橋梁設計階段勁性骨架的應用分析

許明舉

（江西省贛南公路勘察設計院，江西贛州341000）

0 引言

對于橋梁工程的設計來說，勁性骨架有著極為重要的現實價值，而要想使其在技術應用中發揮出最佳的效用，就要高度重視相關施工工藝的優化和提升，另外還應加強設計方案和施工方面的精細控制。

1 勁性骨架在橋梁工程設計中的作用

對于橋梁工程的施工來說，勁性骨架在相應的結構中極為常見，其有著諸多的現實作用，具體體現在以下方面。

一是不同于常規的斜拉索材料，勁性骨架通常采用鋼絞線進行這方面的處理，進而保障了材料的強度和承載力，同時在延伸量等方面也能達到較為理想的效果，而涉及的架設操作也能穩定高效地推進。

二是其主要是通過千斤頂系統實施張拉，相應的操作更為穩定精準，且各個方面的調整都比較靈活便捷。這樣一來，也就切實地保障了橋梁施工的穩定與安全。

三是較之于常規類型的骨架，勁性骨架在斜拉扣掛方面是通過自身系統實施的，基本上不會受到纜索吊裝等系統的影響，而整個操作過程也會更為穩定安全，如此也就切實地保障了相關處理的科學與高效。

四是勁性骨架具備的索力相對精確，具備一定的靈活性。所以在應用的過程中能夠提供精確的數控，能夠在一定的程度上讓控制分析更為合理。并且在通過計算確定以后，可以給基礎結構變形控制奠定良好基礎。

五是橋梁合龍環節，勁性骨架能夠臨時替代合龍段的受力結構，約束并控制合龍段出現的位移，滿足合龍段的位移變化需求，達到良好的臨時鎖定效果。另外，在橋梁合龍段施工時，勁性骨架還能起到合龍安全養護的作用，減少徐變、收縮問題引起的后期結構的應力作用。

六是由于勁性骨架本身的強度比較高，所以在安裝完畢后，能夠與橋梁的主體形成一個結構載體，可以避免坍塌、傾斜等問題。

七是在主體橋梁設計中勁性骨架能夠提供一定的安全功能，可提升橋梁工程的穩定性[1]。

2 大橋主拱圈設計與施工

某橋梁工程的結構主要包含主拱部分（即應用勁性骨架進行施工），相應的跨徑為370m，其中矢高達到83.5m，矢跨比為1∶4.431。施工過程按照鋼筋混凝土組合梁進行，其中的技術操作主要是勁性骨架法。

2.1 主拱圈設計

該橋的拱圈為提籃式箱形斷截面，之所以選擇這樣的處理方式，為的是保障橋梁橫向剛度的穩定。拱腳的橫向中心距為33m，采用軸線法豎直布置，拱腳單側采用的是單箱單室斷面，外輪廓尺寸為9.4m×13.4m。在設計階段必須對涉及的各項數據進行全面精細的了解，以保障主拱圈的高效設計。

2.2 主拱圈勁性骨架設計

由于該橋梁是超大跨徑的鐵路拱橋，因此可采用無支架進行相應的施工。鑒于拱圈混凝土用量較大，而借助于鋼管混凝土進行勁性骨架方面的處理比較適宜。具體來看，該橋梁的主拱圈是通過勁性骨架法進行，其中涉及鋼管混凝土構件的布置，處理時應確保精細嚴謹。上下弦的主鋼管以及拱頂都應嚴格遵照既定的標準進行，材質上也應確保達標。就該工程來說，相應的材質以Q390C 鋼材和為密實無收縮的C60 級混凝土為主。主鋼管的外徑以及壁厚應確保無誤，每個環節以及每個部位都應保證與既定要求一致。對于勁性骨架的具體操作來說，通過主鋼管間橫向和豎向等的連接即可形成整體性的空間桁架結構，這樣后續的操作也就有了穩固的保障。對于拱腳分叉部位的連接部件，主要采用鋼管桿件，并在拱頂合并段采用角鋼組合截面桿件予以連接。由于大直徑的圓管形腹桿、平聯以及橫撐桿件極易出現斷面削弱的情況，因此應在拱圈外部澆筑一定體積的混凝土，相應的澆筑順序應嚴格遵照既定的設計標準進行，從而為截面的整體性提供切實的保障。

