中铁十局集团第四工程有限公司 江苏省南京市 210000
摘要：金寨县新江路长征大桥主桥部分为独塔斜拉结构，主塔为双柱式钢斜塔，垂直高度为59.2m，塔身与桥面成75°夹角。钢塔采用分段制造、分段安装的施工方法。由于塔身较高，施工中需对主塔进行临时支撑，在保证安全、节约、缩短工期的前提下，使用了力杆形式的支撑体系，为相似工程提供可参考意见。
关键词：钢斜塔；支撑架；结构分析
引言
斜塔斜拉桥由于在外形上优势明显，近些年来在桥梁建设中成为热门桥型。但因其独特的主塔构造使其受力也相对较复杂，桥梁主跨的自重和索力引起的弯矩由主塔向边跨倾斜的重力以及边跨自重和拉索带来的主塔根部弯矩来平衡，以满足其受力要求。长征大桥倾斜的钢塔柱采用分段制造，吊装后通过焊接进行连接集整，这对桥梁施工带来了不小的挑战。施工中倾斜的塔身自重，以及钢管混凝土压筑过程中临时不平衡弯矩，不仅对塔身结构受力影响较大，而且在施工中存在安全隐患。本章以长征大桥实际塔下施工临时斜撑支架为工程背景，主要分析了支架体系在施工过程中的稳定性和钢塔受力及变形性能。
一、主塔支架方案设计
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图1.1 桥塔支架模型图
为保证桥塔自身安装和混凝土压注期间的稳定和线形，施工设计在桥塔钢管和主梁之间设置两组钢管支架。第1组Z1设在桥塔GT-3节段和主梁CZ-5节段之间。第2组Z2设在桥塔GT-7节段和主梁CZ-4节段之间。支架钢管Z1、Z2均采用Φ1000×16，材质为Q235B，每组支架横桥向设两根，Z3、Z4、Z4’支架采用直径0.426m钢管，壁厚6mm。每组两根钢管之间的距离为3.1m，中间区域作为斜拉索挂设空间。钢管下端与主梁腹板及横隔板对齐，并通过十字加劲板与后者焊接。钢管处主梁腹板及横隔板采用δ12mm钢板加强。钢管上端与桥塔外侧预设的牛腿焊接。第2组支架由于长度较长，在其中间另设Φ426×6（Q235B）钢管三角支撑与主梁相连，以减小其稳定计算长度。主梁CZ-4节段、GT-7节段在原临时支墩基础上增设2组直接对准主梁内侧腹板的Φ630×10格构柱，以传递支架传来的上部荷载。
二、支架结构分析
（一）支架有限元模型
1.计算荷载
（1）钢桥塔、钢主梁、塔内混凝土重量
钢桥塔重350.3t，钢主梁总重3863.2t，塔内压注混凝土密度按2.346t/m3计。
（2）风荷载
风载：验算风力取工程所在地10年一遇，相应风速为18.1m/s。
风压：
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其中：
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（风载体形系数）；
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（风压高度变化系数，按平均离水面40m计）；
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（按一般平坦空旷地区选取）；
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（基本风压）；
风压为：
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2.计算工况和模型
各工序计算模型及施工步骤如下表所示：
表2.1 计算模型及施工步骤
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由于在安装中各个过程对桥塔的成桥线形均会产生影响，计算中考虑钢桥塔安装、支架安装、塔内混凝土顶升压注等各工序按施工阶段进行分析计算。即前一阶段的内力和变形会累加到后一阶段的计算过程和结果中。
（二）钢桥塔强度及线形
1.钢桥塔强度
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图2.2 钢桥塔应力分布图（单位：MPa）
钢桥塔钢管材质为Q345qD，最大应力发生在压注混凝土且受10年一遇风载工况下，为90.9MPa<270Mpa，其强度满足要求，所以从强度上分析，支架设置是满足要求的。
2.钢桥塔线形
钢桥塔GT-3节段拼装完成，支架Z1安装之前，GT-3顶部最大水平位移-3.3mm，朝着边跨方向。设计要求钢桥塔偏位不得大于H/4000。从主塔墩顶面算起，塔高Ｈ约为30m，即3.3mm<30000/4000=7.5mm，满足施工线形质量要求。
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图2.3支架Z1安装前的水平位移（单位：mm）
