周彪

（中交路橋華北工程有限公司，北京 100000）

1 引言

壽光農(nóng)圣街彌河大橋鋼塔設(shè)計(jì)為A 字形結(jié)構(gòu)，采用廠內(nèi)加工現(xiàn)場安裝的施工工藝。由于鋼塔下部較寬而上部較窄，如何在保證安全的前提下提高經(jīng)濟(jì)效益是需要研究的課題。另外，由于節(jié)段逐段安裝形成臨時(shí)懸臂結(jié)構(gòu)，如何保證施工過程中節(jié)段之間受力平衡也是施工過程中需要考慮的重點(diǎn)問題。

2 工程概況

橋梁起止樁號(hào)為KO+329.5～KO+778.5，總長449 m。橋梁跨徑布置為（4×20+3×29+2×90+2×31+2×20）m，橋?qū)?8 m。主橋跨徑為（90+90）m 的A 字形獨(dú)塔斜拉橋，塔梁墩固結(jié)體系，橋面以下為混凝土結(jié)構(gòu)，下塔柱高9.643 m。橋面以上5 m 內(nèi)為鋼混結(jié)合段，5 m 以上為鋼結(jié)構(gòu)，橋面以上塔高68 m。

3 施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

①由于A 字形鋼塔寬度不均勻，且高度為68 m，施工過程中工人操作平臺(tái)在能夠保證滿足施工需要的同時(shí)要保證施工安全。

②考慮A 字形鋼塔施工過程中節(jié)段穩(wěn)定性以及外部風(fēng)荷載的不利影響，需要對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行研究并采取措施。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 方案比選

各施工工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)如表1所示。

表1 方案比選

第一，塔吊施工現(xiàn)場不具備施工場地條件，且工期和造價(jià)均不符合現(xiàn)場實(shí)際要求；第二，搭設(shè)腳手架投入成本大且支架本身重量帶來不確定因素，無法滿足現(xiàn)場實(shí)際要求；第三，塔設(shè)環(huán)向工作平臺(tái)配合汽車吊在各方面較為理想，但需要論證鋼塔安裝過程中的穩(wěn)定性。結(jié)合施工造價(jià)與施工工期綜合考慮，方案比選后采用主塔設(shè)環(huán)向工作平臺(tái)配合汽車吊施工工藝。

4.2 環(huán)向平臺(tái)支架法的合理性

4.2.1 鋼塔分塊介紹

主橋主塔為A 字形鋼塔，塔柱位于機(jī)非分隔帶，塔柱內(nèi)傾角度8°。橋面以上單塔柱截面尺寸為5 m（順橋向）×2.5 m（橫橋向），橋面以下單塔柱截面尺寸為7 m（順橋向）×4～5.5m（橫橋向）。橋面以上5 m 內(nèi)為鋼混結(jié)合面，5 m 以上為鋼塔柱，以下為混凝土塔柱。

鋼箱側(cè)壁板厚根據(jù)受力不同采用40 mm、30 mm、18 mm，塔柱拉索區(qū)以下（T0～T3）段為單箱雙室，腹板厚度為30 mm，T4～T11 段為單箱單室。主塔壁板及腹板均采用板式加勁肋進(jìn)行加強(qiáng)，板厚20 mm/16 mm，肋高220 mm/180 mm，主塔鋼箱約每2.5 m 設(shè)置一道橫隔板，橫隔板厚16 mm。塔上橫梁和塔頂橫梁頂?shù)装寰鶠?0 mm，腹板厚為18 mm 和20 mm。

鋼塔分為T0～T9 共計(jì)23 個(gè)節(jié)段，其中T4～T6 節(jié)段為斜拉索錨固區(qū)段，T11 為塔頂橫梁，T6 節(jié)段重量最大，最大節(jié)段重量約50.85 t。

