斜拉橋傾斜索塔液壓爬模系統(tǒng)施工分析

摘要：文章依托武宣黔江特大橋項(xiàng)目，針對(duì)傾斜索塔液壓爬模系統(tǒng)進(jìn)行施工分析，采用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)算液壓爬模系統(tǒng)在傾斜索塔施工作業(yè)時(shí)的應(yīng)力變形情況，以有效地解決傾斜索塔爬模施工的難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；傾斜索塔施工；液壓爬模系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U448.27" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.049

文章編號(hào)：1673-4874（2024）11-0167-03

0引言

液壓爬模系統(tǒng)在公路橋梁工程的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，是目前絕大多數(shù)橋梁墩柱或主塔施工的主要選擇。市面上的液壓爬模系統(tǒng)主要服務(wù)于豎直向上的混凝土墩柱，采用該工藝既可以加快施工進(jìn)度，也可保障施工過(guò)程中的人員的安全性［1］。但是面對(duì)大角度傾斜索塔墩柱，若直接使用常規(guī)液壓爬模系統(tǒng)，則可能出現(xiàn)因澆筑混凝土直接傳力到架體上，導(dǎo)致液壓爬模架體變形，從而引發(fā)安全隱患。因此，需要對(duì)常規(guī)液壓爬模系統(tǒng)進(jìn)行改裝，如針對(duì)單節(jié)混凝土澆筑高度增加作業(yè)平臺(tái)，加固爬架主要承重材料以滿足液壓爬模系統(tǒng)斜爬、仰爬等特殊工況。

基于以上情況，本文以武宣黔江特大橋?yàn)橐劳?，?duì)傾斜索塔所采用的液壓爬模系統(tǒng)進(jìn)行分析，驗(yàn)算其在實(shí)際施工過(guò)程中靜置、爬升、混凝土澆筑節(jié)段各部件的強(qiáng)度、剛度、變形等，是否滿足施工要求和安全要求。該項(xiàng)目采用的液壓爬模系統(tǒng)成功應(yīng)用，解決了傾斜索塔施工的問(wèn)題，為同類型或相近類型的索塔施工提供了參考。

1工程概況

武宣黔江特大橋?yàn)殡p塔雙索面斜拉橋，該橋全長(zhǎng)1000m，主跨618m，主塔高216m（含塔冠），主橋跨徑組合為（56+48+87+618+87+48+56）m，主跨為鋼箱梁，邊跨為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁。索塔外形為“鉆石型”，上、中塔柱豎直方向往上向內(nèi)側(cè)靠攏，上塔柱縱橋向豎直，橫橋向內(nèi)外側(cè)斜率為1/10.062，中塔柱縱橋向斜率為1/64，橫橋向內(nèi)外側(cè)斜率為1/10.062，下塔柱采用縱、橫方向截面向底部逐漸增大的斜直線，兩塔肢在橫向向內(nèi)側(cè)收攏［2］。下塔柱縱橋向斜率為1/64，橫橋向外側(cè)斜率為1/6.713，橫橋向內(nèi)側(cè)斜率為1/4.758。索塔混凝土為C50，采用液壓自爬模體系施工，為節(jié)約施工時(shí)間，提高塔身混凝土澆筑效率，索塔劃分為40個(gè)節(jié)段進(jìn)行澆筑，標(biāo)準(zhǔn)澆筑高度為5.8m、5.9m，最大分節(jié)垂直高度6.0m，模板高度6.1m，液壓自爬模爬升時(shí)存在直爬、斜爬、仰爬、俯爬情況，最大仰爬角度下塔柱為82°、中塔柱84°、上塔柱84°。斜拉橋索塔立面圖如圖1所示。

2斜拉橋傾斜索塔液壓爬模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓自爬模的動(dòng)力來(lái)源是本身自帶的液壓頂升系統(tǒng)。爬架系統(tǒng)包括爬升裝置模板系統(tǒng)、上桁架系統(tǒng)、承重三角架系統(tǒng)、下吊架系統(tǒng)液壓系統(tǒng)等通用部件及部分“非標(biāo)準(zhǔn)件”組成。爬模系統(tǒng)主要工作原理：軌道和爬架互不關(guān)聯(lián)，二者之間可進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軌道和爬架交替附墻，相互提升對(duì)方，以實(shí)現(xiàn)軌道和爬架的異步爬升。

該系統(tǒng)架體平面布置間距最大為單跨3.46m，架體總高度16.4m。針對(duì)傾斜索塔，液壓爬模系統(tǒng)在爬升過(guò)程中，靜置過(guò)程中最不利情況為仰爬爬模機(jī)位，針對(duì)此情況，架體仰面和俯面?zhèn)雀鞑荚O(shè)3榀機(jī)位，其余面各布設(shè)2榀機(jī)位。液壓爬模系統(tǒng)設(shè)置如圖2所示。

3液壓爬模系統(tǒng)有限元分析

本文利用Midas軟件進(jìn)行有限元計(jì)算模擬，模型建立選擇液壓爬模系統(tǒng)最不利的仰爬機(jī)位，若此仰爬面驗(yàn)算結(jié)果符合要求，則整個(gè)液壓爬模系統(tǒng)可滿足項(xiàng)目施工需求。液壓爬模系統(tǒng)三維模型如圖3所示。

