某大橋南汊橋主塔中塔柱施工方案介紹

某大橋南汊橋主塔中塔柱施工方案介紹(doc11頁)南京長江第二大橋南汊橋主塔中

塔柱施工方案介紹

宋達盛紅專

（湖南省公路橋梁建設總公司）【摘要】本文介紹了南京長江第二大橋主塔中塔柱施工方案構思，較為詳細地介紹了主動橫撐的設置。

【關鍵詞】中塔柱施工主動橫撐主動支架被動支架主動力懸臂裸塔爬模施工一、工程概況

南京長江第二大橋南汊主橋為雙塔雙索面五跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋。其主塔采用倒Y形空間索塔（見圖1），塔高195．55m，為鋼筋混凝土結構，由下、中、上塔柱和橫梁組成。其中中塔柱（從下橫梁頂面至中橫梁底面）高91.30m，斜率為1：5．8395，截面為非對稱六邊形空心薄壁結構（見圖2）。塔柱及橫梁均采用50號混凝土。在施工中要求塔柱的傾斜度不得大于H/3000（H為塔高），軸線偏位允許偏差±10mm。由于塔柱體型特殊，質量要求高，施工操作面小，工程量大，又是高空作業(yè)，同時為確保大橋的最佳合龍期，整個塔柱必須在規(guī)定時段內完工，從而中塔柱施工成為全塔按質按期完工的一個重要環(huán)節(jié)。工的需要，顯然滿堂支架是不能采用的。

第二種方法是采用橫向鋼管支撐：①此方法也可用幾道直徑較大的橫向鋼管支撐作為臨時橫系梁在中塔柱施工過程中分隔一定高度，與塔柱臨時團結在一起形成框架，增強塔柱施工過程中的穩(wěn)定性和安全性，且本身橫向有較好的剛度又能作為塔吊和電梯的附墻；②由于施工難度和工作量相對少，效率高，對施工進度有利；③最根本的一點為在安裝橫向的鋼管支撐時可利用它本身較大的剛度和強度用千斤頂對中塔往內壁施力變被動支撐為主動支撐，完成克服中塔柱施工過程中因自重和施工荷載而引起的附加應力的積累，因而采用橫撐是較為簡潔而又行之有效的方案。

中塔柱施工方案原則最終確定為懸臂裸塔爬模法施工加主動橫撐的方法。即利用懸臂裸塔爬模施工澆筑至一定高度加設一道模撐主動施力，克服懸臂狀態(tài)下的附加應力，再繼續(xù)懸臂澆筑一定高度加第二道橫撐，如此類推完成中塔柱施工。成塔后拆除所有橫撐。

三、主動橫撐的設計布置

主動模撐的設計布置包括橫撐支撐位置、主動力和橫撐結構的選定。

1．橫撐支撐位置確定的原則與方法

由于中塔柱根部混凝土截面應力控制是整個中塔柱施工方案設計中的控制關鍵。確定橫撐支撐位置是根據中塔柱根部在懸臂澆筑過程中自重及施工荷載作用下不產生裂縫（應留有安全儲備）的最大懸臂高度扣除一定高度（主要考慮爬模工作空間綜合塔吊和電梯附著位置）。其方法為：

（1）第一道橫撐

δ=My/J-N/A≤R1Kh=H-Δ

式中δ--中塔柱根受拉邊緣混凝土的計算拉應力；

M--第一道橫撐施加前中塔柱根部高度計算范圍內的索塔自重及施工荷載在根部產生的彎矩；

J--中塔柱根部截面中的慣性矩；

y—中塔柱根部截面性軸到受拉邊緣的距離；

N--第一道橫撐施加前中塔柱根部高度計算范圍內的索塔自重及施工荷載在根部產生的軸力；

A--中塔柱根部截面中的面積；

R1--中塔柱澆筑到H高度的中塔往根部混凝土預期標號的極限拉應力；

K--安全系數；

h--橫撐高度；

Δ--扣除高度值。

（2）其他橫撐

由于安裝好第一道橫撐后，其與懸臂狀態(tài)的中塔柱構成一個框架。第一道橫撐上部新澆筑塔柱的自重對第一道橫撐位置中塔柱混凝土截面的影響明顯。而對中塔柱根部截面應力影響就很小，因而確定第二道橫撐位置的方法為對第一道橫撐位置中塔柱混凝土截面進行應力控制以確定第二道橫撐的高度。依此類推，確定其他橫撐的位置，直至中塔柱（含中橫梁）澆筑完畢。

2．主動力確定的原則

橫撐位置確定后，主動施力的大小成為控制施工過程應力的關鍵。力小達不到預期效果，力大過猶不及，甚至會影響中塔柱整體線形。對此，我們對變形和內力進行雙控，在滿足中塔柱各截面內力的同時確保線形。我們以設計單位提供的理想狀態(tài)下成塔（在施工過程中不產生任何施工附加應力）的內力為參照，保證塔柱完成后中塔柱內力與其盡可能接近。計算各施工階段在各節(jié)點產生的水平位移，同時計算出在中塔柱施工完成后撤除各橫撐后在中塔柱各節(jié)點產生的水平位移，將上述水平位移總和作為中塔柱各階段施工的水平位移調整值（預偏量）使中塔柱線形符合設計要求。