4.2.2 支架設(shè)計(jì)介紹

吊裝支架在主塔內(nèi)布置，在地面基礎(chǔ)上采用鋼管立柱Φ426×6 mm 加平聯(lián)支架連接撐的形式，支架立柱豎向采用法蘭連接。根據(jù)工程要求在鋼塔側(cè)面距接口（操作平臺(tái)）位置1 000 mm 處搭設(shè)臨時(shí)通道，在支架搭設(shè)前，在下塔柱底座處預(yù)埋鋼板1 000 mm×1 000 mm×20 mm 作為臨時(shí)支架基礎(chǔ)。支架布置如圖1所示。

圖1 主塔臨時(shí)支架立面布置圖

4.2.3 環(huán)向平臺(tái)及通道設(shè)計(jì)介紹

在鋼塔節(jié)段焊接位置處設(shè)置環(huán)向操作平臺(tái)，平臺(tái)采用型鋼焊接，四周設(shè)置操作平臺(tái)及護(hù)欄，左右側(cè)鋼塔操作平臺(tái)通過通道平臺(tái)連接，方便人員通行，如圖2所示。

圖2 環(huán)向平臺(tái)支架通道

4.2.4 工況設(shè)定

工況一：安裝鋼塔至T2 節(jié)段。

鋼塔安裝至T2 節(jié)段，支架承受鋼塔T0、T1、T2 節(jié)段重量。

最大荷載組合：1.2×（支架自重+鋼塔自重）+1.4×風(fēng)荷載。

工況二：橫梁安裝后，其余節(jié)段未安裝。

橫梁安裝完畢，支架承受鋼塔T0、T1、T2、T3 節(jié)段及橫梁重量。

最大荷載組合：1.2×（支架自重+鋼塔自重）+1.4×風(fēng)荷載。

工況三：主塔合龍，但未全部安裝完成。

塔頂節(jié)段未全部安裝完成，支架承受鋼塔部分節(jié)段的重量。

最大荷載組合：1.2×（支架自重+鋼塔自重）+1.4×風(fēng)荷載。

工況四：鋼塔節(jié)段全部安裝完成，支架拆除完畢，斜拉索未安裝。

拼裝支架拆除后，鋼塔在自重狀態(tài)下受縱橋向風(fēng)荷載。

最大荷載組合：1.2×鋼塔自重+1.4×風(fēng)荷載。

經(jīng)分析，上述4 種工況均不利，因此，對(duì)這4 種工況采用MIDAS 程序進(jìn)行建模計(jì)算，驗(yàn)算支架的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性是否滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

對(duì)鋼塔及鋼塔安裝支架進(jìn)行三維空間建模，并對(duì)各種桿件賦予各自材料特性。

4.2.5 各工況的受力計(jì)算

工況一：安裝鋼塔至T2 節(jié)段。

最大荷載組合：支架自重+鋼塔自重+風(fēng)荷載。

由圖3可知，該工況下拼裝支架最大組合應(yīng)力值為26.5 MPa<215 MPa，滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

圖3 支架組合應(yīng)力圖

由圖4可知，支架頂部縱向產(chǎn)生位移9.1 mm<70 mm=（L/400），最大位移出現(xiàn)在支架上部結(jié)構(gòu)，為整體位移，滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

圖4 支架位移分析圖

由圖5可知，最不利工況下支架最大反力為68.1 kN。

圖5 支架反力圖

工況二：橫梁安裝后，其余節(jié)段未安裝。

最大荷載組合：支架自重+鋼塔自重+橫梁自重+風(fēng)荷載。

由圖6可知，該工況下支架整體的組合應(yīng)力最大值21.7 MPa＜215 MPa，滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

圖6 支架整體組合應(yīng)力圖

由圖7可知，支架頂部縱向產(chǎn)生位移9.2 mm<100 mm=（L/400），最大位移出現(xiàn)在支架上部結(jié)構(gòu)，為整體位移，滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

