西津河大橋主塔施工支架體系分析

柏華軍

【摘要】西津河大橋采用斜置拱塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主塔采用支架體系施工，本文針對(duì)主塔支架體系施工方案進(jìn)行有限元理論分析，并在該橋施工中成功應(yīng)用，為今后同類(lèi)型橋梁的施工方案提供參考和指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋，支架施工，有限元分析

1. 工程概況

（1）西津河大橋采用斜置拱塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，橋跨布置（90+110）m，橋梁全長(zhǎng)205m，全寬40m。主塔分為下塔柱、中塔柱和上塔柱，橋面以下主塔為下塔柱，高度10.16m，其中中橫梁以下塔柱高度5.56m，塔梁結(jié)合處高度4.6m。橋面以上主塔沿橋梁中心線順橋向向北傾斜12°，豎直高度57m，分為中塔柱和上塔柱，高度分別為32.201m和24.799m。主塔豎向分成16個(gè)節(jié)段，并自下而上依次編號(hào)，節(jié)段豎直高度依次為5.56m+4.6m×7+4.603m+4.418m×3+3.436m+2.455m×2+3.635m。

（2）主塔塔頂橫梁施工方案：主塔14#節(jié)段與塔頂橫梁分開(kāi)施工，先施工14#節(jié)段，再利用14#節(jié)段作為支撐，采用1組貝雷梁作為支撐反力架進(jìn)行橫梁施工。塔頂橫梁施工時(shí)，橫梁及其施工荷載沿主塔軸線方向的分力由主塔630鋼管支架支撐，垂直于塔軸線方向的力由貝雷梁支架承擔(dān)。橫梁施工完成后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，其底模、側(cè)模及反力架均拆除。支架體系為：630鋼管+4拼I45a工字鋼+貝雷梁+I45a工字鋼+I10工字鋼，如圖1所示。

圖1塔頂拱部平臺(tái)示意圖2. 主塔支架有限元分析模型

采用MIDAS軟件對(duì)主塔支架體系進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型如圖2所示。模型主要采用了梁?jiǎn)卧?，模型共有?jié)點(diǎn)共計(jì)1726個(gè)，單元共計(jì)2314個(gè)。

3. 計(jì)算參數(shù)

3.1構(gòu)件截面。主塔支架體系各主要構(gòu)件的截面形式如表1所示。

2主塔支架體系計(jì)算模型局部放大圖3.2邊界條件。根據(jù)主塔支架體系的設(shè)計(jì)及工作狀態(tài)，邊界條件考慮如下：

（1）鋼管柱底部約束Dx、Dy、Dz。

（2）鋼管柱頂部與工字鋼橫梁之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

（3）工字鋼橫梁與貝雷梁之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

（4）貝雷梁與橫橋向I10工字鋼之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

3.3計(jì)算工況。根據(jù)主塔施工方案，本次計(jì)算主要考慮如下施工工況（見(jiàn)表2）：

3.4計(jì)算荷載。

（1）在工況一下的計(jì)算荷載考慮如下：風(fēng)荷載：由于主塔支架較高，所以需考慮風(fēng)速高度變化修正系數(shù)，支架所承受的風(fēng)荷載如表3所示。

3支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載

及水平風(fēng)荷載作用下豎向和水平變形圖（mm） 圖4支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載

及水平風(fēng)荷載作用下水平變形圖（mm）（2）本支架計(jì)算考慮了支架體系自重，計(jì)算實(shí)際澆筑混凝土重量，同時(shí)考慮到混凝土振搗及模板系統(tǒng)等施工臨時(shí)荷載，以澆筑的混凝土自重乘以1.2的系數(shù)進(jìn)行考慮。把橫梁及其施工荷載分解為沿塔軸線方向和垂直于塔軸線方向的力。垂直于塔軸線方向的力由安裝在14號(hào)塊上的貝雷梁支架承擔(dān)，沿塔軸線方向的荷載由主塔630鋼管支架支撐承擔(dān)。把沿塔軸線方向的荷載分解為水平荷載和豎直荷載值如下表4所示。

4. 主塔支架分析結(jié)果

4.1撓度計(jì)算結(jié)果。 支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下最大豎向位移為6.9mm，支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下縱橋向最大水平位移為22.5mm，如圖3所示。支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下橫橋向最大水平位移為3.7mm，如圖4所示。

表4I10工字鋼承受上部結(jié)構(gòu)荷載荷載類(lèi)型1 荷載值（KN/m）水平荷載1 3.9豎直荷載1 18.44.2應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。

（1）D630×10鋼管柱和D325×10鋼管柱在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下的最大組合應(yīng)力值分別為-31.3MPa～17.7MPa和-24.2MPa～38.1MPa，最大應(yīng)力都發(fā)生在鋼管柱端部，如圖5所示。

（2）貝雷梁在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下的最大組合應(yīng)力值為-59.5MPa～51.6MPa，最大應(yīng)力發(fā)生

