方哲形 葉以挺 吳剛
浙江交工集團股份有限公司
摘 要：
本文依託舟岱跨海大橋DSSG01標的雙塔雙索麵鋼箱梁斜拉橋，對異形索塔的臨時橫撐設計及計算進行了分析，該索塔為鑽石型異形結構，橋址區位於浙江沿海海域，為保證在本區域最惡劣的氣候條件下，索塔中塔柱和下塔柱施工過程不出混凝土區域性應力超標，及產生超過設計要求的橫向位移，在塔柱施工過程中增設主動式臨時橫撐。本文采用MidasCivil有限元軟體對索塔施工的各工況進行分析，研究增加臨時橫撐後對索塔受力的影響情況。
關鍵詞：
斜拉橋；海域；臨時橫撐；應力；位移；
1 工程概況
舟岱跨海大橋DSSG01標雙塔雙索麵鋼箱梁斜拉橋，橋跨佈置為：（74+106+390+106+74）m，結構如圖1所示。索塔採用鑽石型塔身索塔採用鑽石型塔身，由下塔柱、中塔柱、上塔柱和下橫樑組成。索塔塔底高程為+8。000m，塔頂高程均為+160。000m，塔柱總高度均為152m（含塔冠）；下橫樑頂面標高：+49。5m。索塔採用C50混凝土。
圖1 主橋橋型佈置/cm 下載原圖
索塔下塔柱（塔底至下橫樑高度中心）高38。5m，中塔柱（下橫樑高度中心至上塔柱合龍段下緣）高71。628m，上塔柱（兩塔柱合龍段、含塔冠）41。872m，其中塔冠高3m。總體橫橋向尺寸：塔頂處8m，下橫樑中心處40。244m，塔底處22m。總體順橋向尺寸：塔頂7m，塔底10m。
如圖2所示。
橋址區位於浙江沿海海域，地勢開闊，平均風速明顯大於內陸其它地區，根據灰鱉山氣象站實測資料分析，距海面10m高度處百年一遇基本風速為42。3m/s。颱風是本工程區域內最主要的災害性天氣。結合水文氣象等條件，並根據索塔塔肢特點針對性地設計了臨時支撐結構，對該支撐結構的設計及計算進行了闡述。
2 臨時橫撐設計及說明
2。1 臨時橫撐設計
為平衡下塔柱及模梁混凝土自重產生的塔柱柱底附加彎矩，在兩下塔柱間設定一道對拉拉桿，為2孔15-7Φ15。2鋼絞線，設定在第7節+38。5m標高處。水平拉桿在下橫樑預壓前應張拉完成（下橫樑與索塔同步施工）。
對拉拉桿及臨時橫撐設計的一個關鍵因素就是下塔柱混凝土截面區域性應力不產生超標的拉應力。
索塔中塔柱施工到一定的高度後塔柱之間需設定臨時橫撐，塔柱下橫樑以上每隔14～19m設定一道臨時橫撐，第一、二道臨時橫撐採用兩根Φ1000×12mm鋼管，第三、四道臨時橫撐採用兩根Φ800×10mm鋼管，平聯均採用Φ325×6mm鋼管，臨時拉桿及橫撐見圖3所示。
圖2 索塔斷面圖/cm 下載原圖
臨時拉桿總張拉力2500kN；臨時橫撐與索塔間施加水平力：第一層單根鋼管預加力500k N，第二層單根鋼管預加力650k N、第三、四層單根鋼管預加力1000kN。
2。2 施工過程說明
該斜拉橋索塔採用“塔柱與下橫樑同步”的施工方法，其索塔主要施工步驟如下：
（1）棧橋及平臺施工，主墩樁基、承臺施工；
（2）安裝塔吊；安裝爬模澆築下塔柱混凝土至第7節；安裝並張拉臨時拉桿；
（3）施工下橫樑及對應的塔柱；
（4）提升模板逐段澆築中塔柱混凝土，直至第一道臨時橫撐以上兩節，然後安裝第一道臨時撐撐並施加水平力；
（5）提升模板逐段澆築中塔柱混凝土，直至第二道臨時橫撐以上兩節，然後安裝第二道臨時撐撐並施加水平力；
（6）提升模板逐段澆築中塔柱混凝土，直至第三道臨時橫撐以上兩節，然後安裝第三道臨時撐撐並施加水平力；
（7）提升模板逐段澆築中塔柱混凝土，直至第四道臨時橫撐以上兩節，然後安裝第四道臨時撐撐並施加水平力；
圖3 臨時橫撐設計圖/cm 下載原圖
（8）索塔合龍段施工；
（9）根據施工條件可以依次拆除臨時橫撐。
3 施工狀態索塔受力分析
3。1 荷載計算
（1）恆載
（1）混凝土自重：26kN/m3。
（2）鋼材自重：78。5kN/m3。
