长江公路大桥北索塔上横梁支架设计与施工

1、荆岳长江公路大桥北索塔上横梁支架设计与施工1.工程概况荆岳长江公公路大桥桥是主跨跨为8166m的双塔塔混合梁梁斜拉桥桥，其北北塔（28墩）高高达2655.500m，为世世界最高高的“H”型斜拉拉桥索塔塔。北索索塔的上上横梁长长、宽、高分别为29.5m、7.8m、7.6m。横梁断面为砼箱形构造，顺桥向与索塔塔柱同宽；顶、底板厚1.0m，腹板厚1.0m；内设两道厚0.8m的横隔板，圆弧半径4m。具体构造见图1。图1 上横横粱一般般构造图图 图2 上横粱粱效果图图采用预应力力砼结构构，共设设置48束22s15.24预应力力钢绞线线，钢绞绞线标准准强度fpk=118600Mpa,砼采用C50，共计96

2、55m3，总重重为：25223t。2.施工方方案比选选（1）上横横梁支架架选型上横梁支架架均考虑虑空中少少支架法法施工，将将上横梁梁砼自重重通过支支架传递递给砼塔塔壁承受受。根据据上横梁梁的结构构特征，设设计过程程中拟定定了两种种支架布布置形式式。= 1 * GB3拼装式系系杆拱式式支架（比比选方案案）：整个拱圈由由四片桁桁拱构成成，通过过双偏心心法确定定最优矢矢跨比为为1.775，采用用悬链线线弧形。计计算跨径径29.0m。主拱拱肋由4根8200100mm螺旋管管构成，系系杆采用用5299100mm螺旋卷卷管构成成，共由由四根构构成，每每根与主主拱圈进进行销结结。拱上上立柱采采用42668m

3、mm的钢管管，根据据斜杆角角度和上上横梁荷荷载分布布情况，拱拱上立柱柱在局部部进行了了不等距距设置。桁桁拱上弦弦为2I556B的组合合型钢。中中间之间间段分配配梁采用用I322B，间距距为0.775m，上铺t=116mmm的钢板板作底模模。拱架架两端根根据横梁梁线型设设置圆弧弧桁架支支架，采采用I122.6型钢按按间距35ccm作分配配梁，面面板采用用厚度为为6mm钢板。图3 比选选方案上上横梁支支架构造造图该方案需加加工4片8200100mm的悬链链线拱肋肋，加工工精度要要求高，工工地现场场不具备备加工的的条件；需在索索塔上安安拆一跨跨径为30m的小拱拱，高空空使用两两台塔吊吊配合抬抬吊，较

4、较困难；拱肋因因为拱轴轴系数预预先确定定，因此此不便周周转使用用，材料料基本为为一次性性摊销。因因此该方方案对加加工设备备、起吊吊设备要要求较高高、材料料的周转转性小，经经济性差差。= 2 * GB3斜腿刚构构支架（实实施方案案）：斜支腿桁片片共有三三组，间间距经过过反复试试算，确确定为3.77m。刚架架主斜腿腿由10000110mmm的螺旋旋钢管构构成，水水平钢管管除中间间为82010mmm的钢管管外，其其余均采采用7200100mm的水平平管连接接。刚架架辅支腿腿由于受受力较小小，采用用7200100mm钢管。钢钢管立柱柱之间采采用42666mmm的水平平钢管进进行横向向连接。钢钢管立柱柱

5、上设置置1500t承载能能力的砂砂筒。砂砂筒上设设置3I556B的分配配粱，再再根据上上横梁的的横截面面质量分分布情况况，设置置18排单层层贝雷，贝贝雷粱在在支点增增加2110的竖杆杆作加强强处理。贝雷粱间在在支点处处设置风风构，在在贝雷粱粱两端因因小圆弧弧端桁架架的影响响，不能能设置风风构，则则采用在在贝雷粱粱上下弦弦上设置置166b的槽钢钢作为横横向联系系。贝雷雷粱顶设设置2I112.66分配粱粱，在空空腔位置置间距75ccm，在腹腹板位置置为37.5cmm。由于于整个刚刚架的总总重量约约为1177t，单根根支腿的的理论重重量仅4t，长度度长14.66mm，因此此采用上上下游塔塔吊均可可进

