斜拉桥独柱异形索塔爬架设计

斜拉桥独柱异形索塔爬架设计

陈永华

广东省长大公路工程有限公司

摘要：北街水道桥为（50+120+320+120+50）m半漂浮体系混凝土斜拉桥，桥宽40.8米。索塔为独柱型索塔，塔高111米。该桥在设计选型时考虑了城市景观的要求，索塔设计采用了‘天圆地方’‘小蛮腰’的结构形式，索塔截面从塔基到塔顶均在变化，使得常规爬模施工较为困难。本爬架设计采用‘以不变应万变’设计理念，设计了一套针对异形截面索塔施工的爬架，成功解决了异性截面索塔截面变化多、施工困难的特点。且在安全性、操作性、经济性上取得了较好的效果。

关键词：北街水道桥，异形截面，索塔，爬架设计

一、工程简介

广中江高速公路项目第TJ11合同段北街水道桥为主跨380m的双塔中央索面半漂浮体系预应力混凝土斜拉桥，采用塔梁支撑体系。梁宽41m,索塔总高度为111.188m，桥面以上高度为84.615m。北街水道桥索塔从塔顶正八边形截面过渡到正方形截面，最后塔底处变化到矩形截面，横桥向尺寸变化由下到上为13m→6.9m→9m，顺桥向尺寸变化由下到上为9m→6.9m→9m，索塔竖向线型变化类似“小蛮腰”（广州塔）的设计外形。

图2：索塔立面及节段划分

二、设计背景

目前国内常用的索塔施工工艺支架有以下几种：

表三：索塔工艺支架对比

编号结构形式优点缺点备注

1液压爬模（1）施工速度快、能确保高塔施工安全及外观质量

（2）搭设工艺简单，易操作，主要依靠人力，无需大型机械设备。

（3）调整顶部标高时可利用顶底托，方便。

图5：爬架立面图图6：爬架平面图

3层爬架为索塔施工辅助支架的主体，3层爬架自下而上依次通过链式葫芦相连。为加强连接安全性，爬架之间、爬架与提升架间设置4根Φ28mm钢丝绳作为保险绳。提升架通过塔吊进行提升，爬架通过链式葫芦挂在提升架上进行提升。爬架宽1.2m，为分体结构（分为主架及副架），内边缘距离索塔80cm，可沿索塔水平方向移动（以适应索塔截面的变化），移动到位后通过法兰进行固定。

四、爬架计算

本爬架适用于主墩索塔辅助施工，主要包括主架、桁架及抱箍三部分，主架及桁架进行整体MIDAS建模验算，抱箍进行螺栓受力验算及焊缝受力验算。

4.1强度及挠度验算

荷载及系数取值如下：

4.1.1静荷载增大系数取1.2；

4.1.2施工机具及人群荷载1.5kpa（验算模板按2.5kpa），荷载增大系数取1.4。偏安全考虑，计算书中增大系数取1.6，按2.4kpa计算；

4.1.3侧向力：侧向10kN，动荷载增大系数取1.4；

4.1.4允许最大变形：vT=l/500。

式中：ωk——风荷载标准值（kN/m2）；

μz——风压高度变化系数；

μs——脚手架风荷载体型系数；

ωo——基本风压值（kN/m2）。

查《建筑结构荷载规范》可知μs=1.0Φ=1.2An/Aw=1.2×(100-2300×0.013)/100=0.841

查《建筑结构荷载规范》μz=2.205（高度取95m）

根据要求查国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2001，按台山市数据

ωo=0.35kN/m2

ωk=μz×μs×ωo=2.205×0.841×0.35=0.649kN/m2

五、支架设计要点

1、本项目索塔的特点是截面变化大，每施工节段都在变化，为此，本项目通过固定位置的钢管作为轨道，将爬架设计成等截面形式，大大简化了施工工序。

2、爬架结构为空间桁架结构作为操作平台，每个索塔设计4层，每层高4m，有上下两个操作平台空间，爬架以沿索塔周围固定的4条钢管作为爬升轨道进行爬升，每层爬架同时可起到增加钢管整体稳定性的作用。

3、每层爬架可根据施工需要停留在任何高度，平面位置也可根据索塔截面的变化进行调整，灵活性好。

4、根据索塔每节截面都在变化的特点，索塔外模采用整体钢模，内模采用半自动脱模的伞形内模，该模板系统无需设置对拉螺杆，具备施工方便、进度快、索塔外观好的特点。

5、爬架外围形成一个封闭的作业空间，爬架可根据索塔截面的变化灵活地调整与索塔之间的距离，每层爬架之间设置固定的上下通道。通过这些措施保障高空作业的安全性。

六、操作工艺流程

由于工序转换较多，为避免在操作过程中由于检查验收导致的意外情况，项目编制了针对索塔爬架提升的专项操作规程，对主要注意事项进行明确要求。

七、结语

本项目现浇支架施工于2014年08月开始，至2015年6月结束。在施工过程中，通过严格按照施工方案和设计图纸施工，对全过程进行测量监控，保证了施工的顺利进行，达到了预期目标，施工过程顺利，质量与安全得到了保证，受到业主与监理的一致好评，取得了良好的经济效益和社会效益也给今后类似支架设计与施工提供了宝贵的经验。