路钢桥桥桥多用途途使用用手册》立柱钢管及分配配配梁应力力表单元名称规格（mm）最大应力（MPa）容许应力（MPPPa）验算刚架主斜腿D1000*δδδ1085165满足刚架辅斜腿D720*δ111077165满足刚架主水平杆D800*δ111062183满足刚架辅水平杆D720*δ1110128183满足刚架横向联系钢钢钢管D426*δ66644183满足刚架分配梁I56b38183满足贝雷架顶分配梁梁梁I12.632183满足圆弧段主拱肋2[2079183满足圆弧段拱架系杆杆杆2[20135183满足圆弧段拱架腹杆杆杆2[1668183满足注：支架各构件件件施工容容许应应力均在在设计计规范的的规定定基础上上提高高1.3，支架立立柱柱钢管考考虑了了弯曲折折减系系数0.93.4支架整体体体刚度验验算贝雷桁架变形图图图由位移云图可以以以看出，支支架架跨中的的竖向向变形梁梁最大大为2.1ccm，贝雷桁桁架架自身绝绝对变变形量为1.0ccmm挠度与跨度比值值值为1.0ccmm/9000ccm==11/9000<11/4400满足规范范要要求。3.5局部节点点点验算及及相应应处理斜支腿和水平钢钢钢管的交交点受受力较大大，作作局部分分析如如下：计算模型图计算结果图由计算结果可知知知，钢管管在交交界处存存在局局部应力力过大大的问题题，因因此将钢钢管接接头交点点位置置处浇筑筑成C30混凝土，增增增强钢管管的抗抗挤压能能力。3.6整体稳定定定性验算算一阶失稳模态稳定系数18.55由弹性屈曲分析析析结果看看，支支架的整整体线线弹性稳稳定系系数为18.5，表现为为圆圆弧段拱拱圈的的横向失失稳，整整体稳定定性满满足要求求。4.施工保证措措施施设计上横梁支架的钢钢钢管质量量及焊焊缝质量量至关关重要，为为保保证现场场支架架与计算算模型型接近一一致，主主要采取取以下下设计措措施来来对钢管管及焊焊缝进行行处理理：（1）采用超声声波波对所有钢钢钢管立柱柱的对对接接头头焊缝缝进行100％探伤。超声波探探探测仪型型号HS6000，耦合剂剂：：工业浆浆糊，探探头类型型：单单斜探头5P9××99K3，扫描方方式式：锯齿齿型；；共检查查焊缝缝30条，经初初检检，返修修复检检，按照GB1113345--899标准评定定，无无超标缺缺欠波波形显示示，根根据GB5002205--20001二级焊缝缝要要求，所所检焊焊缝内部部质量量合格。（2）单根钢管管立立柱，在安安安装前，在在平平台上按按横向向联系位位置进进行约束束模拟拟，千斤斤顶和和钢铰线线进行行预压。检检验验压缩值值与实实测值是是否相相符及钢钢管接接头有无无不良良现象。（3）钢管立柱柱上上增贴应变变变片，对对钢管管应力进进行监监控。并并对在在钢管支支架立立柱侧面面跨中中设置位位移观观测点，对对可可能出现现的屈屈曲位置置（第第一阶屈屈曲模模态）用TCA220003全站仪进进行行变形观观测。（4）钢管接头头的的贴板处理理理立柱钢钢钢管加强强的方方式有两两种：：一种是是对接接接头进进行贴贴板加强强；另另一种是是横向向联系与与立柱柱之间，为为保保证节点点的刚刚性假设设，设设置三角角肋板板，使之之能传传递弯矩矩。5.上横梁施工工北索塔上横梁采采采用塔、梁梁异异步施工工的施施工工艺艺，即即将塔柱柱施工工至上塔塔柱一一定高度度后，再再进行上上横梁梁的施工工。横横梁分两两次浇浇筑完成成，每每次浇筑筑高度度为3.8m。具体浇浇筑筑示意图图如图图5所示。浇筑第一层3...8m高砼浇筑第二二层3.8m高砼图5上横粱浇浇筑流流程图5.1模板施工工工（1）模板设计计：：在保证质质质量及安安全的的情况下下，为为了提高高施工工效率、节节省省材料及及施工工方便，对对模模板设计计及施施工作以以下改改进：①底模板：上横横横梁底模纵纵肋肋采用10×1122cm木枋，纵纵肋肋横桥向向铺设设在支架架分配配梁上，上上横横梁腹板板下方方约270ccm宽度范围围的的纵肋间间距为为30cm，底板范范围围的纵肋肋间距距为40cm，底模面面板板采用厚厚为15mm竹胶板。