勁性骨架在橋梁工程設計中的應用分析

劉　宇　劉超豪

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴州貴陽　550001）

引言

勁性骨架法主要是利用先安裝的拱形勁性鋼桁架作為拱圈的施工支架，并將勁性骨架各片豎、橫桁架包以混凝土，形成拱圈整個截面構造的施工方法，近年來在橋梁工程設計中得到了比較廣泛的使用，而其在橋梁工程設計的應用也是非常具有研究價值的。

1　勁性骨架在橋梁工程設計中的作用

在橋梁工程的施工中，勁性骨架是一種十分常見的骨架結構，而所起到的作用是多方面的：①勁性骨架的斜拉索的主要材料為鋼絞線，與其他常見的斜拉索材料相比，這種材料不僅強度更高、承載力更大，還具有著延伸量小、變形穩定等特點，能夠使骨架架設過程中出現不穩定非彈性變形的幾率大大降低。②勁性骨架采用了千斤頂張拉系統，這一系統會對骨架的斜拉施加卸拉力，收放索也比較長，因此具有著張拉能力大、行程控制精度高、索力調整精確、索力控制靈活、錨固可靠等多方面的優點，對于橋梁施工的質量安全控制能夠起到很大的幫助。③與常規骨架不同的是，勁性骨架的斜拉扣掛體系具有著自成系統的特點，不會受到纜索吊裝系統的干擾，因此在骨架的吊裝過程中會更為安全，施工質量也能夠得到很好的保障[1]。④由于勁性骨架的索力控制更加靈活、精確，因此在橋梁工程施工時能夠提供較為準確的數據，使控制分析變得更加合理，而在通過計算確定施工控制計算值后，并以此為基礎的結構變形和內力調整也會更加精確。⑤在橋梁工程的合攏施工中，勁性骨架可以代替合攏段作為臨時的受力結構，對溫度變化后合攏段兩懸臂端產生的標高變化以及相對位移的力進行控制約束，從而達到合攏段兩端兩懸臂端無高差變化、位移變化的效果，更好的實現臨時鎖定。此外在合攏施工中，勁性骨架還具有著保護合攏安全養護，消除因結構混凝土收縮、徐變在結構體系轉變后引起的后期結構應力等一系列的作用。⑥勁性骨架本身具有著一定的強度，因此在骨架安裝完成后，能夠作為橋梁主體的一部分將鋼筋結構連接起來，保證橋梁結構的穩定性，以免出現傾斜、坍塌等質量安全事故。⑦勁性骨架能夠在橋梁主體安裝階段提供固定安全帶的功能，這極大的保證了施工人員的人身安全。

2　勁性骨架的設計

2.1　勁性骨架的高度設計與材料選擇

勁性骨架在施工階段的主要采用的安裝方法為爬模安裝方式，因此每兩個模板在施工中都可以被視為一個施工段，在設計過程中，必須要對勁性骨架的高度進行明確，以免出現模板高度不一致的情況，從而影響到安裝施工。同時，在勁性骨架的設計中還需要骨架原材料的選擇進行全面考慮：①勁性骨架作為橋梁結構的一部分，具有著較高的結構受力要求，必須要保證原材料的強度能夠達到相關標準[2]。②在保證原材料強度能夠滿足結構受力要求的前提下，應盡可能選擇重量與價格較低的材料，以達到降低安裝施工難度，節約施工成本的效果，通常情況下，勁性骨架選取工字鋼和槽鋼（槽鋼需要兩塊并排焊接使用）作為制作材料是比較合適的，由于抗拉性能、抗壓性、抗彎性和抗剪性等多方面的性能都比較好，因此在質量上能夠很好的滿足設計需求，而價格、重量等方面也比較合適。

2.2　勁性骨架的吊裝施工設計與鋼材用量

勁性骨架的體積與質量都比較大，想要在吊裝施工的過程中對其進行位置調整一般是比較困難的，因此在設計階段，設計者需要將骨架分為橫向與縱向兩部分，以便于施工時分別進行吊裝，最后再連接成一個整體，這樣可以很好的提高吊裝施工的靈活性，提高施工效率。在設計過程中，對于鋼材的用量也需要嚴格進行把握，一般情況下每立方米混凝土的鋼材用量應在30kg左右為宜，過多則會導致鋼材的浪費，增加施工成本。