6、行起起吊安装装。支架的预拱拱度考虑虑弹性变变形和非非弹性变变形后，按按二次抛抛物线进进行设置置，考虑虑横梁设设计预拱拱度后，跨跨中支架架预拱度度设定为为28mmm。砂筒筒采用砼砼试验用用2000t压力机机进行预预压后锁锁定、密密封，以以减少实实际使用用过程中中的非弹弹性变形形。图4 实施施方案上上横梁支支架构造造图（2）方案案比选两个方案进进行比较较，实施施方案存存在明显显优势如如下：= 1 * GB3斜腿刚构构的结构构与中塔塔柱主动动撑相结结合，结结构的整整体性能能好；= 2 * GB3结构加工工非常方方便，实实现工地地现场加加工；= 3 * GB3结构的单单块重量量较轻，均均在上下下游塔吊

7、吊的起重重范围内内，便于于结构的的安装与与拆除；= 4 * GB3材料的周周转性高高，实现现的经济济效益高高。3.上横梁梁支架结结构计算算3.1有限限元模型型北索塔及支支架有限限元模型型北索塔上横横梁施工工支架有有限元模模型3.2、材材料及规规格表单元名称规格（mmm）单元名称规格（mmm）刚架主斜腿腿D10000*10贝雷桁片上上、下弦弦杆210刚架辅斜腿腿D720*10贝雷桁片竖竖杆I10刚架主水平平杆D800*10贝雷桁片加强竖杆210刚架辅水平平杆D720*10圆弧段主拱拱肋220刚架横向联联系钢管管 D426*6圆弧段拱架架系杆220 刚架分配梁梁 3I56bb圆弧段拱架架腹杆216

8、贝雷架顶分分配梁2I12.63.3计算算荷载计算工况：北索塔塔上横梁梁第一层层混凝土土浇筑浇注混凝凝土重量量第一次浇筑筑混凝土土3.8米高，计计算容重重26KKN/mm3，混凝凝土超重重1.005计入。模板、支支架自重重内、外模板板总重7400.1KKN，超重重系数1.003。施工及人人群荷载载施工人员按按1.55KN/m2考虑，施施工机具具按2KNN/m22考虑。风荷载（顺顺桥方向向）a：支架模模板部分分风荷载载：该荷荷载按均均布荷载载分配于于梁上，荷荷载集度度为7.772KNN/mb：贝雷桁桁片部分分风荷载载：该荷荷载按均均布力分分配在贝贝雷桁架架上，荷荷载集度度为 7KKN/mm3.4计

9、算算结果刚架主斜腿腿（D10000*10）应力力云图（KN/m2）刚架辅斜腿腿（D7220*10）应力力云图（KN/m2）刚架主水平平杆（D800010）应力力云图（KN/m2）刚架辅水平平杆（D722010）应力力云图（KN/m2）刚架横向联联系钢管管（D42266）应力力云图（KN/m2）刚架分配梁梁 （I566b）应力力云图（KN/m2）贝雷架顶横横向分配配梁 （I122.6）应力力云图（KN/m2）贝雷片上弦弦杆（2110）轴力力图（KN）贝雷片下弦弦杆（2110）轴力力图（KN）加强竖杆(2110)轴力图图（KN）贝雷架竖杆杆轴力图图（KN）贝雷架斜杆杆轴力图图（KN）圆弧段拱肋肋（

10、2220）应力力云图（KN/m2）圆弧段系杆杆（2220）应力力云图（KN/m2）圆弧段拱架架腹杆（2116）应力力云图（KN/m2）计算结果汇汇总：贝雷桁架杆杆件轴力力（单位位KN，负为为压）单元名称最大轴力理论容许承承载力验算贝雷桁片上上弦杆225560满足贝雷桁片下下弦杆195560满足贝雷桁片加加强竖杆杆92560满足贝雷桁片竖竖杆43213满足贝雷桁片斜斜杆93171满足 *取自装装配式公公路钢桥桥多用途途使用手手册立柱钢管及及分配梁梁应力表表单元名称规格（mmm）最大应力（MPa）容许应力（MPa）验算刚架主斜腿腿D10000*1085165满足刚架辅斜腿腿D720*1077165

