天梭型索塔施工撐拉系統設計

【摘 要】隨著我國經濟的快速發展，橋梁建設正在迅速發展，在大江大河上修建跨度大，難度高的斜拉橋、懸索橋越來越多。本文以重慶東水門長江大橋為例，論述了天梭型索塔施工過程中臨時撐拉系統的設計方法。

【關鍵詞】索塔施工；撐拉系統；天梭型

1、結構概述

索塔立面圖

索塔指的是懸索橋或斜拉橋支承主索的塔形構造物。分為斜拉橋索塔和懸索橋索塔兩種。斜拉橋的索塔用來錨固拉索，而吊橋的索塔用來承擔主纜。但兩種索塔皆受壓彎組合作用，一般多為混凝土塔。

重慶東水門長江大橋采用天梭形索塔，外輪廓由多條空間圓曲線組成，線條順暢，曲線優美。南岸側為P1塔，北岸側為P2塔。塔柱包括上塔柱、中塔柱、下塔墩，中間分別設置上橫梁、下橫梁、橫系梁。采用C50混凝土澆筑。P1塔塔柱頂高程341.61m，塔底高程169.00m，索塔總高172.61m；其中上塔柱高46.5m，中塔柱高62.5m，下塔墩高63.61m；P2塔塔柱頂高程341.496m，塔底高程179.00m，索塔總高162.249m；其中上塔柱高46.5m，中塔柱高62.5m，下塔墩高53.496m.整個橋塔在橫橋向平面內有外、中、內三條輪廓線，每條輪廓線均由圓曲線和直線組合而成。下塔墩外輪廓為半徑308.145m圓曲線，中、上塔柱外輪廓采用斜率為13：95的直線，中塔柱與下塔墩連接段采用半徑108.35m的圓曲線過渡； 下塔柱中輪廓線為半徑53.581m圓曲線，中、上塔柱中輪廓線為直線，斜率為11.65：96，在中塔柱與下塔柱連接段采用半徑138.763m的圓曲線過渡；下塔柱內輪廓為半徑46m的圓曲線，中塔柱內輪廓為半徑227m的圓曲線，上塔柱為豎直線，只在塔頂7米處向外與中輪廓相交。橋塔在橋面處橫向最寬為35.0m。主塔縱向寬度塔底為11m，從塔底分叉處到橋面由11m變為9.0m，從橋面以上13米到塔頂由9.0m變為7.5m，按直線變化。塔柱采用單箱單室結構形式，塔墩采用單箱多室結構形式，塔柱壁厚1.0m，塔墩壁厚2.0m。

2 設計概述

P1 墩混凝土澆筑分節

索塔分四個施工階段：下塔墩施工，分岔區、牛腿和橫系梁施工、中塔柱及下橫梁施工、上塔柱及上橫梁施工。P1塔柱分41（P2塔柱為39節）個節段現澆。

為保證索塔施工過程中的安全、受力合理，外型輪廓與設計相符，在下塔柱設置1道臨時拉桿，施工加主動水平拉力，分擔后續施工階產生的外傾彎矩；在中塔設置3道臨撐桿，施工加主動預頂力。拉桿主要承受拉，撐桿主要承受壓力，計算分析中均按僅承受軸向力桿件考慮，實際構造也確保這一受力特點。由于兩塔結構形式相同，現以P1進行撐拉系統設計介紹。

3 計算與分析

東水門P1主塔施工過程中臨時撐拉桿件的設置及起始作用階段：

設計中采用midas2010對索塔結構建模分析。塔柱砼自重由程自動生成，單肢爬模及施工荷載取400KN。拉桿設計原則是：拉桿預拉對下塔柱叉區施工加主動彎矩后，在索塔橫系梁施工前，分叉處內側不會因兩塔肢的外傾及爬模荷載而產生拉應力。撐桿的設計原則是，施工加預頂力后，確保索塔兩塔肢施工合攏后拆除撐桿，塔柱實際外形輪廓與設計相同。

