八里湖大桥塔柱支架设计

　　摘要:八里湖大桥为“戒指”型三塔斜拉桥，主跨132m，塔柱造型独特，施工难度大。本文介绍了塔柱支架的结构特点，并应用有限元程序模拟支架在各施工阶段的受力,保证了支架结构安全可靠,为类似异形塔柱支架设计提供了参考。
　　关键词:“戒指”型塔柱，钢管桩支架，拱架，施工阶段分析
　　中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
　　1工程概况
　　八里湖大桥主桥为三塔斜拉桥，跨径布置为：80.55+2×132+80.55m,主桥全线范围位于+0.3%的纵坡上；主梁采用等截面边主梁形式，梁高2.7m（道路中心处）。主梁顶面全宽35.6m，主桥纵向为刚构体系，中塔处塔梁墩固结；边塔处塔墩固结、塔梁分离，在塔柱处主梁下设置竖向支承。塔柱外形呈“戒指”造型，桥面以上塔高26m，桥面以下高度13.9m，采用变截面钢筋混凝土结构。塔柱顺桥向独立布置2片，通过塔顶、索区、支座处设置的混凝土系梁连接成整体。
　　2支架方案设计
　　塔柱外形呈“戒指”造型，结构新颖、造型独特，施工难度较大，特别是主梁以上26m范围内的4#～9#节段（单个节段高度2.3m～6.8m）塔柱，斜率变化大。在设计过程中，主要考虑以下几个方面因素来确定支架的结构形式：一、支架结构在混凝土荷载作用下，构件的强度和刚度满足规范要求。二、塔柱混凝土在施工过程中应力和变形满足规范要求。当塔柱施工到8#节段，塔柱悬臂长度和倾斜角度较大，因此需设置塔柱对撑系统，以保证塔柱混凝土在施工过程中的应力和线形。三、塔柱外形呈“戒指”造型，线形随着高度增加逐渐由大半径曲线向小半径曲线过渡。支架结构应满足塔柱曲率变化的要求。四、支架结构应形式简洁、受力明确、且方便现场安装和拆除。经各方案比选最终确定塔柱支架采用
　　
　　图1八里湖大桥立面图（单位：m）
　　
　　钢管桩支架支承拱架的结构形式。
　　
　　图2塔柱分节图
　　3塔柱支架构造
　　3.1塔柱支架
　　钢管桩支架由立柱、横撑、斜撑、联结系和分配梁组成。立柱采用φ600×8mm钢管，为钢管桩支架的主受力结构。横撑和斜撑采用φ273×6mm钢管，设置在7、8#节段处立柱上，既能作为分配梁的支承结构，又能利用作塔柱对撑结构。分配梁采用2根HN400×200型钢组焊而成。用来支承与该节段塔柱线形一致的弧形模板，两者之间设有能微调高度的抄垫，以满足该节段塔柱施工的线形要求。
　　支架安装时，12根立柱共分为三个吊装单元，单个吊装单元中的各构件先在工厂焊接成整体，运至现场安装就位（立柱底部焊接在主梁0#节段的预埋件上），焊接吊装单元间的联结系（采用φ273×6mm钢管），再依次焊接横撑、斜撑和分配梁，利用测量数据，调整分配梁上抄垫高度，最后安装模板。
　　3.2拱架
　　拱架由面板、小肋、大肋、斜杆、顺桥向连杆和水平连杆组成。面板采用15mm竹胶板；小肋采用80×100mm木方；大肋采用钢板焊接工字梁，梁高150mm，上、下翼缘板厚10mm，宽90mm，腹板厚10mm，大肋各构件拼装时，设置了弧度，以满足9#节段塔柱线形；斜杆采用2根[10a型钢组拼，承受轴向压力，将荷载传向钢管桩支架；连杆分为顺桥向连杆和水平连杆，分别采用[10a和2根[10a型钢组拼，以增强拱架的稳定性。
　　为方便吊装和拆卸，整个拱架分为三块（2个拱架“A”和1个拱架“B”）块与块之间为螺栓连接，单个块中的钢结构连接均为焊接，小肋与大肋之间采用铁丝绑扎。
　　
　　图3塔柱支架总布置图
　　4塔柱支架结构计算
　　4.1计算分析