②外模板：因采采采用塔梁异异步步施工工工艺，上上横梁的的外模模采用大大面积积钢模板板和中中塔柱液液压爬爬模内模模板拼拼装，利利用工工地现有有的模模板进行行配模模。③内模板：内模模模竖直面模模板板板采用用钢模模板，除除倒角角位置加加工异异型模板板，其其他均为为自加加工组合合钢模模板，钢钢板板板厚度为5mm，竖直面面模模板按4.5m高度所需需数数量加工，重重复利用用。内内模顶板板采用用木模板板，在在横梁内内搭设设钢管脚脚手架架，安装10×1122cm木枋纵梁梁，顶顶板模板板铺设设在木枋枋纵梁梁上。（2）模板安装装：：模板加工工工完成后后，由由质检部部组织织对模板板加工工尺寸、平平整整度、焊焊缝等等进行检检查，并并进行预预拼装装，验收收合格格后进行行保养养，选择择平整整的场地地存放放，注意意保护护。模板板安装装前清理理面板板上的杂杂物，面面板上的的铁锈锈必须打打磨干干净，涂涂刷脱脱模剂。①底模安装：在在在上横梁支支架架分配梁梁安装装后，复复测其其顶面标标高。铺铺设横桥桥向底底模10×1122cm木枋纵肋肋，纵纵肋搭接接位置置必须设设置在在分配梁梁上，不不容许出出现悬悬臂情况况。底底模面板板接缝缝用胶布布粘牢牢，底模模面板板四周用用铁钉钉与纵肋肋木核核枋连接接，底底模面板板顺桥桥向总宽宽度与与横梁底底板结结构尺寸寸一致致，横桥桥向注注意与圆圆弧倒倒角模的的接连连。②外模安装：上上上横梁外模模紧紧贴底模模上横横梁底模模纵肋肋，钢模模部分分在第一一次砼砼浇筑施施工时时，支撑撑在支支架分配配梁上上，第二二次砼砼浇筑施施工时时，将模模板整整体上移移，依依靠对拉拉螺杆杆和临时时支撑撑结构定定位。外外模板安安装时时注意接接缝位位置设置置双面面胶，防防止漏漏浆。模模板安安装、调调整到到位后，在在模模板外侧侧间距距2～3m设置型钢钢斜斜支撑，防防止止施工过过程中中模板移移位。模模板安装装完成成后，现现场技技术员和和质检检员对对对拉螺螺杆、模模板接接缝、连连接螺螺栓、保保护层层厚度、模模板板拼装后后尺寸寸等进行行全面面检查。③内模安装：先先先进行角模模板板的安装装，然然后在平平地上上将组合合钢模模拼成大大块模模板，再再逐块块进行安安装，最最后安装装调节节模板。根根据据外模对对拉螺螺孔位置置安装装围檩，安安装装对拉螺螺杆，顺顺桥向对对拉围围檩间设设置型型钢硬撑撑，防防止模板板出现现位移。搭搭设设施工脚脚手架架，作为为施工工平台结结构和和顶模板板的支支撑结构构。顶顶模板采采用竹竹胶模板板，木木方肋条条与竹竹胶模板板间采采用铁钉钉连接接，面板板搭接接位置必必须设设置有肋肋条。上横梁第二层混混混凝土施施工时时，利用用支架架平台上上的顺顺桥向2工12.6平台搭设设模模板支撑撑架，安安装定位位外侧侧模板，内内模模则利用用脚手手架管搭搭设、支支撑。5.2钢筋、预预预应力管管道施施工横梁的普通钢筋筋筋采用第I类直螺纹纹接接头进行行预埋埋处理，预预埋埋时需用用塑料料螺帽将将直螺螺纹接头头的端端头封住住（如如图6所示）。横横横梁施工工时利利用直螺螺纹套套筒接长长。安安装腹板板钢筋筋时，为为了增增加其稳稳定性性，用废废旧角角钢焊成成劲性性骨架，将将腹腹板钢筋筋立于于劲性骨骨架上上，考虑虑横梁梁混凝土土美观观与质量量，用用混凝土土垫块块保证钢钢筋保保护层。横梁预应力钢绞绞绞线采用用后穿穿法，在在索塔塔与横梁梁接头头的断面面上预预埋两端端带丝丝的镀锌锌钢管管，丝口口上在在浇筑砼砼时涂涂黄油，并并包包裹塑料料。其其安装工工艺是是：波纹纹管安安装由钢钢筋定定位架定定位，利利用接头头管接接长波纹纹管，两两端用胶胶带缠缠包，以以防止止接头处处漏浆浆，然后后用钢钢筋卡子子与定定位架固固定，以以防止浇浇筑混混凝土时时波纹纹管上浮浮。