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图2.4支架Z2安装前的水平位移（单位：mm）
钢桥塔GT-7节段拼装完成，支架Z2安装前，GT-7顶部最大水平位移-10.7mm，朝着边跨方向。从主塔墩顶面算起，塔高Ｈ约为54m。也即10.7mm<540000/4000=13.5mm，故知支架顶撑位置满足施工质量要求。
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图2.5 钢桥塔拼装完成时的水平位移（单位：mm）
钢桥塔GT-8节段拼装完成时的最大水平位移-14.2mm，朝着边跨方向。从主塔墩顶面算起，塔高Ｈ约为62.2m。14.2<62200/4000=15.6mm，均满足线形要求。
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图2.6 混凝土灌注时的钢桥塔水平位移（单位：mm）
桥塔内混凝土顶升压注时的顶部最大水平位移22.3mm＞62200/4000=15.6mm，不满足线形质量要求，因此需要通过钢桥塔GT-8节段调整设置预拱度的方法使其满足线形要求即可。
综上所述，从线形控制上分析，支架设置是满足要求的。由于桥塔水平位移很少，支架Z1、Z2安装时不需要起顶。每节段桥塔安装时按照预拱度要求调整到位。
（三）桥塔支架强度及稳定性
1.支架强度
Z1、Z2支架采用直径1000mm钢管，壁厚16mm，外径与壁厚比为62.5，满足规范要求。钢管材质为Q235B，在主塔混凝土压注结束后最大组合应力为64.8MPa<190MPa，出现在Z1支架处，其强度满足要求。支架轴力、应力分布如下图所示。
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图2.7 支架钢管应力分布图（单位：MPa）
2.支架Φ1000×16钢管稳定性
由上节可知支架Z1钢管的组合应力最大，同时该组钢管计算长度也最长。故提取该钢管的内力，轴力为2428.6kN，最大弯矩为195.6kN·m，如下图所示。
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图2.8 支架Z1钢管轴力分布图（单位：kN）
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图2.9 支架Z1钢管弯矩分布图（单位：kN·m）
Z1钢管杆件长度为26.55m，当钢结构压杆两端固定时，长度因数μ=0.5，所以Z1钢管杆件计算长度为13.275m，材质为Q235B。长细比λ＝μL/i=38.2，按照b类构件取稳定系数查表可得为
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，稳定应力最大值：
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，满足要求。
3.支架Φ426×6钢管稳定性
Z3、Z4、Z4’支架采用直径426mm钢管，壁厚6mm，外径与壁厚比为71，满足规范要求。支架Z2的斜撑为Φ426×6钢管，最大轴力为364.6kN，最大弯矩为21.4kN·m，如下图所示。
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图2.10 支架Z2斜撑钢管轴力分布图（单位：kN）
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图2.11支架Z2斜撑钢管弯矩分布图（单位：kN·m）
钢管斜撑长度为23.66m，当钢结构压杆两端固定时，长度因数μ=0.5，所以钢管斜撑的计算长度为11.83m，材质为Q235B。λ＝11830/148＝79.9，按照b类结构取的稳定系数查表可得为0.687，稳定应力最大值：
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，满足要求。
三、总结
本文以长征大桥为工程背景，介绍了一种钢斜塔斜拉桥主塔施工方法—临时支架体系。结合有限元计算对整个支架体系的强度、线形进行分析，并针对支架体系进行局部稳定性验算以确保支架的安全。分析结果表明，设置支架在钢桥塔安装和混凝土压注期间的强度和线形均满足施工质量控制要求。
参考文献：
[1]《长征大桥桥塔支撑架施工图设计》
[2]《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ231-2010）
[3]周力.大跨钢箱梁独塔斜拉桥施工监控若干关键技术研究[D].合肥工业大学，2019.
[4]杨海涛.斜塔有背索斜拉桥主塔施工支架结构分析[J].山西交通科技，2013（04）：83-85