3．計算方法與程序

（1）計算方法

a．按施工加載順序分階段計算直至成塔全過程；

b．根據計劃工期對應施工階段計算月氣溫差的影響；

C．對應加載階段計算橫撐加壓荷載，計算中先按施加單位力（±1000kN）計算；

d．計算從上往下逐道撤除橫撐，先按施加單位力（±1000kN）代替解除約束來計算；

e．根據（c）的計算結果，分別以不同的壓力試算，即在單位力影響矩陣上加載；

f．根據（e）的計算的結果與（a），（b）的計算結果疊加，由此得出成塔時橫撐端的軸力；

g．將（f）計算得到的橫撐軸力與（d）的計算結合，解出各橫撐在撤除過老中的梁端軸力，并由此算出撤除橫撐時中塔柱各節(jié)點的內力；

h．將（g）與（f）的計算結果疊加，即得最終成塔時的內力；

i．所得最終結果再按施工加載順序復算一遍，并加上風載等臨時荷載進行復核。

（2）計算模型

計算模型按平面桿系結構處理，并根據施工順序建立不同狀態(tài)的模型（見圖3）

a．首先建立懸臂狀態(tài)中塔柱模型，荷載主要考慮自重、施工荷載、風載等，按施工順序逐段增加，直至中塔柱根部外側拉應力達到或接近允許值（留有安全儲備）（圖3（a））；

b．在根據前述方法確定第一道橫撐位置施加單位水平力（1000kN）（圖3（b））；

c.安裝第一道橫撐后，其與懸臂中塔柱形成框架（此時需假設模撐剛度），在此基礎上繼續(xù)分節(jié)澆筑，此時以第一道橫撐位置截面為主要控制截面，同a理確定此基礎上的懸臂值（圖3（c））；

d．重復步驟b，C直至中橫梁澆筑完畢。

（3）計算控制目標

施工成塔的控制目標有兩個：一是施工過程中主要荷載組合工況下塔柱各截面拉應力不超過1MPa（設計方法提出的要求）；二是卸架成塔后，中塔柱彎矩分布與理想狀態(tài)下成塔的彎矩大體吻合。

（4）計算成果

通過反復計算比較，得到最終結果。共采用五道主動橫撐，其布置見圖4（a）。主動施力大小從下而上依次為2000kN，1500kN，1500kN，1500kN和800kN。按施工順序（含施加橫撐主動力）及撤除橫撐后索塔應力見表1。圖4（b）所示為理想狀態(tài)成塔與五道主動橫撐施工成塔后的中塔柱彎矩圖，從圖中可看出，采用五道主動橫撐施工與理想狀態(tài)下成塔效果大致吻合。

4．橫撐結構的確定

根據受力計算，每道橫撐由4根φ630mm（δ11）鋼管組成，順橋向兩兩并排對稱布置。并排鋼管之間用型鋼連接組成平

面桁架，增加順橋向穩(wěn)定，且確保塔吊及電梯附著強度和剛度。為減少橫撐自重撓度，增加豎向整體剛度，也為方便橫撐的架設和施力，在橫撐中部設置8根鋼管立柱。立柱上設有順橋向牛腿，用以支撐橫撐。立柱間也用型鋼連接，同橫撐橋架一起組成空間揭架，增加施工過程中的整體穩(wěn)定。橫撐施力前從中部一分為二，兩端與塔柱預埋件焊接，中間部位擱置在立柱牛腿上，利用立柱作為工作平臺，在橫撐中部設置千斤頂施力系統。施力完成后，將中部焊接聯成一體。

四、中塔柱方案實施要點及工藝流程

1．工藝流程（圖5）

2．實施要點

（l）爬架立模嚴格按設計給定坐標（含預偏）定位；

（2）橫撐在車間加工制作，保證加工制作精度，注意橫撐端頭局部加強處理，防止應力集中，確保焊接質量，通過驗收后方能使用；

（3）在立柱牛腿上設置限位裝置，防止在千斤頂施力過程中橫撐移動，保證施力安全；

（4）施力過程一般選擇在清晨進行，避免日照影響；

（5）千斤頂分三級施力，并做好每級橫撐加力和位移記錄，頂推力到位后千斤頂持壓，同時焊接聯結鋼板，將橫撐聯為整體；

（6）待焊接部件強度達到要求后撤出千斤頂；

（7）對每一施工階段，主要是橫撐設置前后，做好中塔柱根部預埋鋼弦計記錄，隨時掌握中塔柱應力情況，如有必要及時調整。

五、結束語

南京二橋南汊橋南北索塔施工原計劃工期從1999年5月26日到1999年8月26日共93天，由于采用了懸臂裸塔法爬模施工結合主動橫撐的方法，實際工期從1999年5月25（26）日到1999年8月26日分別在70天和80天內就順利完成，平均施工進度為1.3m/d和1．25m／d。同時通過在中塔柱根部預埋的鋼弦計測得的數據表明，在整個索塔施工過