钢钢筋定位位架每每50cm一个，管管道道坐标在在长度度方向不不得大大于30mm，在高度度方方向不得得大于于10mm，管道之之间间的误差差不得得超过10mm。在浇筑筑混混凝土之之前，对对波纹管管进行行全面检检查：：管道是是否开开裂、烧烧伤、破破损，接接头是是否密实实。图6上横粱钢钢筋的的预留5.3混凝土施施施工（1）混凝土配配合合比横梁为C50高高高强混凝凝土，具具有高集集料、低低水胶比比、高高泵扬程程、早早强、缓缓凝等等特性。混混凝凝土采用用泵送送，泵送送水平平和垂直直距离离都较大大，故故对混凝凝土的的可泵性性、和和易性、泌泌水水性及缓缓凝早早强要求求较高高，所以以混凝凝土配合合比要要求：坍坍落度度18-2200cm，并且应应掺掺入外加加剂改改善混凝凝土的的和易性性、可可泵性、缓缓凝凝早强等等效果果。（2）混凝土浇浇筑筑混凝土用一套拌拌拌和楼，通通过过陆上混混凝土土运输车车运送送到主墩墩平台台，通过过平台台上的两两套泵泵管装置置将混混凝土泵泵送到到待浇混混凝土土处。浇筑混凝土时应应应特别注注意以以下施工工问题题：=1\*GB3①浇筑第一次混混混凝土时，测测量人员专门门观测钢管支支架的变形情情况，及时调调整浇筑工艺艺，并且第一一次浇筑混凝凝土必须在横横桥方向与顺顺桥方向对称称浇筑，相差差不得超过20m3。=2\*GB3②混凝土浇筑时时时，其倾落落度度超过2m时，布设设串串筒，确确保混混凝土不不发生生离析，同同时时也避免免因倾倾落度过过大使使混凝土土溅到到上层模模板上上而造成成混凝凝土表面面失色色。=3\*GB3③每次浇筑混凝凝凝土按一定定厚厚度（30-5500cm）、方向向和和顺序分分层浇浇筑。为为了防防止混凝凝土表表面出现现明显显的分层层线，尽尽量缩短短上下下层浇筑筑间隔隔时间，并并在在振捣上上层混混凝土时时振动动棒插入入下层层混凝土50-11000mm，使上下下混混凝土融融为一一体。=4\*GB3④振动棒的移动动动间距不得得超超过振捣捣器作作用半径径的1.5倍，与侧侧模模保持50-11000mm距离，振振捣捣时间控控制在在30s左右，避避免免漏振，欠欠振振，过振振。=5\*GB3⑤振捣时振捣棒棒棒不得碰撞撞波波纹管，模模板板及各种种预埋埋件。=6\*GB3⑥为了减少混凝凝凝土表面的的气气泡，浇浇筑过过程中采采用两两次振捣捣工艺艺，第一一次在在混凝土土布料料后进行行，每每二次在在混凝凝土静置置一段段时间后后进行行。每次次混凝凝土在顶顶层初初凝前进进行第第二次振振捣，并并清除表表面浮浮浆。（3）混凝土养养护护及施工缝缝缝处理混凝土的养护及及及施工缝缝处理理对混凝凝土质质量及外外观有有着很大大的影影响，必必须认认真对待待。混凝土施工缝采采采用人工工凿毛毛，辅以以空压压机的方方法，在在混凝土土强度度≥2.5MMPPa，人工凿凿毛毛清理出出骨料料，必要要时辅辅以空压压机凿凿毛，用用高压压气冲洗洗。混凝土浇筑完成成成后及时时进行行养护，采采用用洒水养养护，为为了防止止污染染混凝土土表面面，养护护水采采用已过过滤澄澄清的江江水，安安排专人人及时时、不间间断洒洒水，保保持混混凝土表表面经经常处于于湿润润状态，避避免免混凝土土表面面出现干干湿循循环，防防止混混凝土表表面开开裂。5.4预应力施施施工（1）施工流程程预应力管道及锚锚锚具安装→预应力钢钢绞绞线下料→穿预应力力钢钢束→预应力张张拉→锚固→压浆→封锚。上横梁预应力锚锚锚具采用用22φs15.224型，钢绞绞线线直径为15.2244mm，标准强强度18600MMPa，弹性模模量194KKNN/mmm2。钢绞线线每每束长40500ccm，共48束。其布布置置见图7。第一次次浇浇筑完成成后，待待混凝土土强度度达到90%，张拉第第一一批钢绞绞线，第第一次张张拉共共14束，即实心黑黑圈圈为第一一批张张拉的钢钢绞线线，余下下的均均为第图7上横梁钢钢束束布置图图二批张拉