【摘要】西津河大橋采用斜置拱塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主塔采用支架體系施工，本文針對(duì)主塔支架體系施工方案進(jìn)行有限元理論分析，并在該橋施工中成功應(yīng)用，為今后同類(lèi)型橋梁的施工方案提供參考和指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋，支架施工，有限元分析

1. 工程概況

（1）西津河大橋采用斜置拱塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，橋跨布置（90+110）m，橋梁全長(zhǎng)205m，全寬40m。主塔分為下塔柱、中塔柱和上塔柱，橋面以下主塔為下塔柱，高度10.16m，其中中橫梁以下塔柱高度5.56m，塔梁結(jié)合處高度4.6m。橋面以上主塔沿橋梁中心線順橋向向北傾斜12°，豎直高度57m，分為中塔柱和上塔柱，高度分別為32.201m和24.799m。主塔豎向分成16個(gè)節(jié)段，并自下而上依次編號(hào)，節(jié)段豎直高度依次為5.56m+4.6m×7+4.603m+4.418m×3+3.436m+2.455m×2+3.635m。

（2）主塔塔頂橫梁施工方案：主塔14#節(jié)段與塔頂橫梁分開(kāi)施工，先施工14#節(jié)段，再利用14#節(jié)段作為支撐，采用1組貝雷梁作為支撐反力架進(jìn)行橫梁施工。塔頂橫梁施工時(shí)，橫梁及其施工荷載沿主塔軸線方向的分力由主塔630鋼管支架支撐，垂直于塔軸線方向的力由貝雷梁支架承擔(dān)。橫梁施工完成后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，其底模、側(cè)模及反力架均拆除。支架體系為：630鋼管+4拼I45a工字鋼+貝雷梁+I45a工字鋼+I10工字鋼，如圖1所示。

圖1塔頂拱部平臺(tái)示意圖2. 主塔支架有限元分析模型

采用MIDAS軟件對(duì)主塔支架體系進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型如圖2所示。模型主要采用了梁?jiǎn)卧?，模型共有?jié)點(diǎn)共計(jì)1726個(gè)，單元共計(jì)2314個(gè)。

3. 計(jì)算參數(shù)

3.1構(gòu)件截面。主塔支架體系各主要構(gòu)件的截面形式如表1所示。

2主塔支架體系計(jì)算模型局部放大圖3.2邊界條件。根據(jù)主塔支架體系的設(shè)計(jì)及工作狀態(tài)，邊界條件考慮如下：

（1）鋼管柱底部約束Dx、Dy、Dz。

（2）鋼管柱頂部與工字鋼橫梁之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

（3）工字鋼橫梁與貝雷梁之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

（4）貝雷梁與橫橋向I10工字鋼之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

3.3計(jì)算工況。根據(jù)主塔施工方案，本次計(jì)算主要考慮如下施工工況（見(jiàn)表2）：

3.4計(jì)算荷載。

（1）在工況一下的計(jì)算荷載考慮如下：風(fēng)荷載：由于主塔支架較高，所以需考慮風(fēng)速高度變化修正系數(shù)，支架所承受的風(fēng)荷載如表3所示。

3支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載

及水平風(fēng)荷載作用下豎向和水平變形圖（mm） 圖4支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載

及水平風(fēng)荷載作用下水平變形圖（mm）（2）本支架計(jì)算考慮了支架體系自重，計(jì)算實(shí)際澆筑混凝土重量，同時(shí)考慮到混凝土振搗及模板系統(tǒng)等施工臨時(shí)荷載，以澆筑的混凝土自重乘以1.2的系數(shù)進(jìn)行考慮。把橫梁及其施工荷載分解為沿塔軸線方向和垂直于塔軸線方向的力。垂直于塔軸線方向的力由安裝在14號(hào)塊上的貝雷梁支架承擔(dān)，沿塔軸線方向的荷載由主塔630鋼管支架支撐承擔(dān)。把沿塔軸線方向的荷載分解為水平荷載和豎直荷載值如下表4所示。

4. 主塔支架分析結(jié)果

4.1撓度計(jì)算結(jié)果。 支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下最大豎向位移為6.9mm，支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下縱橋向最大水平位移為22.5mm，如圖3所示。支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下橫橋向最大水平位移為3.7mm，如圖4所示。

表4I10工字鋼承受上部結(jié)構(gòu)荷載荷載類(lèi)型1 荷載值（KN/m）水平荷載1 3.9豎直荷載1 18.44.2應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。

（1）D630×10鋼管柱和D325×10鋼管柱在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下的最大組合應(yīng)力值分別為-31.3MPa～17.7MPa和-24.2MPa～38.1MPa，最大應(yīng)力都發(fā)生在鋼管柱端部，如圖5所示。

（2）貝雷梁在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下的最大組合應(yīng)力值為-59.5MPa～51.6MPa，最大應(yīng)力發(fā)生

