劲性骨架在桥梁工程设计中的应用分析

2018-02-14刘超豪

建材与装饰 2018年13期

关键词：劲性骨架桥梁工程

刘　宇　刘超豪

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵州贵阳　550001）

引言

劲性骨架法主要是利用先安装的拱形劲性钢桁架作为拱圈的施工支架，并将劲性骨架各片竖、横桁架包以混凝土，形成拱圈整个截面构造的施工方法，近年来在桥梁工程设计中得到了比较广泛的使用，而其在桥梁工程设计的应用也是非常具有研究价值的。

1　劲性骨架在桥梁工程设计中的作用

在桥梁工程的施工中，劲性骨架是一种十分常见的骨架结构，而所起到的作用是多方面的：①劲性骨架的斜拉索的主要材料为钢绞线，与其他常见的斜拉索材料相比，这种材料不仅强度更高、承载力更大，还具有着延伸量小、变形稳定等特点，能够使骨架架设过程中出现不稳定非弹性变形的几率大大降低。②劲性骨架采用了千斤顶张拉系统，这一系统会对骨架的斜拉施加卸拉力，收放索也比较长，因此具有着张拉能力大、行程控制精度高、索力调整精确、索力控制灵活、锚固可靠等多方面的优点，对于桥梁施工的质量安全控制能够起到很大的帮助。③与常规骨架不同的是，劲性骨架的斜拉扣挂体系具有着自成系统的特点，不会受到缆索吊装系统的干扰，因此在骨架的吊装过程中会更为安全，施工质量也能够得到很好的保障[1]。④由于劲性骨架的索力控制更加灵活、精确，因此在桥梁工程施工时能够提供较为准确的数据，使控制分析变得更加合理，而在通过计算确定施工控制计算值后，并以此为基础的结构变形和内力调整也会更加精确。⑤在桥梁工程的合拢施工中，劲性骨架可以代替合拢段作为临时的受力结构，对温度变化后合拢段两悬臂端产生的标高变化以及相对位移的力进行控制约束，从而达到合拢段两端两悬臂端无高差变化、位移变化的效果，更好的实现临时锁定。此外在合拢施工中，劲性骨架还具有着保护合拢安全养护，消除因结构混凝土收缩、徐变在结构体系转变后引起的后期结构应力等一系列的作用。⑥劲性骨架本身具有着一定的强度，因此在骨架安装完成后，能够作为桥梁主体的一部分将钢筋结构连接起来，保证桥梁结构的稳定性，以免出现倾斜、坍塌等质量安全事故。⑦劲性骨架能够在桥梁主体安装阶段提供固定安全带的功能，这极大的保证了施工人员的人身安全。

2　劲性骨架的设计

2.1　劲性骨架的高度设计与材料选择

劲性骨架在施工阶段的主要采用的安装方法为爬模安装方式，因此每两个模板在施工中都可以被视为一个施工段，在设计过程中，必须要对劲性骨架的高度进行明确，以免出现模板高度不一致的情况，从而影响到安装施工。同时，在劲性骨架的设计中还需要骨架原材料的选择进行全面考虑：①劲性骨架作为桥梁结构的一部分，具有着较高的结构受力要求，必须要保证原材料的强度能够达到相关标准[2]。②在保证原材料强度能够满足结构受力要求的前提下，应尽可能选择重量与价格较低的材料，以达到降低安装施工难度，节约施工成本的效果，通常情况下，劲性骨架选取工字钢和槽钢（槽钢需要两块并排焊接使用）作为制作材料是比较合适的，由于抗拉性能、抗压性、抗弯性和抗剪性等多方面的性能都比较好，因此在质量上能够很好的满足设计需求，而价格、重量等方面也比较合适。