圖7 支架位移分析圖

由圖8可知，最不利工況下支架最大反力為95.6kN。

圖8 支架反力圖

工況三：主塔合龍，但未全部安裝完成。

最大荷載組合：支架自重+鋼塔自重+風(fēng)荷載。

由圖9可知，該工況下支架整體的組合應(yīng)力最大值177.7 MPa＜215 MPa，滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

圖9 支架整體組合應(yīng)力圖

由圖10 可知，支架頂部縱向產(chǎn)生位移63.9 mm<170 mm（L/400），最大位移出現(xiàn)在支架上部結(jié)構(gòu)，為整體位移，滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

圖10 支架位移分析圖

由圖11 可知，最不利工況下最大支架反力為164.2 kN，所有鋼管樁支反力均按照最大支反力計(jì)算。

圖11 支架反力圖

工況四：鋼塔節(jié)段全部安裝完成，支架拆除完畢，斜拉索未安裝。

最大荷載組合：鋼塔自重+風(fēng)荷載。

由圖12 可知，該工況下鋼塔最大組合應(yīng)力值為57.8 MPa<215 MPa，滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

圖12 鋼塔組合應(yīng)力圖

由圖13 可知，鋼塔頂部縱向產(chǎn)生位移129.3 mm<680 mm（高聳結(jié)構(gòu)任意點(diǎn)的水平位移不得大于該點(diǎn)離地高度的1/100），最大位移出現(xiàn)在支架上部結(jié)構(gòu)，為整體位移，滿足設(shè)計(jì)及施工要求。

圖13 鋼塔位移分析圖

將最不利工況作用下，支架各構(gòu)件的計(jì)算結(jié)果匯總，如表2所示。

表2 支架計(jì)算結(jié)果匯總表

4.2.6 設(shè)計(jì)結(jié)論

從表2可以得知，最不利工況荷載作用下，支架的強(qiáng)度能滿足施工要求。整體穩(wěn)定性驗(yàn)算中，臨界荷載系數(shù)較大、安全可靠。剛度驗(yàn)算中，支架所有構(gòu)件的撓度變形均在規(guī)范允許的變形范圍內(nèi)（L/400），能滿足彌河大橋鋼結(jié)構(gòu)安裝施工需要。鋼塔在未安裝拉索的狀態(tài)下，其變形量和整體穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

5 現(xiàn)場施工注意事項(xiàng)

①鋼混結(jié)合段施工時(shí)鋼塔安裝的難點(diǎn)和重點(diǎn)，也是鋼塔安裝精度控制的根本保障。因此，橋上混凝土段混凝土澆筑時(shí)宜采用鋼板減少模板變形帶來的施工誤差，保證與鋼塔節(jié)段的精準(zhǔn)對(duì)接。

②為保證鋼混結(jié)合段澆筑的密實(shí)性，采用微膨脹混凝土，混凝土通過澆筑孔后進(jìn)入節(jié)段內(nèi)，在預(yù)埋板頂部設(shè)置振搗孔和通氣孔（見圖14）。

圖14 預(yù)埋板開孔示意圖

③平臺(tái)安裝牛腿，每邊設(shè)置兩道保證其穩(wěn)定性，平臺(tái)及支架通道安全防護(hù)高度為1.2 m，必須符合安全規(guī)范要求，支架與鋼塔臨時(shí)固結(jié)密實(shí)、穩(wěn)定。

6 結(jié)語

經(jīng)過前期的技術(shù)準(zhǔn)備和施工過程中的觀測控制，農(nóng)圣街彌河大橋鋼塔于2021年8月19日順利安裝完成，為下一步斜拉索安裝順利施工打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著我國斜拉橋的不斷發(fā)展，對(duì)鋼塔造型和美觀的要求越來越高，項(xiàng)目在完成鋼塔施工的同時(shí)，通過仔細(xì)研究，創(chuàng)新了鋼塔安裝工藝，為之后類似工程施工提供了參考和借鑒。