斜拉桥倾斜索塔劲性骨架施工设计分析＊

郭藩威

（中铁十一局集团第一工程有限公司，湖北襄阳441104）

1 工程概况

跨西江主桥采用（2×57.5+172.5+600+4×57.5）m混合梁斜拉桥，主跨600m跨越西江，结构长1 118.7m，采用双H形索塔双索面等高塔结构形式，索塔全高分别为200，208m。上塔柱为两分离式竖直塔柱，中塔柱为两分离式倾斜塔柱，向内侧倾斜，倾斜度为1：21.4045，下塔柱亦为两分离试倾斜塔柱，向外侧倾斜，倾斜度为1：8.0741。上塔柱和中塔柱在索塔锚固区下方设置上横梁，中塔柱和下塔柱在主梁下方设置下横梁。索塔结构如图1所示。

图1 索塔结构

2 劲性骨架设计分析

2.1 临时对撑的作用及重要性

斜拉桥索塔的作用是用来锚固拉索，并将其索力可靠地直接传递给下部结构。因此，对索塔的轴线与轮廓尺寸精度要求很高。索塔内部钢筋密集，预应力束纵横，预应力束喇叭口和索导管占用空间较大且分布密集，各类预埋件数量多，为满足索塔外形尺寸、钢筋附着成型、模板定位和爬模提升等需要，采用型钢组拼的劲性骨架实现这一目的，同时劲性骨架也可兼做受力钢筋的一部分参与结构受力，增加索塔的安全性[1]。

索塔劲性骨架施工是节段循环爬升的首道工序，其安装快慢直接影响整个索塔的施工进度；其施工工艺的科学合理性直接影响钢筋、预应力筋、模板、索导管及各类预埋件的施工控制；其自身的构造、强度、刚度和稳定性直接影响着索塔的施工质量与安全[2]。因此，索塔劲性骨架必须精心设计，合理施工。

2.2 劲性骨架结构设计

索塔劲性骨架设计时应满足以下4点要求。

1）劲性骨架自身应具备一定的强度与刚度，能够承受附着在其上的钢筋、索导管等构件的重量。

2）劲性骨架应具备能够场内分节加工成型、施工现场直接起吊安装的特点，缩短劲性骨架高空作业工序时间，节省索塔节段施工工期。

3）劲性骨架可兼做钢筋安装平台，其内部应具备一定的操作空间，保证施工人员能够自由出入。

4）劲性骨架外形轮廓应与索塔截面形式相吻合，有效保证索塔结构外形轮廓。

西江特大桥跨西江600m斜拉桥索塔劲性骨架设计采用三角形桁架结构，桁架片间距随塔身斜率变化而逐渐缩小，但结构形式保持一致。骨架立杆采用∟100×10，平撑和斜撑采用∟63×6[3]。角钢之间采用焊接连接，无连接板。劲性骨架结构如图2所示。

图2 劲性骨架结构

为适应塔身分节段爬模施工的需要，劲性骨架按照混凝土分节高度6.1m循环接长延伸。在现场施工时，根据现场实际分节高度进行劲性骨架制作安装[4]。

采用Midas Civil对劲性骨架进行建模计算，保证骨架强度及刚度满足施工要求，计算荷载主要包括骨架自重、钢筋荷载、风荷载及施工荷载[5]。

劲性骨架材料皆采用Q235型钢材，容许应力为140MPa，经软件运行计算，劲性骨架立杆最大应力为31.2MPa，平撑及斜撑最大应力为43.5MPa，皆在规范规定范围内，因此，劲性骨架强度满足施工要求。劲性骨架模型如图3所示。

图3 劲性骨架模型

3 劲性骨架加工制作

3.1 加工场地

在钢结构加工场内，选择1块平整的场地，场地面积不小于15m×10m，场地平整度在±5mm以内。劲性骨架场内加工的所有工序均在此场地内完成。

3.2 劲性骨架桁架片加工

劲性骨架标准桁架片与平联的尺寸不变，可以批量加工。加工采用卧拼法，首先在加工场地内放样出桁架片的轮廓线，然后将下料完成的角钢按照轮廓线平放在场地内，最后利用焊接焊接成形[6]。

骨架的上桁架片跟随索塔斜率而变化，加工时，根据索塔图纸计算出每片上桁架片的具体尺寸，然后采用相同的加工方法进行上桁架片的加工。

3.3 劲性骨架组拼

根据索塔塔身分节高度及截面轮廓尺寸，将标准桁架片和平联组拼成桁架单元。组拼同样采用卧拼法，首先将第1片标准桁架平放在加工场地内，在标准桁架片的相应位置焊接平撑，平撑焊接完成后，起重机平吊起第2片标准桁架片放置在平撑上，将第2片桁架片与平撑焊接[7]。

对于倾斜的劲性骨架，组拼时在一侧立杆底部加焊垫脚，调整骨架倾斜度。

4 索塔劲性骨架吊装

劲性骨架采用索塔两侧的塔式起重机吊装、塔身上焊接就位的施工方法[8]。首先吊装组拼完成的标准桁架单元至塔身上部，与上节露出混凝土面的劲性骨架焊接到一起，然后吊装平联单元，将标准桁架单元连接为整体，最后吊装上桁架片于骨架顶部，焊接牢固后进行钢筋与索导管安装施工[9]。劲性骨架吊装如图4所示。

图4 劲性骨架吊装

在骨架吊装前，须在前节段骨架顶面4个角点放出测量控制点，同时核实和调整标高，使之与设计标高一致[10]。安装时，安装节段的4个下角点对准已调整过的4个控制点进行定位，完成后用锤球或经纬仪校核4个上角点的偏差。各角点的偏差要求控制在±10mm之内[11]。

5 结语

劲性骨架结构是斜拉桥索塔施工中重要的临时结构，对控制索塔施工质量起着不可替代的作用[12]，在其设计施工分析过程中得出以下结论。

1）劲性骨架设计时应充分考虑桁架自身强度与刚度，在保证施工质量与安全的同时，尽可能地减少材料使用，以达到节省成本的目的。

2）在劲性骨架加工过程中，应加强测量控制，保证骨架的加工精度，以此保证骨架安装完成后的精度。

3）索塔劲性骨架吊装施工属于高空作业，安全管理人员应全程盯控，保证施工安全。