2.3 勁性骨架與拱圈施工方法

對于拱橋的勁性骨架施工，一般可采用轉體法進行，或者在平轉或豎轉的條件下進行，當然還應加強纜索的吊裝和斜拉扣掛等方面的聯合布置，這樣所達到的效果才會更為穩定高效。因該橋處在坡度較陡的區域，而進行整體拼裝又有著較大的難度，因此決定采用節段纜索吊裝和斜拉扣掛的方式進行，通過對骨架的分段精細地實施。其中涉及的跨度設計以及節段劃分都應確保科學合理，且應落實好斜拉扣掛索的精細設置。通常情況下，完成勁性骨架方面的處理以后，即可進行混凝土的澆筑施工。需要注意的是，應保證混凝土強度達標，一般應采用C60 級高強混凝土，這樣拱圈外部的澆筑也會更為穩定，且能達到較為理想的效果。對于外包混凝土的部分，應縱向劃分為6 個工作面，且應通過3 環分步實施，澆筑上也應做好精細的布置。另外，在澆筑方面，兩側拱腳均設置有13m 的整體先澆段，這樣相應的處理也就得到了有力保障[2]。

拱圈具體施工過程如下:

其一，拱橋的基礎以及交接部位和纜索等臨時設施，因為關系到整個工程的高效推進，因此應高度重視。

其二，橋下的拼裝平臺和交接墩部位的斜拉扣掛系統，與骨架的節段吊裝等有著直接的關系。

其三，結構的合龍以及管內混凝土的灌注。

其四，通過分面分環的方式推進拱圈外部的混凝土澆筑。

3 施工設計

3.1 勁性骨架的高度設計與材料選擇

對于勁性骨架的施工來說，涉及的安裝主要是通過爬模的方式進行，這樣也就極大地保障整個施工的穩定性，各個施工段的處理也會更加規范高效。需要注意的是，具體進行設計時應高度重視模板高度的控制，切勿出現偏差，以免影響到安裝方面的精細處理。另外，還應落實好骨架原材料的科學選擇。

其一，由于勁性骨架是橋梁結構的重要部分，因此其在受力方面應達到既定的標準，尤其是原材料的強度應符合特定的需要[3]。

其二，除了要保障材料強度和質量等達標，還應盡可能選擇性價比最高的材料，以保障施工的高效便捷。一般來看，勁性骨架應采用工字鋼和槽鋼進行，這類材料在抗拉、抗壓以及抗彎等方面都有著極為突出的表現。

3.2 勁性骨架的吊裝施工設計與鋼材用量

由于勁性骨架的體積和質量均比較大，所以相應的吊裝操作往往有著很大的難度，鑒于此，相應的設計工作就應注意這方面的科學處理。具體進行設計的過程中，可將骨架分為橫向和縱向兩個部分，在完成吊裝后再將其拼裝成一個整體，如此相應的施工也會更為便捷。

另外，還應落實好鋼材用量的控制，通常應將鋼材用量控制在30kg/m3混凝土左右，這樣所達到的施工效果才會更加科學合理，且能達到較為理想的施工效果[4]。

3.3 勁性骨架的結構形式選取

勁性骨架的結構主要包括內置和外置兩種形式。內置形式是將骨架埋入合龍段內部，使其成為橋梁的永久性結構，具體施工的過程中通常會采用焊接的方式以保障整個結構與橋梁主體的穩固，如此也就使得相對分散的部件形成了一個整體性的體系，相應的穩定性也就得到了切實的保障。

外置形式則是將骨架設置在頂板和底板部分，具體操作的過程中應落實好鋼板的焊接，且應注意混凝土的澆筑和養護，在其達到既定的設計要求后即可推進骨架的約束控制，這樣的條件下，推進張拉施工也會更為穩定高效。只有在各個方面精細高效地處理到位的情況下，相應的勁性結構的施工才能科學地推進下去，而橋梁的穩定性和堅固性也才能達到較為理想的狀態。需要注意的是對于內置和外置的形式，雖然在工藝上的差別不大，但是在應用的過程存在不同的優點以及弊端[5]。對于內置形式而言，不僅能夠切實地將橋梁的主體結構強度提高，還能夠在一定的程度上提升橋梁的外觀質量；但是這種設計形式的弊端是需要布局的鋼筋較多，不利于混凝土的養護。對于外置形式來說，它的工藝操作是比較方便的，無論混凝土養護還是鋼架焊接等方面取得的效果非常好。所以，在橋梁設計的環節中，要按照需求合理地選擇設計方式。