【摘要】西津河大橋采用斜置拱塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主塔采用支架體系施工，本文針對(duì)主塔支架體系施工方案進(jìn)行有限元理論分析，并在該橋施工中成功應(yīng)用，為今后同類(lèi)型橋梁的施工方案提供參考和指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】斜拉橋，支架施工，有限元分析

1. 工程概況

（1）西津河大橋采用斜置拱塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，橋跨布置（90+110）m，橋梁全長(zhǎng)205m，全寬40m。主塔分為下塔柱、中塔柱和上塔柱，橋面以下主塔為下塔柱，高度10.16m，其中中橫梁以下塔柱高度5.56m，塔梁結(jié)合處高度4.6m。橋面以上主塔沿橋梁中心線順橋向向北傾斜12°，豎直高度57m，分為中塔柱和上塔柱，高度分別為32.201m和24.799m。主塔豎向分成16個(gè)節(jié)段，并自下而上依次編號(hào)，節(jié)段豎直高度依次為5.56m+4.6m×7+4.603m+4.418m×3+3.436m+2.455m×2+3.635m。

（2）主塔塔頂橫梁施工方案：主塔14#節(jié)段與塔頂橫梁分開(kāi)施工，先施工14#節(jié)段，再利用14#節(jié)段作為支撐，采用1組貝雷梁作為支撐反力架進(jìn)行橫梁施工。塔頂橫梁施工時(shí)，橫梁及其施工荷載沿主塔軸線方向的分力由主塔630鋼管支架支撐，垂直于塔軸線方向的力由貝雷梁支架承擔(dān)。橫梁施工完成后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，其底模、側(cè)模及反力架均拆除。支架體系為：630鋼管+4拼I45a工字鋼+貝雷梁+I45a工字鋼+I10工字鋼，如圖1所示。

圖1塔頂拱部平臺(tái)示意圖2. 主塔支架有限元分析模型

采用MIDAS軟件對(duì)主塔支架體系進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型如圖2所示。模型主要采用了梁?jiǎn)卧?，模型共有?jié)點(diǎn)共計(jì)1726個(gè)，單元共計(jì)2314個(gè)。

3. 計(jì)算參數(shù)

3.1構(gòu)件截面。主塔支架體系各主要構(gòu)件的截面形式如表1所示。

2主塔支架體系計(jì)算模型局部放大圖3.2邊界條件。根據(jù)主塔支架體系的設(shè)計(jì)及工作狀態(tài)，邊界條件考慮如下：

（1）鋼管柱底部約束Dx、Dy、Dz。

（2）鋼管柱頂部與工字鋼橫梁之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

（3）工字鋼橫梁與貝雷梁之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

（4）貝雷梁與橫橋向I10工字鋼之間聯(lián)系用鉸接彈性連接模擬。

3.3計(jì)算工況。根據(jù)主塔施工方案，本次計(jì)算主要考慮如下施工工況（見(jiàn)表2）：

3.4計(jì)算荷載。

（1）在工況一下的計(jì)算荷載考慮如下：風(fēng)荷載：由于主塔支架較高，所以需考慮風(fēng)速高度變化修正系數(shù)，支架所承受的風(fēng)荷載如表3所示。

3支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載

及水平風(fēng)荷載作用下豎向和水平變形圖（mm） 圖4支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載

及水平風(fēng)荷載作用下水平變形圖（mm）（2）本支架計(jì)算考慮了支架體系自重，計(jì)算實(shí)際澆筑混凝土重量，同時(shí)考慮到混凝土振搗及模板系統(tǒng)等施工臨時(shí)荷載，以澆筑的混凝土自重乘以1.2的系數(shù)進(jìn)行考慮。把橫梁及其施工荷載分解為沿塔軸線方向和垂直于塔軸線方向的力。垂直于塔軸線方向的力由安裝在14號(hào)塊上的貝雷梁支架承擔(dān)，沿塔軸線方向的荷載由主塔630鋼管支架支撐承擔(dān)。把沿塔軸線方向的荷載分解為水平荷載和豎直荷載值如下表4所示。

4. 主塔支架分析結(jié)果

4.1撓度計(jì)算結(jié)果。 支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下最大豎向位移為6.9mm，支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下縱橋向最大水平位移為22.5mm，如圖3所示。支架在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下橫橋向最大水平位移為3.7mm，如圖4所示。

表4I10工字鋼承受上部結(jié)構(gòu)荷載荷載類(lèi)型1 荷載值（KN/m）水平荷載1 3.9豎直荷載1 18.44.2應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。

（1）D630×10鋼管柱和D325×10鋼管柱在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下的最大組合應(yīng)力值分別為-31.3MPa～17.7MPa和-24.2MPa～38.1MPa，最大應(yīng)力都發(fā)生在鋼管柱端部，如圖5所示。

（2）貝雷梁在混凝土荷載、施工臨時(shí)荷載及水平風(fēng)荷載作用下的最大組合應(yīng)力值為-59.5MPa～51.6MPa，最大應(yīng)力發(fā)生