11、满足刚架主水平平杆D800*1062183满足刚架辅水平平杆D720*10128183满足刚架横向联联系钢管管 D426*644183满足刚架分配梁梁 I56b38183满足贝雷架顶分分配梁I12.6632183满足圆弧段主拱拱肋22079183满足圆弧段拱架架系杆220135183满足圆弧段拱架架腹杆21668183满足注：支架各各构件施施工容许许应力均均在设计计规范的的规定基基础上提提高1.3，支架架立柱钢钢管考虑虑了弯曲曲折减系系数0.993.4支架架整体刚刚度验算算贝雷桁架变变形图由位移云图图可以看看出，支支架跨中中的竖向向变形梁梁最大为为2.11cm，贝雷雷桁架自自身绝对对变形量量为

12、1.00cm挠度与跨度度比值为为1.00cm/9000cm = 11/9000 1/4000 满足规规范要求求。3.5局部部节点验验算及相相应处理理斜支腿和水水平钢管管的交点点受力较较大，作作局部分分析如下下：计算模型图图 计算结果果图由计算结果果可知，钢钢管在交交界处存存在局部部应力过过大的问问题，因因此将钢钢管接头头交点位位置处浇浇筑成C30混凝土土，增强强钢管的的抗挤压压能力。3.6整体体稳定性性验算一阶失稳模模态 稳定系系数18.5由弹性屈曲曲分析结结果看，支支架的整整体线弹弹性稳定定系数为为18.5，表现现为圆弧弧段拱圈圈的横向向失稳，整整体稳定定性满足足要求。4.施工保保证措施施设

13、计上横梁支架架的钢管管质量及及焊缝质质量至关关重要，为为保证现现场支架架与计算算模型接接近一致致，主要要采取以以下设计计措施来来对钢管管及焊缝缝进行处处理：（1）采用用超声波波对所有有钢管立立柱的对对接接头头焊缝进进行100探伤伤。 超声声波探测测仪型号号HS6600，耦合合剂：工工业浆糊糊，探头头类型：单斜探探头5P999KK3，扫描描方式：锯齿型型；共检检查焊缝缝30条，经经初检，返返修复检检，按照照GB1113445-889标准评评定，无无超标缺缺欠波形形显示，根根据GB5502005-220011二级焊焊缝要求求，所检检焊缝内内部质量量合格。（2）单根根钢管立立柱，在在安装前前，在平平

14、台上按按横向联联系位置置进行约约束模拟拟，千斤斤顶和钢钢铰线进进行预压压。检验验压缩值值与实测测值是否否相符及及钢管接接头有无无不良现现象。（3）钢管管立柱上上增贴应应变片，对对钢管应应力进行行监控。并并对在钢钢管支架架立柱侧侧面跨中中设置位位移观测测点，对对可能出出现的屈屈曲位置置（第一一阶屈曲曲模态）用TCA2003全站仪进行变形观测。（4）钢管管接头的的贴板处处理 立立柱钢管管加强的的方式有有两种：一种是是对接接接头进行行贴板加加强；另另一种是是横向联联系与立立柱之间间，为保保证节点点的刚性性假设，设设置三角角肋板，使使之能传传递弯矩矩。5.上横梁梁施工北索塔上横横梁采用用塔、梁梁异步施

15、施工的施施工工艺艺，即将将塔柱施施工至上上塔柱一一定高度度后，再再进行上上横梁的的施工。横横梁分两两次浇筑筑完成，每每次浇筑筑高度为为3.88m。具体体浇筑示示意图如如图5所示。浇筑第一层层3.88m高砼 浇筑第第二层3.88m高砼 图5 上横横粱浇筑筑流程图图5.1模板板施工（1）模板板设计：在保证证质量及及安全的的情况下下，为了了提高施施工效率率、节省省材料及及施工方方便，对对模板设设计及施施工作以以下改进进：底模板：上横梁梁底模纵纵肋采用用1012ccm木枋，纵纵肋横桥桥向铺设设在支架架分配梁梁上，上上横梁腹腹板下方方约2700cm宽度范范围的纵纵肋间距距为30ccm，底板板范围的的纵肋

16、间间距为40ccm，底模模面板采采用厚为为15mmm竹胶板板。外模板：因采用用塔梁异异步施工工工艺，上上横梁的的外模采采用大面面积钢模模板和中中塔柱液液压爬模模内模板板拼装，利利用工地地现有的的模板进进行配模模。内模板：内模竖竖直面模模板板采采用钢模模板，除除倒角位位置加工工异型模模板，其其他均为为自加工工组合钢钢模板，钢钢板板厚厚度为5 mmm，竖直直面模板板按4.55m高度所所需数量量加工，重重复利用用。内模模顶板采采用木模模板，在在横梁内内搭设钢钢管脚手手架，安安装1012ccm木枋纵纵梁，顶顶板模板板铺设在在木枋纵纵梁上。（2）模板板安装：模板加加工完成成后，由由质检部部组织对对模板加