2.2　劲性骨架的吊装施工设计与钢材用量

劲性骨架的体积与质量都比较大，想要在吊装施工的过程中对其进行位置调整一般是比较困难的，因此在设计阶段，设计者需要将骨架分为横向与纵向两部分，以便于施工时分别进行吊装，最后再连接成一个整体，这样可以很好的提高吊装施工的灵活性，提高施工效率。在设计过程中，对于钢材的用量也需要严格进行把握，一般情况下每立方米混凝土的钢材用量应在30kg左右为宜，过多则会导致钢材的浪费，增加施工成本。

2.3　劲性骨架的结构形式选取

从设置方式上来看，劲性骨架结构形式可分为内置形式与外置形式两种，其中内置形式主要是指将骨架埋入合拢段内部，作为桥梁的永久性结构，在施工时通常会将最后两块悬浇段的尾段预埋钢板，之后在再将型钢焊接到之前埋设的钢板上，使骨架与桥梁主体结构实现永久性的连接。而外置形式则是将劲性骨架设置在顶板与底板上部以及顶板的下部，在施工阶段一般会采用外露式焊接的方式将型钢焊接到反力座钢板，等到混凝土养护工作完成后达到设计要求后，再将劲性骨架的约束接触，以实施预应力筋张拉前施工。内置形式与外置形式，在施工工艺上相差不大，但在实际应用中却有着不同的优势与弊端，其中内置形式不仅能够提高桥梁主体的强度，同时还能够避免施工对桥梁外观质量所造成的影响，但由于桥梁主体内部的钢筋较密，同时劲性骨架不利于混凝土养护，因此也存在着容易出现空洞、材料浪费较大等问题。而外置形式在施工工艺上较为简单便利，对于混凝土养护、骨架焊接、材料利用率等方面都具有着更好的效果，但由于采取了外露式焊接的方式，因此对桥梁外观质量的影响会比较大。在桥梁工程的设计中，设计可根据实际施工情况与工程项目要求进行灵活选择。

3　劲性骨架的施工技术

由于劲性骨架施工方式的限制，因此骨架模板的高度设计需要在保证高度一致的同时对混凝土面高度进行充分考虑，必须保证在安装过程中劲性骨架的第一节模板高度高出混凝土面0.5m以上，而在之后每一节安装好的劲性骨架都必须在保证相同高度的情况下逐步开始接高工作，而每一次接高完毕后，都需要在塔柱上浇注混凝土。同时，劲性骨架的重量较大，因此在定位安装之前需要先选择一个能够保持较长时间的的吊点，保证施工阶段模板安装的连贯性，从而进而可能的加快施工进度。

在连接模板连接方面，需要先在调平段预埋好钢板，之后将第一节模板与钢板建立连接，在连接时需要控制好调平钢板的平面位置和标高，最后再用螺丝将上、下层的劲性骨架连接起来，并在确定好具体位置后开始焊接工序，完成模板与桥梁主体的连接。

在劲性骨架安装定位阶段，由于定位要求的精确度较高，因此必须要对测量工作进行重点关注，否则一旦出现测量失误，导致安装定位的错误，就需要进行返工，从而使施工成本大大提高。①当第一节模板的位置确定后，需要结合设计标准放样出骨架的底部边线，并对骨架角点的标高进行精确测量，之后再按照设计标准中的倾斜度对第一节骨架进行安装，同时再次对骨架上的角点位置进行测量和调整，以保证达到设计要求。②在劲性骨架的整体安装过程中，需要对每一节骨架的角点标高进行测量并计算出实际误差，并通过建立平面坐标的方式进行控制[3]。

在斜拉索套筒安装过程中，需要先确定套筒的位置并在横联中间焊接槽钢，同时根据套筒实际位置确定好其在设计图纸底轴线上的平面位置与高程，之后安装好临时固定装置并开始套筒吊装。在套筒安装完毕后，还需对外模板的空间位置进行测量，并将其与骨架数据进行对比分析，确定骨架准确的空间位置的科学性，最后进行外模板的安装并浇筑塔柱混凝土。