2.3　勁性骨架的結構形式選取

從設置方式上來看，勁性骨架結構形式可分為內置形式與外置形式兩種，其中內置形式主要是指將骨架埋入合攏段內部，作為橋梁的永久性結構，在施工時通常會將最后兩塊懸澆段的尾段預埋鋼板，之后在再將型鋼焊接到之前埋設的鋼板上，使骨架與橋梁主體結構實現永久性的連接。而外置形式則是將勁性骨架設置在頂板與底板上部以及頂板的下部，在施工階段一般會采用外露式焊接的方式將型鋼焊接到反力座鋼板，等到混凝土養護工作完成后達到設計要求后，再將勁性骨架的約束接觸，以實施預應力筋張拉前施工。內置形式與外置形式，在施工工藝上相差不大，但在實際應用中卻有著不同的優勢與弊端，其中內置形式不僅能夠提高橋梁主體的強度，同時還能夠避免施工對橋梁外觀質量所造成的影響，但由于橋梁主體內部的鋼筋較密，同時勁性骨架不利于混凝土養護，因此也存在著容易出現空洞、材料浪費較大等問題。而外置形式在施工工藝上較為簡單便利，對于混凝土養護、骨架焊接、材料利用率等方面都具有著更好的效果，但由于采取了外露式焊接的方式，因此對橋梁外觀質量的影響會比較大。在橋梁工程的設計中，設計可根據實際施工情況與工程項目要求進行靈活選擇。

3　勁性骨架的施工技術

由于勁性骨架施工方式的限制，因此骨架模板的高度設計需要在保證高度一致的同時對混凝土面高度進行充分考慮，必須保證在安裝過程中勁性骨架的第一節模板高度高出混凝土面0.5m以上，而在之后每一節安裝好的勁性骨架都必須在保證相同高度的情況下逐步開始接高工作，而每一次接高完畢后，都需要在塔柱上澆注混凝土。同時，勁性骨架的重量較大，因此在定位安裝之前需要先選擇一個能夠保持較長時間的的吊點，保證施工階段模板安裝的連貫性，從而進而可能的加快施工進度。

在連接模板連接方面，需要先在調平段預埋好鋼板，之后將第一節模板與鋼板建立連接，在連接時需要控制好調平鋼板的平面位置和標高，最后再用螺絲將上、下層的勁性骨架連接起來，并在確定好具體位置后開始焊接工序，完成模板與橋梁主體的連接。

在勁性骨架安裝定位階段，由于定位要求的精確度較高，因此必須要對測量工作進行重點關注，否則一旦出現測量失誤，導致安裝定位的錯誤，就需要進行返工，從而使施工成本大大提高。①當第一節模板的位置確定后，需要結合設計標準放樣出骨架的底部邊線，并對骨架角點的標高進行精確測量，之后再按照設計標準中的傾斜度對第一節骨架進行安裝，同時再次對骨架上的角點位置進行測量和調整，以保證達到設計要求。②在勁性骨架的整體安裝過程中，需要對每一節骨架的角點標高進行測量并計算出實際誤差，并通過建立平面坐標的方式進行控制[3]。

在斜拉索套筒安裝過程中，需要先確定套筒的位置并在橫聯中間焊接槽鋼，同時根據套筒實際位置確定好其在設計圖紙底軸線上的平面位置與高程，之后安裝好臨時固定裝置并開始套筒吊裝。在套筒安裝完畢后，還需對外模板的空間位置進行測量，并將其與骨架數據進行對比分析，確定骨架準確的空間位置的科學性，最后進行外模板的安裝并澆筑塔柱混凝土。

4　結束語

總而言之，勁性骨架在橋梁工程設計中的作用非常之大，想要在實際施工中進行有效運用，不僅要在施工工藝上進行不斷提升，同時還要對設計方案與施工操作上進行嚴格把控。

[1]高磊，張峰，李術才.合龍段內置勁性骨架對剛構橋受力性能的影響[J].應用基礎與工程科學學報，2017，25（02）：296～306.

[2]趙人達，張正陽.我國鋼管混凝土勁性骨架拱橋發展綜述[J].橋梁建設，2016，46（06）：45～50.

[3]葛植成.橋梁工程中勁性骨架的應用[J].珠江水運，2015（04）：58～59.