闵浦二桥主塔设计与施工

吴勇

摘要：上海闵浦二桥为独塔双索面钢板桁组合梁斜拉桥。主塔顺桥向为单柱式，横桥向为H型结构。本文主要介绍主塔结构设计及主塔施工。

关键词：斜拉桥；主塔；爬模

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号

Abstract: Shanghai MinPu two bridge for single tower and double cable plane steel truss cable-stayed bridge of the composite beams. The main tower for the bridge to the simple columnar type, the bridge to the structure for the H. This paper mainly introduces the main tower structure design and the main tower construction.

Key Words: cable-stayed bridge; main tower; climb mode

1 概况

闵浦二桥是一座公轨两用一体化双层特大桥，位于上海市黄浦江上游闵行-奉贤段，距下游奉浦大桥约1.7km。主桥为独塔双索面双层斜拉桥，主跨251.4m，锚跨147m+38.25m，主桥总长436.65m。上层为二级公路，双向4车道，桥面宽度18m；下层为双线轻轨（上海轨道交通5号线闵奉段）。目前为国内最大跨径的公轨两用双层钢桁梁斜拉桥，

闵浦二桥为独塔双索面钢板桁组合梁斜拉桥，扇形索面，桁梁为全钢结构，半飘浮支承体系。由于边跨跨径比较小，过渡墩及辅助墩的负反力问题，采用边跨压重的措施进行解决。

图1 闵浦二桥斜拉桥立面图

2 主塔结构设计

闵浦二桥索塔从承台顶面至塔顶总高148m，塔顶标高153.0（吴淞高程）。索塔的外形采用H型，首先该形状有较好的横向稳定性，其次该造型能很好的满足双索面的要求，与整个结构环境能协调的统一。整个索塔巍然矗立在黄浦江中，给人一种浩气凛然的感觉，成为黄浦江中又一美丽的风景。

索塔为钢筋混凝土结构，塔柱共分三段，桁梁以下为下塔柱，上横梁以上锚索区为上塔柱，上、下横梁之间为中塔柱。为了减少风阻效应，又美化塔柱的外形，塔柱采用了五边形截面。桥面以上塔柱为等截面，纵桥向宽度6.5m，横桥向宽度4.2m；桥面以下为变截面，纵桥向由6.5m变至塔底8.5m，横桥向由4.2m变至塔底6.8m。下塔柱横向为向外倾斜度1/20.467，中塔柱横桥向向内倾斜度1/14.121，具体形状见图2。

图2 闵浦二桥主桥主塔结构图

塔上设置二道横梁，上横梁为空心箱形截面，截面尺寸5m（高）x6m（宽），厚600mm；下横梁为箱形截面，截面尺寸7m（高）x6m（寬），厚800mm。横梁均为预应力混凝土结构，横梁顶面设双向1%横坡，有利于排水，具体形状见图3。

为便于通行, 中塔柱在桥面高度处及塔柱与上横梁相连一侧均开有人孔, 塔柱内均设有人行爬梯, 上塔柱顶板、上横梁顶板亦开有人

图3 闵浦二桥主桥横梁结构图

孔, 便于检修人员进出.，中、上塔柱在横向侧面沿高度方向每隔3 m 均设置φ100 通气孔。 塔顶上设有避雷针装置, 通过接地引线与承台基底的接地钢筋相连。

3 主塔结构分析

主塔是由塔柱和横梁组成的框架结构，结构计算分为顺桥向和横桥向以及局部应力分析，具体的计算内容如下。

3. 1 顺桥向静力分析

根据结构形成过程,按以下顺序计算主塔主要施工阶段,即:下塔柱、下横梁、中塔柱、上横梁、上塔柱等主要步骤。计算分析中涉及的荷载如下.混凝土收缩徐变影响力;恒载作用下斜拉索力及支反力。

(1) 恒载。包括:主塔自身重量;主塔横梁预应力;

(2) 活载作用下斜拉索力及支反力。

(3) 温度影响力。

1）体系温差

钢结构最高有效温度标准值48.1℃，最低有效温度标准值-14.7℃，计算合龙温度10℃～20℃，则主桁及斜拉索体系升温标准值为+38.1℃，体系降温标准值为-34.7℃。

混凝土结构最高有效温度标准值38.56℃，最低有效温度标准值-6.42℃，计算合龙温度10℃～20℃，则塔结构体系升温标准值为+28.56℃，体系降温标准值为-26.42℃。