（3）橫撐水平力：第一層單根鋼管預加力500kN，第二層單根鋼管預加力650kN、第三、四層單根鋼管預加力1000kN。
（4）臨時拉桿拉力：2500kN。
（2）活載
專案所在地最大風速42。3m/s。
（3）工況分析及荷載組合
根據荷載，具體劃分以下幾種計算工況：
工況一：索塔臨時拉桿張拉前後。
工況二：索塔第一道橫撐安裝前後。
工況三：索塔第二道橫撐安裝前後。
工況四：索塔第三道橫撐安裝前後。
工況五：索塔第四道橫撐安裝前後。
荷載組合：
索塔應力驗算：1。0×恆載+1。0×風荷載
橫撐強度驗算：1。2×恆載+1。4×風荷載
橫撐穩定性驗算：1。2×恆載+1。4×風荷載
剛度驗算：1。0×恆載
3。2 結構設計計算
利用Midas Civil軟體計算，建立模型如下圖4所示：
圖4 模型示意圖 下載原圖
限於篇幅，本文僅列出各工況（見表1）的計算結果。
表1 索塔受力計算結果 下載原圖
索塔應力（正拉負壓）：壓應力允許0。5fck=16。2MPa，拉應力允許0。7ftk=1。855MPa。（抗拉標準值：ftk=2。65N/mm2，抗壓標準值：fck=32。4N/mm2）
索塔成塔軸線偏離要求不大於30mm（索塔施工圖規定軸線偏差要求）。
從計算結果可以看出，索塔混凝土應力及位移滿足設計及規範要求。
4 臨時橫撐受力分析
利用索塔受力計算模型，得出各道橫撐受力如圖5所示。
透過計算模型得出，索塔施工過程中，第一道臨時橫撐單根鋼管最大軸力設計值1788。3kN，第二道臨時橫撐單根鋼管最大軸力設計值1806。5kN，第三道臨時橫撐單根鋼管最大軸力設計值1681。0kN，第四道臨時橫撐單根鋼管最大軸力設計值1333。9kN。對臨時橫撐鋼管杆件及整體穩定性進行計算，以第一道臨橫撐為例，考慮最不利的豎向風荷載作用。
（1）杆件穩定性計算
杆件彎矩計算結果如圖6所示：
在基本組合下，軸力最大值：N=1788。3kN；彎矩最大值：M=681。4kN·m（平面內），M=64。3kN·m（平面外）
鋼管立柱φ1000×12mm：A=37246mm2；Ix=4。55×109mm4；Wx=9。09×106mm3
臨時橫撐與索塔連線採用剛性連線（採用加勁板與索塔預留錨板焊接），千斤頂頂推一側臨時橫撐採用型鋼限制其橫向與豎向位移，所以
圖5 臨時橫撐受力模型圖 下載原圖
圖6 自重及風荷載作用下彎矩設計值(k N·m) 下載原圖
計算長度為l0=25000×0。7=17500mm
屬於b類截面，查表得φx=φy=0。852
雙向壓彎圓管的整體穩定性按下式計算：
滿足規範要求。
（2）臨時橫撐整體穩定性計算
臨時橫撐與索塔連線採用剛性連線（採用加勁板與索塔預留錨板焊接），千斤頂頂推一側臨時橫撐採用型鋼限制其橫向與豎向位移，單根鋼管軸向設計值1788。3kN。計算模型如圖7所示。
圖7 整體穩定性計算模型 下載原圖
臨時橫撐最不利模態表現出豎向失穩，荷載因子8。9>5。0，整體穩定性滿足規範要求。
同理得出各臨時橫撐計算結果如表2所示：
表2 臨時橫撐穩定性計算結果彙總表 下載原圖
第四道軸力及長度均小於第三道，不另外驗算。杆件計算應力均小於215MPa，整體穩定性荷載因子均大於5。
從計算結果得出，各道臨時橫撐杆件穩定性和整體穩定性滿足規範要求，設計是合理有效的。
5 結語
（1）寧波舟山港主通道舟岱跨海大橋DSSG01標段南通航孔大跨度斜拉橋索塔施工中，設定臨時拉桿及臨時橫撐對索塔的應力及線性控制起到顯著的效果，塔柱變形在控制範圍內，未產生裂縫，結構穩定、施工安全，達到預期目標；
（2）本文模擬計算結果與實際監測結果基本吻合，表明該計算分析方法實用、精確度較高。
綜合表明，此索塔臨時橫撐的設計及計算方法均可為類似大型跨海大橋的索塔施工提供參考。
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