17、加工尺寸寸、平整整度、焊焊缝等进进行检查查，并进进行预拼拼装，验验收合格格后进行行保养，选选择平整整的场地地存放，注注意保护护。模板板安装前前清理面面板上的的杂物，面面板上的的铁锈必必须打磨磨干净，涂涂刷脱模模剂。底模安装装：在上上横梁支支架分配配梁安装装后，复复测其顶顶面标高高。铺设设横桥向向底模1012ccm木枋纵纵肋，纵纵肋搭接接位置必必须设置置在分配配梁上，不不容许出出现悬臂臂情况。底底模面板板接缝用用胶布粘粘牢，底底模面板板四周用用铁钉与与纵肋木木核枋连连接，底底模面板板顺桥向向总宽度度与横梁梁底板结结构尺寸寸一致，横横桥向注注意与圆圆弧倒角角模的接接连。外模安装装：上横横梁外模模紧

18、贴底底模上横横梁底模模纵肋，钢钢模部分分在第一一次砼浇浇筑施工工时，支支撑在支支架分配配梁上，第第二次砼砼浇筑施施工时，将将模板整整体上移移，依靠靠对拉螺螺杆和临临时支撑撑结构定定位。外外模板安安装时注注意接缝缝位置设设置双面面胶，防防止漏浆浆。模板板安装、调调整到位位后，在在模板外外侧间距距23m设置型型钢斜支支撑，防防止施工工过程中中模板移移位。模模板安装装完成后后，现场场技术员员和质检检员对对对拉螺杆杆、模板板接缝、连连接螺栓栓、保护护层厚度度、模板板拼装后后尺寸等等进行全全面检查查。内模安装装：先进进行角模模板的安安装，然然后在平平地上将将组合钢钢模拼成成大块模模板，再再逐块进进行安装

19、装，最后后安装调调节模板板。根据据外模对对拉螺孔孔位置安安装围檩檩，安装装对拉螺螺杆，顺顺桥向对对拉围檩檩间设置置型钢硬硬撑，防防止模板板出现位位移。搭搭设施工工脚手架架，作为为施工平平台结构构和顶模模板的支支撑结构构。顶模模板采用用竹胶模模板，木木方肋条条与竹胶胶模板间间采用铁铁钉连接接，面板板搭接位位置必须须设置有有肋条。上横梁第二二层混凝凝土施工工时，利利用支架架平台上上的顺桥桥向2工12.6平台搭搭设模板板支撑架架，安装装定位外外侧模板板，内模模则利用用脚手架架管搭设设、支撑撑。5.2钢筋筋、预应应力管道道施工横梁的普通通钢筋采采用第I类直螺螺纹接头头进行预预埋处理理，预埋埋时需用用塑

20、料螺螺帽将直直螺纹接接头的端端头封住住（如图图6所示）。横横梁施工工时利用用直螺纹纹套筒接接长。安安装腹板板钢筋时时，为了了增加其其稳定性性，用废废旧角钢钢焊成劲劲性骨架架，将腹腹板钢筋筋立于劲劲性骨架架上，考考虑横梁梁混凝土土美观与与质量，用用混凝土土垫块保保证钢筋筋保护层层。横梁预应力力钢绞线线采用后后穿法，在在索塔与与横梁接接头的断断面上预预埋两端端带丝的的镀锌钢钢管，丝丝口上在在浇筑砼砼时涂黄黄油，并并包裹塑塑料。其其安装工工艺是：波纹管管安装由由钢筋定定位架定定位，利利用接头头管接长长波纹管管，两端端用胶带带缠包，以以防止接接头处漏漏浆，然然后用钢钢筋卡子子与定位位架固定定，以防防止