2）构件温差

索与主桁温差±10℃；索与塔温差±15℃；

3）温度梯度

温度梯度按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004的温度梯度曲线确定，T1=16℃，T2=5.7℃（90mm沥青混凝土铺装）。

(4) 风力。计算中除了塔自身风力外,还计入了梁、索传至塔上的静风荷载。桥址处设计风速；考虑汽车参与风荷载组合时，桥面高度处的设计基准风速；施工状态取重现期10年的设计风速。

3. 2 横向计算

横向计算中一般将主塔作为塔座固结的框架结构体系进行计算,计算主要包括以下几种工况:

(1) 施工阶段。主塔自身处于施工状态,即裸塔状态。此阶段应根据各施工阶段的结构体系,同时考虑结构体系的转换进行受力分析。有些施工荷载应视具体施工方案而定,如施工吊机及构架、施工预顶力等。此阶段风力按施工期间的风力计算。

(2) 施工完毕,施工挂索及架梁状态。此阶段为无活载阶段。应根据恒载索力,无活载风力进行受力分析。

(3) 成桥状态。此阶段为成桥运营阶段。按有活载风力计,索力为最大,即运营阶段索力。

(4) 主塔受力分析还须考虑成桥状态前3 种状态下对应的地震效应。

由此进行每个阶段各种组合工况的受力分析。

3. 3 局部应力分析

主塔斜拉索锚固区由于斜拉索索力的作用,在锚固点附近会产生应力集中现象,故对斜拉索锚固区进行局部应力检算,取塔的最上一段分析,锚固区空心断面在每一索距间均配有U型预应力束,以抵抗拉索水平分力作用,计算结果表明,无论是运营阶段,还是施工时张拉U型束工况下,结构均满足规范要求。

4 主塔施工

主塔是斜拉桥的主要承重结构,结构尺寸较大,塔内钢筋密集,施工精度要求较高。本桥主塔施工采用爬模工艺。具体为: 塔座施工为现浇；下塔柱完成调平段后采用自爬模施工；下横梁采用膺架法施工；中塔柱施工采用自爬模施工；上横梁与其两侧塔柱异步施工，支架为空中型；上塔柱采用自爬模施工。

由于主塔塔柱均为钢筋混凝土结构,而中塔柱又为斜柱,故塔柱自身重量均产生很大的弯矩。为调整塔柱的受力状况,使塔柱截面应力满足要求,施工步骤中在两中塔柱之间加横撑,并施加一定的顶推力,使之对主塔产生预加力的效果,以抵消因塔柱倾斜而产生的自重弯矩。施工中要求各横撑均需顶紧,中塔柱范围横撑待上横梁施工完成后方可拆除。

横梁是主塔施工的关键部分，容易出现裂缝。为了防止横梁出现裂缝，下、上横梁施工都采取分层施工。首先为确保两次浇注的连接面的抗剪增设了施工接缝钢筋, 在第一次浇注时预埋, 连接面需凿毛并清除干净, 以使新旧混凝土结合面密贴, 然后在第一次混凝土上立内模, 扎钢筋及预应力孔道接外侧模板, 并浇注第二次混凝土。混凝土浇注采用水平分段, 斜向分层, 对称匀衡浇注的原则。同时确保空箱内外通风良好, 以减少箱内外温差。为避免上下层混凝土平均温差过大, 并控制上、下层混凝土平均温差不大于20度。其次控制好混凝土的浇注时间，一般浇注时间控制在一天的温度最低的时段，这样可以有效的减少混凝土的裂缝。

5 结束语

主塔是斜拉桥主要的承重构件,除了承受自身恒载产生的内力及由拉索传来的索力及主梁的支反力,主塔还要承受直接作用于塔身、拉索、主梁的风力及温度应力等各种作用。主塔结构须根据其受力特点,并结合斜拉桥的具体要求设计。它是以承压为主的受力构件,顺桥向为使全桥外观简捷,且为施工方便,一般均设为单柱式;横桥向因要抵抗全桥风荷载,而须具有一定的横向刚度,并结合斜拉桥的具体要求,如拉索布置形式、主梁形式等,其次要考虑景观方面的要求。斜拉桥作为一个地方的标志,而桥塔则是这个标志中的标志。

闵浦二桥主桥塔柱高达148米，巍然矗立在黄浦江畔，真个结构雄伟，构造讲究，造型美观，整塔气势磅礴又不失纤秀，恰如其分的与黄浦江融为一体，成为当地一道美丽的风景。

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