黃岡公鐵兩用長江大橋橋塔下橫梁施工技術探討

高本濤　張敏

摘要：黃岡公鐵兩用長江大橋由塔柱及上、下橫梁組成。下橫梁采用落地式支架施工，下橫梁支架鋼箱分配梁邊支點支承于埋設在兩側塔柱的精軋螺紋鋼對拉式鋼牛腿上。下橫梁與下塔柱節段混凝土同步施工，提高了施工效率，下橫梁分兩層澆筑，減小了澆筑混凝土時支架的荷載。文章對黃岡公鐵兩用長江大橋橋塔下橫梁施工技術進行了探討。

關鍵詞：公鐵兩用長江大橋；H型橋塔；精軋螺紋鋼對拉式鋼牛腿；同步施工；分層澆筑 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 工程概況

黃岡長江大橋是新建武漢至黃岡城際鐵路及黃岡至鄂州高速公路的關鍵性控制工程，大橋位于長江黃州河段上端三江口附近、唐家渡綜合碼頭上游約240m位置，上距陽邏長江大橋約37km，下距鄂黃長江大橋約17km。主橋全長1215m，橋跨布置為（81+243+567+243+81）m斜拉橋。橋塔采用C55混凝土，設計為H型結構，由（下、中、上）塔柱及上、下橫梁組成，塔柱為鋼筋混凝土結構，塔高（塔座以上頂面）為190.5m。上、下橫梁為預應力混凝土結構，下橫梁底部距塔座頂面30m。下橫梁長32.1m、寬8.5m、高8.0m，采用單箱雙室預應力鋼筋混凝土結構，截面布置98束19φj15.24預應力鋼絞線。

2 下橫梁支架施工

下橫梁支架沿縱橋向設有3排鋼管立柱及鋼箱分配梁，鋼箱分配梁中心線與橫梁腹板對齊，下橫梁支架布置如圖1所示。下橫梁支架拼裝與下塔柱節段施工同步進行，在下塔柱5#節段施工時，預留鋼牛腿槽口。鋼管立柱桁片在水中駁船上拼接好，3排鋼管立柱分為6個桁片單元吊裝，吊裝見圖2：

每側塔柱各設置3個牛腿預留槽口，其中邊桁牛腿槽口2個，中桁牛腿1個。預留槽口與牛腿底面接觸處混凝土埋設鋼筋網片及預埋件，增強混凝土抗壓能力。預留槽口處部分主筋需截斷，待下橫梁施工完成，牛腿拆除后植筋修補槽口。每個牛腿設置4根?32精軋螺紋鋼筋拉桿。牛腿上端設置支撐座，傳遞鋼箱分配梁荷載。鋼牛腿見圖3。3排鋼箱分配梁通過連接系連城整體，鋼箱分配梁頂面擺放縱向分配梁，縱向分配梁頂面擺放底模系統。

3 下橫梁與下塔柱同步施工

下塔柱第1#、2#節段采用鋼管腳手架作模板支撐，第3#～5#節段，下塔柱三面采用液壓爬模施工，塔柱內側搭設臨時平臺施工。下橫梁支架拼裝與下塔柱節段施工同步進行，為降低支架荷載，下橫梁澆筑分兩次進行，第一次澆筑高度為4m（混凝土方量592.6m3），第二次澆筑高度為4m（混凝土方量616.1m3），分別與塔柱6#、7#節段同步施工。通過Midas/Civil模擬分析，第一次混凝土澆筑完成混凝土強度達到設計強度后，按100%張拉6束底板預應力筋，此時下橫梁（第一層澆筑的混凝土）主拉應力為0.3MPa，主壓應力為3.6MPa，滿足規范要求。第二層混凝土剛澆筑完成，在混凝土強度尚未達到之前，第二層混凝土不具備剛度，此時下橫梁第一層混凝土受力最為不利，通過計算，第一層澆筑的混凝土主拉應力為1.6MPa，主壓應力為5.5MPa，滿足規范要求。第二次混凝土澆筑后鋼管支架豎向反力較第一次混凝土澆筑增加了6610kN，下橫梁混凝土采用分次澆筑鋼管支架承受豎向荷載為22313.9kN，如一次性澆筑8m，鋼管支架承受豎向荷載為32030.6kN，可見采用分次澆筑支架承受的豎向荷載僅為一次性澆筑的69.7%。下塔柱節段與下橫梁第一層混凝土有限元模型見圖4：