3.1模擬工況

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2020）［3］、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）［4］和《液壓爬升模板工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定》（JGJT195-2018）［5］等規(guī)范，選取材料參數(shù)。鋼材取Q235鋼，重力密度為78.5kN/m3；Q235容許應(yīng)力值：f=145MPa，fv=85MPa；受彎構(gòu)件容許撓度值為L(zhǎng)/300。爬升或停工狀態(tài)下爬模裝置自重荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.0，施工狀態(tài)下爬模裝置自重荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.0。鑒于依托工程索塔高度為216m，施工過(guò)程中必然會(huì)受到風(fēng)荷載的影響，因此為使數(shù)值模擬更加貼合實(shí)際施工情況，計(jì)算過(guò)程中考慮風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)為0.9。有限元模擬時(shí)，考慮按照液壓爬模系統(tǒng)靜置狀態(tài)下和爬升狀態(tài)下兩種工況進(jìn)行模擬，確認(rèn)爬模系統(tǒng)是否可以滿足施工需求，如表1所示。

3.2計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1爬模各桿件應(yīng)力情況

計(jì)算結(jié)果如圖4所示。液壓爬模系統(tǒng)在工況一的情況下，桿件最大組合應(yīng)力主要分布于爬架最上緣兩側(cè)桿件處，最大應(yīng)力為83.0MPa，爬架中、下兩層桿件應(yīng)力值相差較小，應(yīng)力均勻分布，不存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，且爬架所有桿件應(yīng)力值均小于容許強(qiáng)度145MPa，因此該工況下爬架滿足施工要求。

液壓爬模系統(tǒng)在工況二的情況下，桿件最大組合應(yīng)力主要分布于爬架最上緣兩側(cè)桿件處，最大應(yīng)力為83.0MPa，爬架各桿件應(yīng)力均勻分布，不存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，且爬架所有桿件應(yīng)力值均小于容許強(qiáng)度145MPa，因此該工況下爬架滿足施工要求。

3.2.2爬模各桿件剪應(yīng)力情況

計(jì)算結(jié)果如圖5所示。液壓爬模系統(tǒng)在工況一的情況下，桿件剪應(yīng)力主要分布于爬架模板下邊緣，最大剪應(yīng)力為30.2MPa，且爬架所有桿件剪應(yīng)力值均小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值85MPa，因此該工況下爬架滿足施工要求。

液壓爬模系統(tǒng)在工況二的情況下，桿件剪應(yīng)力主要分布于爬架模板下邊緣，最大剪應(yīng)力為22.7MPa，且爬架所有桿件剪應(yīng)力值均小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值85MPa，因此該工況下爬架滿足施工要求。

3.2.3爬模各桿件變形情況

計(jì)算結(jié)果如圖6所示。液壓爬模系統(tǒng)在工況一的情況下，桿件最大變形主要分布于爬架頂部平臺(tái)，最大變形量為34.4mm，該變形量按照《建筑施工附著升降腳手架管理暫行規(guī)定》中所規(guī)定受彎構(gòu)件容許撓度值為L(zhǎng)/300=12000/300=40mm，因此該工況下爬架滿足施工要求。

液壓爬模系統(tǒng)在工況二的情況下，桿件最大變形主要分布于爬架最底層平臺(tái)，最大變形量為30.2mm，該變形量按照《建筑施工附著升降腳手架管理暫行規(guī)定》中所規(guī)定受彎構(gòu)件容許撓度值為L(zhǎng)/300=12000/300=40mm，因此該工況下爬架滿足施工要求。

4結(jié)語(yǔ)

（1）液壓爬模系統(tǒng)在靜置施工狀況下，爬架最上緣的桿件應(yīng)力最大，同時(shí)變形量最大，因此該部位的架體設(shè)計(jì)要加強(qiáng)。本文介紹的爬模系統(tǒng)在此情況下，各桿件的組合應(yīng)力未超過(guò)規(guī)范值。

（2）液壓爬模系統(tǒng)在爬升狀況下，爬架最上緣的桿件應(yīng)力最大，但桿件最大變形量分布在爬架最下緣，在同類型的爬模體系中要著重關(guān)注此部位的變形情況。本文介紹的爬模系統(tǒng)在此情況下，各桿件的變形值未超過(guò)規(guī)范值。

（3）液壓爬模系統(tǒng)在靜置施工狀況下和爬升狀況下，最大剪應(yīng)力均出現(xiàn)在爬架模板底口位置，意味著在施工過(guò)程中，一定要加強(qiáng)爬架模板的底口加固工作，避免出現(xiàn)剪應(yīng)力過(guò)大，造成模板底口失穩(wěn)。本文介紹的爬模系統(tǒng)在施工過(guò)程中，各桿件的剪應(yīng)力均為超過(guò)規(guī)范要求數(shù)值，保障了爬模系統(tǒng)的施工安全性。

針對(duì)傾斜索塔爬模施工，施工單位應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注爬模系統(tǒng)仰爬面的結(jié)構(gòu)性能，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，爬架各桿件變形控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，方可有效杜絕爬模施工過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。綜合有限元數(shù)值模擬結(jié)果和本文依托項(xiàng)目實(shí)際施工檢驗(yàn)，該套液壓爬模系統(tǒng)適用于斜拉橋傾斜索塔施工，各項(xiàng)性能均符合要求。

參考文獻(xiàn)：

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［3］JTG/TF50-2020，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］JTGD64-2015，公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］JGJT195-2018，液壓爬升模板工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定［S］.

作者簡(jiǎn)介：翟少磊（1990—），工程師，研究方向：橋梁隧道施工技術(shù)。

收稿日期：2024-05-18