21、浇筑筑混凝土土时波纹纹管上浮浮。钢筋筋定位架架每50ccm一个，管管道坐标标在长度度方向不不得大于于30mmm，在高高度方向向不得大大于10mmm，管道道之间的的误差不不得超过过10mmm。在浇浇筑混凝凝土之前前，对波波纹管进进行全面面检查：管道是是否开裂裂、烧伤伤、破损损，接头头是否密密实。图6 上横横粱钢筋筋的预留留5.3混凝凝土施工工（1）混凝凝土配合合比横梁为C550高强混混凝土，具具有高集集料、低低水胶比比、高泵泵扬程、早早强、缓缓凝等特特性。混混凝土采采用泵送送，泵送送水平和和垂直距距离都较较大，故故对混凝凝土的可可泵性、和和易性、泌泌水性及及缓凝早早强要求求较高，所所以混凝凝土配

22、合合比要求求：坍落落度18-20ccm，并且且应掺入入外加剂剂改善混混凝土的的和易性性、可泵泵性、缓缓凝早强强等效果果。（2）混凝凝土浇筑筑混凝土用一一套拌和和楼，通通过陆上上混凝土土运输车车运送到到主墩平平台，通通过平台台上的两两套泵管管装置将将混凝土土泵送到到待浇混混凝土处处。浇筑混凝土土时应特特别注意意以下施施工问题题：= 1 * GB3浇筑第一一次混凝凝土时，测测量人员员专门观观测钢管管支架的的变形情情况，及及时调整整浇筑工工艺，并并且第一一次浇筑筑混凝土土必须在在横桥方方向与顺顺桥方向向对称浇浇筑，相相差不得得超过20mm3。= 2 * GB3混凝土浇浇筑时，其其倾落度度超过2m时，

23、布布设串筒筒，确保保混凝土土不发生生离析，同同时也避避免因倾倾落度过过大使混混凝土溅溅到上层层模板上上而造成成混凝土土表面失失色。= 3 * GB3每次浇筑筑混凝土土按一定定厚度（30-50ccm）、方方向和顺顺序分层层浇筑。为为了防止止混凝土土表面出出现明显显的分层层线，尽尽量缩短短上下层层浇筑间间隔时间间，并在在振捣上上层混凝凝土时振振动棒插插入下层层混凝土土50-1000mm，使上上下混凝凝土融为为一体。= 4 * GB3振动棒的的移动间间距不得得超过振振捣器作作用半径径的1.5倍，与与侧模保保持50-1000mm距离，振振捣时间间控制在在30s左右，避避免漏振振，欠振振，过振振。= 5

24、 * GB3振捣时振振捣棒不不得碰撞撞波纹管管，模板板及各种种预埋件件。= 6 * GB3为了减少少混凝土土表面的的气泡，浇浇筑过程程中采用用两次振振捣工艺艺，第一一次在混混凝土布布料后进进行，每每二次在在混凝土土静置一一段时间间后进行行。每次次混凝土土在顶层层初凝前前进行第第二次振振捣，并并清除表表面浮浆浆。（3）混凝凝土养护护及施工工缝处理理混凝土的养养护及施施工缝处处理对混混凝土质质量及外外观有着着很大的的影响，必必须认真真对待。混凝土施工工缝采用用人工凿凿毛，辅辅以空压压机的方方法，在在混凝土土强度2.55MPaa，人工工凿毛清清理出骨骨料，必必要时辅辅以空压压机凿毛毛，用高高压气冲冲

25、洗。混凝土浇筑筑完成后后及时进进行养护护，采用用洒水养养护，为为了防止止污染混混凝土表表面，养养护水采采用已过过滤澄清清的江水水，安排排专人及及时、不不间断洒洒水，保保持混凝凝土表面面经常处处于湿润润状态，避避免混凝凝土表面面出现干干湿循环环，防止止混凝土土表面开开裂。5.4预应应力施工工（1）施工工流程预应力管道道及锚具具安装预应力力钢绞线线下料穿预应应力钢束束预应力力张拉锚固压浆封锚。上横梁预应应力锚具具采用222s15.24型，钢钢绞线直直径为15.24mmm，标准准强度18660MPPa，弹性性模量1944KN/mm22。钢绞绞线每束束长40550cmm，共48束。其其布置见见图7。第一一次浇筑筑完成后后，待混混凝土强强度达到到90%，张拉拉第一批批钢绞线线，第一一次张拉拉共14束， 即实心心黑圈为为第一批批张拉的的钢绞线线，余下下的均为为第 图图7 上横梁梁钢束布布置图二批张拉钢钢束。（2