塔柱完成8#節段施工后，張拉下橫梁剩余全部預應力，拆除下橫梁支架。9#節段施工后，內側面爬架具備拼裝條件，此后塔柱四面采用液壓爬模施工。

4 下橫梁支架受力分析

采用Midas/Civil建立下橫梁支架的有限元模型（見圖5），鋼管立柱采用梁單元模擬，柱間連接系采用桁架單元模擬，鋼箱分配梁采用梁單元模擬，鋼箱分配梁與柱頂剛性連接，縱向分配梁與鋼箱分配梁采用只受壓彈性連接，柱底固結?；炷梁奢d按整個下橫梁實際重量的69.7%加載在縱向分配梁上。通過計算，縱向分配梁的最大組合應力52.3MPa<170MPa，最大剪應力43.7MPa<100MPa，均滿足要求；鋼箱分配梁的最大組合應力57.4MPa<170MPa，最大剪應力26.9MPa<100MPa，最大豎向位移9.3mm<7500/400=18.75mm，均滿足要求；鋼管立柱最大軸力2583.6KN，穩定性計算53.2MPa<170MPa，均滿足要求。邊桁邊支點豎向反力1099.5kN，中桁邊支點豎向反力1569.8kN。

5 鋼牛腿受力分析

5.1 荷載計算

鋼牛腿作為鋼箱分配梁邊支點的承力構件，受力比較大，通過對拉精軋螺紋鋼筋，能夠承擔強大的豎向荷載。鋼牛腿上端采用變截面箱形結構，腹板開孔設置4根?32精軋螺紋鋼拉桿，鋼牛腿伸入塔柱槽口部分采用變高度箱型截面。邊桁牛腿高850mm，中桁牛腿高1150mm，中桁牛腿所受豎向荷載較大，對中桁牛腿進行受力分析，其計算簡圖見圖6。根據靜力平衡方程，牛腿底部豎向反力，牛腿端部水平反力，單根拉桿拉力。

5.2 有限元分析

鋼牛腿板件均為24mm厚鋼板，材質Q235B，采用Midas/FEA建立中桁牛腿的三維模型，按照實際尺寸建立實體單元模型。牛腿底部板件網格節點約束平動自由度，牛腿端部板件網格節點約束水平自由度，頂板壓力荷載及對拉精軋螺紋鋼拉桿荷載以壓力荷載加載在對應板件網格節點上。頂板受壓區面積，單根拉桿墊片受壓面積，則頂板壓力荷載P1與單根拉桿對豎板的壓力荷載P2分別為：

，

通過有限元分析，牛腿板件99.9%的網格應力<120.2MPa，中桁牛腿受力滿足要求。

6 結語

黃岡公鐵兩用長江大橋采用下橫梁施工采用落地式支架，鋼箱分配梁邊支點支承于埋設在兩側塔柱的精軋螺紋鋼對拉式鋼牛腿上，鋼牛腿可工廠化制造，傳力明確，安全可靠。下橫梁與下塔柱同步施工，下橫梁分次澆筑，減小了澆筑混凝土時支架的荷載，增加了安全性，提高了施工效率，順利地實現了橋塔快速化施工。

參考文獻

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作者簡介：高本濤（1978-），男，中鐵大橋局集團第五工程有限公司工程師，研究方向：大跨度橋梁施工技術；張敏（1983-），男，中國公路工程咨詢集團武漢建設分公司工程師，研究方向：大跨橋梁施工技術。

（責任編輯：陳 倩）