西津河大桥主塔施工支架体系分析

2014-03-27柏华军

中华建设科技 2014年1期

柏华军

【摘要】西津河大桥采用斜置拱塔双索面预应力混凝土斜拉桥，主塔采用支架体系施工，本文针对主塔支架体系施工方案进行有限元理论分析，并在该桥施工中成功应用，为今后同类型桥梁的施工方案提供参考和指导。

【关键词】斜拉桥，支架施工，有限元分析

1. 工程概况

（1）西津河大桥采用斜置拱塔双索面预应力混凝土斜拉桥，桥跨布置（90+110）m，桥梁全长205m，全宽40m。主塔分为下塔柱、中塔柱和上塔柱，桥面以下主塔为下塔柱，高度10.16m，其中中横梁以下塔柱高度5.56m，塔梁结合处高度4.6m。桥面以上主塔沿桥梁中心线顺桥向向北倾斜12°，竖直高度57m，分为中塔柱和上塔柱，高度分别为32.201m和24.799m。主塔竖向分成16个节段，并自下而上依次编号，节段竖直高度依次为5.56m+4.6m×7+4.603m+4.418m×3+3.436m+2.455m×2+3.635m。

（2）主塔塔顶横梁施工方案：主塔14#节段与塔顶横梁分开施工，先施工14#节段，再利用14#节段作为支撑，采用1组贝雷梁作为支撑反力架进行横梁施工。塔顶横梁施工时，横梁及其施工荷载沿主塔轴线方向的分力由主塔630钢管支架支撑，垂直于塔轴线方向的力由贝雷梁支架承担。横梁施工完成后达到设计强度，其底模、侧模及反力架均拆除。支架体系为：630钢管+4拼I45a工字钢+贝雷梁+I45a工字钢+I10工字钢，如图1所示。

图1塔顶拱部平台示意图2. 主塔支架有限元分析模型

采用MIDAS软件对主塔支架体系进行计算，计算模型如图2所示。模型主要采用了梁单元，模型共有节点共计1726个，单元共计2314个。

3. 计算参数

3.1构件截面。主塔支架体系各主要构件的截面形式如表1所示。

2主塔支架体系计算模型局部放大图3.2边界条件。根据主塔支架体系的设计及工作状态，边界条件考虑如下：

（1）钢管柱底部约束Dx、Dy、Dz。

（2）钢管柱顶部与工字钢横梁之间联系用铰接弹性连接模拟。

（3）工字钢横梁与贝雷梁之间联系用铰接弹性连接模拟。

（4）贝雷梁与横桥向I10工字钢之间联系用铰接弹性连接模拟。

3.3计算工况。根据主塔施工方案，本次计算主要考虑如下施工工况（见表2）：

3.4计算荷载。

（1）在工况一下的计算荷载考虑如下：风荷载：由于主塔支架较高，所以需考虑风速高度变化修正系数，支架所承受的风荷载如表3所示。

3支架在混凝土荷载、施工临时荷载

及水平风荷载作用下竖向和水平变形图（mm）图4支架在混凝土荷载、施工临时荷载

及水平风荷载作用下水平变形图（mm）（2）本支架计算考虑了支架体系自重，计算实际浇筑混凝土重量，同时考虑到混凝土振捣及模板系统等施工临时荷载，以浇筑的混凝土自重乘以1.2的系数进行考虑。把横梁及其施工荷载分解为沿塔轴线方向和垂直于塔轴线方向的力。垂直于塔轴线方向的力由安装在14号块上的贝雷梁支架承担，沿塔轴线方向的荷载由主塔630钢管支架支撑承担。把沿塔轴线方向的荷载分解为水平荷载和竖直荷载值如下表4所示。

4. 主塔支架分析结果

4.1挠度计算结果。支架在混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下最大竖向位移为6.9mm，支架在混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下纵桥向最大水平位移为22.5mm，如图3所示。支架在混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下横桥向最大水平位移为3.7mm，如图4所示。

表4I10工字钢承受上部结构荷载荷载类型1 荷载值（KN/m）水平荷载1 3.9竖直荷载1 18.44.2应力计算结果。

（1）D630×10钢管柱和D325×10钢管柱在混凝土荷载、施工临时荷载及水平风荷载作用下的最大组合应力值分别为-31.3MPa～17.7MPa和-24.2MPa～38.1MPa，最大应力都发生在钢管柱端部，如图5所示。