根據實模型分析可得，橫系梁施工前，兩塔肢施工對下塔柱分叉處（標高183.610m）的最大內彎矩為880000KN.m。拉桿設置標高結合施工實際情況，考慮塔柱節段爬模施工空間，取200.11m，距分叉點豎向間距16.5m，施加53333 KN主動拉力，剛好平衡此內彎矩。拉桿采用2束預應力鋼絞線束，均為#8709; s15.2-19鋼束，fpk =1860MPa，考慮橫系梁施工支架立柱及牛腿側壁處預應力布置，縱橋向水平間距取5.5m。

鋼束面積: mm2

滿足要求。

待橫系梁施工完成，張拉第一批鋼絞后，采用退索器逐根按由外到內的順解除臨時水平拉桿。

每道臨時撐桿均為2根直徑1020mm壁厚12mm的鋼管，縱橋水平間距4米。平面布置如下圖所示：

為保證對撐結構安裝時的同向性，采用地面預拼成長懸臂段和短懸臂段，每段均由鋼管樁和頂撐端樁頭組成。鋼管由標準節與非標準節底節組成。起重設備用索塔施工塔吊，精確位移調整用手拉葫蘆導鏈。水平對撐桿安裝前，兩塔柱內側應先安裝施工操作平臺。預埋爬錐按設計圖紙精確定位安裝。水平撐桿安裝時，底節法蘭盤先用螺栓與預埋爬錐擰緊，起吊組拼好的撐桿，與法蘭盤焊接。撐桿安裝先安裝短懸臂段，再安裝長懸臂段，長短懸臂段安裝時懸臂端用吊桿與塔壁臨時連接。待兩段撐桿安裝定位好在溫度相對恒定的時段，進行撐桿對頂作業，每根水平撐桿間設1臺250t千斤頂在水平橫撐鋼管一端同步施加頂推力，兩根水平撐桿同步頂推至設計噸位以較好的控制塔柱的線型，同時使其內力滿足施工要求。水平對撐施加頂推力時應觀測水平橫撐的撓度和塔柱的變形情況，頂力滿足要求后，停止施加推力。然后打緊楔塊且焊接牢固，千斤頂回油卸荷拆除。

撐桿頂推狀態穩定計算時，撐桿按一端固定，另一端自由壓桿計算，第一道撐桿相對較長，屬最不利桿件。計算長度l0= ，撐桿最大主動頂撐力1675.3KN，單根管樁主動頂撐力N = 837.65 KN，桿件長細比117.843，受壓穩定系數 φx = 0.448308，由最大板厚 12 mm 得截面抗拉抗壓抗彎強度設計值 f = 215 MPa，計算得穩定應力為 98.3388 MPa < f = 215 MPa 滿足要求。

由實體模型模擬分析可得，在第2道撐桿主動頂撐前第1道撐桿內力達到最大值，在第3撐桿主動頂撐前第2撐桿內力達到最大值。臨時撐桿施工過程的最大軸向壓力如下：

東水門P1塔撐桿

第一道第二道第三道

4419.33844.13814.0

索塔施工過程中撐桿穩定計算時，撐桿按兩端鉸支壓桿計算，第一道撐桿相對較長，壓力緊最大，屬最不利桿件。計算長度l0= ，撐桿在索塔施工過程中最大軸向壓力4419.3 KN，單根管樁軸向壓力N = 2209.65 KN，受壓穩定系數 φx = 0.790413，由最大板厚 12 mm 得截面抗拉抗壓抗彎強度設計值 f = 215 MPa，計算得穩定應力為 73.5661 MPa < f = 215 MPa 滿足要求。

水平對撐須待中塔柱合攏段施工完畢且混凝土達到強度后方可從上至下依次拆除。拆除時，計算各種工況下每根撐桿的受力大小，重新安裝千斤頂，頂撐至管樁受力同樣的力，割刀解除楔塊，千斤頂逐級卸荷。由于兩塔肢合攏后，下方有下橫梁的遮擋，水平對撐拆除采用塔吊和卷揚機相配合進行作業。

4 總結

東水門長江大橋索塔輪廓用天梭形，由多條空間曲線組成，線條流暢，曲線優美。塔柱采用單箱單室結構形式，塔墩采用單箱多室結構形式，塔柱壁厚1.0m，塔墩壁厚2.0m。塔柱結構柔性大，施工中確保混凝土澆筑外輪廓與設計相符難度大。本設計通過采用下拉上撐的方式，有效控制了索塔施工過程中的位移變形。取得了較好的施工效果。