　　支架整体结构采用midas建立杆系模型分析计算。钢管桩支架各构件均用梁单元模拟，钢管桩立柱与横撑和斜撑之间采用刚结，钢管桩桩底为铰接；拱架上各水平杆和斜杆均按梁单元模拟；拱架与钢管桩支架之间采用刚结；按实际每节段混凝土产生的荷载加载。
　　4.2设计荷载
　　(1)支架结构（钢管桩和拱架）自重：程序自动计算；
　　(2)混凝土荷载：26kN/m3根据塔柱线形的变化,按侧压力或重力加载；
　　(3)施工荷载：2.5kN/m2；
　　(4)风荷载：作用在单根钢管桩上风压力为:F=3.24kN(8级风)F=14.35kN(12级风);作用在拱架上的风压力F=4.65kN(8级风)F=20.62kN(12级风)。
　　4.3计算工况及荷载组合
　　工况一：拼装钢管桩支架（考虑风荷载影响）；荷载组合：钢管桩支架自重+12级风荷载；
　　工况二：浇注7#节段混凝土荷载组合：钢管桩支架自重+浇注7#节段砼产生的侧压力（对钢管桩支架）+6#节段混凝土达到强度后对支架的作用+8级风荷载；
　　工况三：浇注8#节段混凝土荷载组合：钢管桩支架自重+拱架自重+浇注8#节段砼重力（部分）+6、7#节段混凝土达到强度后对支架的作用+8级风荷载；
　　工况四：浇注9#节段混凝土荷载组合：钢管桩支架自重+拱架自重+浇注9#节段砼重力+6、7和8#节段混凝土达到强度后对支架的作用+8级风荷载；
　　工况五：9#节段混凝土达到强度，在塔顶施加1600kN对顶力；荷载组合：钢管桩支架自重+拱架自重+6、7、8、9#节段混凝土重量（达到强度）+1600kN对顶力+8级风荷载；
　　4.4计算结果分析
　　通过计算，工况四荷载组合最不利，为控制工况。各构件计算结果见表2表3，结构各杆件均按照规范验算了平面内和平面外稳定，结构整体稳定系数为8，均满足要求。工况五在塔柱合龙段施工对顶力，支架卸载，对支架构件受力有利。
　　表1工况四拱架构件计算结果（MPa）
　　构件名称 正应力 剪应力
　　面板 4.80 0.51
　　木方 8.44 0.95
　　大肋 121.4 43.7
　　水平连杆 10.6 —
　　斜杆 63.6 —
　　连接杆 112.1 —
　　表2工况四钢管桩支架构件计算结果（MPa）
　　构件名称 正应力 剪应力
　　分配梁 36.0 40.0
　　钢管桩 38.3 —
　　联结系 24.4 —
　　5结束语
　　八里湖大桥塔柱结构新颖造型独特，有别于斜拉桥通常所采用的“H”型、倒“A”型和倒“Y”型塔柱。塔柱顶端线形与拱桥
　　相类似，因此本支架采用了钢管桩支架和拱架相结合的结构形式，以满足不同节段混凝土曲率变化的要求，同时将塔柱对撑系统和支架结构合二为一，降低了工程造价。该塔柱支架可为类似的结构设计提供参考。
　　
　　参考文献:
　　[1]GB50017-2003钢结构设计规范.中国计划出版社，2003.
　　[2]JTG/TF50-2011公路桥涵施工技术规范.人民交通出版社，2011
　　[3]周水兴何兆益邹毅松等编著.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001.
　　[4]夏志斌姚谏编著.北京：中国建筑工业出版社，2004

《八里湖大桥塔柱支架设计》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 八里湖大桥塔柱支架设计

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-18919