4 項目實踐

4.1 工程概況

該橋梁項目中，上部結構設計為封閉式流線型扁平鋼箱梁與預應力混凝土箱梁結構的形式，在主塔結構設計中，選擇的是鉆石形空間索塔，鋼筋混凝土結構形式，包含下、中、上塔柱與橫梁結構構成。塔柱與橫梁均使用50 級混凝土制作，塔柱設計為弧線形，因為塔柱的形式較為特殊，質量要求較高，現場操作空間比較狹小，工程量比較大且是高空作業，合龍作業的工期會比較長，整個塔柱必須在合理的工期內完成建設施工，所以塔柱是整個工程重要的環節。因為索塔現場的地質條件受到限制，容易發生塔柱傾斜等問題，所以塔柱現場施工采用勁性骨架的形式，在達到結構受力條件下，做好現場施工的控制，保證施工進度合格，同時還要提高塔柱的美觀性，促進施工質量水平的提升。

4.2 勁性骨架設計要點

勁性骨架是索塔施工導向、鋼筋定位、模板固定的重要結構形式，也是進行上塔柱預應力鋼筋與斜拉索鋼筋定位安裝的關鍵結構。在目前的塔柱施工中，采取的是爬模施工技術，每兩節模板高（4.5m）為一個施工段，所以將勁性骨架初步設計為4.5m 高。在現場的安裝中，第一節高度應該超出混凝土結構表面0.5m，然后每一塊都要在安裝結束的勁性骨架上接高，每一次接高4.5m，澆筑一次塔柱結構。這種安裝方式的缺陷就是整個骨架的結構尺寸比較大，自重也比較大，定位開始前無法進行吊點的放松處理，占據吊點的長度較長，同時整體調整的難度較高，給項目的進度造成不利的影響。基于此，現場的技術人員將其設計為豎向兩節的結構，分塊吊裝，再焊接為整體結構，這種結構應用的是等邊角鋼與型鋼，設計鋼材使用量為30kg/m3混凝土，經過方案的優化，鋼材使用量減少，施工的速度加快。

4.3 勁性骨架施工工藝

4.3.1 骨架制作

骨架制作前，先選擇施工材料，必須保證結構的性能，還要減少材料的浪費，保證安裝操作方便。制作實腹式骨架，如果使用工字鋼制作，一則使用量較大，二則剛度不足。經過對比分析，決定采用剛度大、材料少且能夠分塊安裝的鋼桁架柱的形式，由100×100×10、75×75×8 兩種角鋼組成，使用加勁柱和平聯的形式構成。由100×100×10 角鋼制作的骨架尺寸為44cm×36cm，在加工廠內按照設計方案加工時，控制好結構的尺寸和性能，保證加工精度合格。運輸到現場后，首先進行測量放線控制，以保證安裝施工的精度符合要求，其次進行桁架柱位置確定，然后固定，最后焊接平聯，組合形成整體的勁性骨架。每個骨架加工結束后，在現場進行全面的質量檢查，符合要求后，才能進行現場吊裝作業，且必須保證不會發生變形的問題，以保證工程的質量合格。

4.3.2 骨架安裝

勁性骨架的現場安裝施工，采用16t 塔吊進行吊裝作業，連接首節勁性骨架和調平預埋鋼板，調平預埋鋼板直接安裝錨固鋼筋，埋設到混凝土結構內。因為調平預埋鋼板的各個部分是骨架的基礎，要控制好調平鋼板結構的尺寸與位置。勁性骨架之間使用螺栓連接，檢測合格后，再進行焊接作業。勁性骨架的安裝順序為先桁架、后平聯。先桁架就是先固定桁架柱，后平聯就是將數節勁性骨架焊接組合。首節勁性骨架安裝定位的過程中，需要根據設計要求放樣出底部邊線，同時還要檢測確定四個角的標高，達到設計方案的要求；第二節勁性骨架在第一節安裝完畢后及時進行安裝，并且再進行測量和調整，直到達到設計標準的要求；其他以此類推。在勁性骨架的安裝定位過程中，要做好跟蹤檢測的工作，防止出現偏差后返工，影響施工的進度和質量。勁性骨架安裝工作結束后，可以將骨架安裝的空間桁架制作為簡易工作臺，讓塔柱等結構的施工都能利用簡易工作臺完成施工，以保證施工的質量和效果合格，不會給現場施工產生阻礙和影響。

5 結語

總的來說，在橋梁設計中勁性骨架的應用不僅能提升橋梁結構的安全性，同時還可以提高橋梁的穩定性。因此，在勁性骨架應用時需要考慮橋梁設計的目標要求，從設計初始做好各方面的參數優化，保證設計效果能夠發揮出來。在本文研究中，對勁性骨架的設計方案以及施工方案要點進行了詳細探究，目的在于提升整體工程的質量。