董泊寧，馬一躍，屠科彪

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310000）

預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋0#塊位于主梁和下塔柱連接處，0#是主梁懸臂澆筑的基礎(chǔ)，通常其混凝土方量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。特別是高塔柱橋梁0#塊離地較高，通常采用非落地式高空支撐懸挑支架，支架搭設(shè)和預(yù)壓過程復(fù)雜，受橫向風(fēng)力影響大，施工過程存在較大安全隱患。因此，十分有必要對高空0#塊支架受力性能進(jìn)行系統(tǒng)分析總結(jié)。

1 工程概括

高嶺頭水庫特大橋主橋為（140+300+140）m雙塔雙索面、塔墩梁固結(jié)體系預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。主塔為花瓶型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩個主塔全高分別為203.8m和192.9m。主塔由下塔柱、中塔柱、上塔柱構(gòu)成，下橫梁0#塊距地面距離超過80m，索塔較高施工難度大。

2 下橫梁支架設(shè)計和受力分析

2.1 下橫梁支架設(shè)計

主梁0#塊采用支架現(xiàn)澆法施工，因高度較大，支架不采用常見的落地支撐方式，而是采用支撐在主塔塔身上的懸挑支架結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 下橫梁懸挑支架結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

下橫梁支架采用桁架梁（K梁）+斜支撐的形式，桁架梁采用現(xiàn)有材料，桁架上弦桿上弦桿、下弦桿、拼接板等，弦桿采用鋼板組焊接截面，其板材選用Q420qc；高剪腹桿及端柱采用尺寸140mm×140mm×10mm方管，材質(zhì)高強鋼DB685；普通腹桿選用尺寸140mm×140mm×8mm方管，材質(zhì)Q345。桁架上鋪設(shè)2HN400×200+2HN600×200分配梁，分配梁上鋪HN400×200型鋼支撐橫梁底模及0#塊盤扣支架。桁架梁（K梁）支承在斜支撐上，斜支撐由3HN600×200型鋼/2HN600×200型鋼支座而成，斜撐側(cè)面采用爬錐與索塔相連，爬錐沿索塔間距6.0m，斜撐底部支撐在下塔柱分叉段上，兩斜支撐之間采用同規(guī)格水平撐支撐，提高整體承載能力。

2.2 有限元模型建立

采用Midas/Civil2020軟件進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)計算，計算模型中主塔支架構(gòu)件均采用梁單元模擬，不考慮普通鋼筋參與結(jié)構(gòu)受力，計算模型如圖2。模型中采用梁單元模擬真實的桁架梁重量，采用板單元模擬下橫梁及0#塊底模，底模鋼板與肋梁采用共節(jié)點連接以模擬焊接而成的組合鋼模，肋梁與分配梁1、盤扣支架采用一般彈性支撐連接，模擬豎向剛度，減小側(cè)向剛度。分配梁1、2、3、4之間采用剛接來模擬剛架效果，斜桿與分配梁4之間為了模擬斜桿底部的交接采用釋放梁端轉(zhuǎn)角來考慮。為簡化結(jié)構(gòu)計算，斜撐靠在塔壁之上，近似認(rèn)為斜撐頂為不動點，在支架模型中采用固結(jié)點計算。

2.3 荷載工況

0#段塔梁固結(jié)段分兩次澆筑，第一次澆筑下橫梁高度方向0～3m（約328方），第二次澆筑下橫梁高度方向3～6m以及兩側(cè)0#段π梁（約696方），按照施工流程擬定4個計算工況，見表1所示。

表1 下橫梁支架不同工況下荷載組合

2.4 有限元計算分析

根據(jù)MIDAS模擬計算，獲得了0#塊不同施工工況下支架受力特性，支架中的分配梁1、2、3、4，承載梁和K梁的受載情況見表3。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，分配梁1、2、3、4和承重梁的最大壓應(yīng)力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值為215MPa，最大剪應(yīng)力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值為125MPa；K梁的最大壓應(yīng)力和最大剪應(yīng)力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值分別為492MPa和295MPa。由表3可知，所有梁體的最大壓應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。支架最不利施工工況是工況3，該工況下0#段支架系統(tǒng)承受最大荷載，最不利位置位于分配梁2、3和K梁，最大壓應(yīng)力為197和467MPa，約達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值的92%和95%。承重梁作為0#段荷載與塔柱的連接點（見表2），最大壓應(yīng)力只承受了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值的70%，說明所設(shè)計支架有效分散了荷載。工況3下對應(yīng)分配梁2、3和K梁最大剪應(yīng)力為120和66MPa，約達(dá)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值的96%和22%，2、3號分配梁作為支架斜撐承受較大剪應(yīng)力可適當(dāng)增加截面面積，而K梁主要承擔(dān)壓力可適當(dāng)減小K梁中斜桿截面面積。第二次澆筑混凝土量約是第一次澆筑的兩倍，但除了分配梁4和承重梁最大壓力有明顯增加外，其余梁最大壓應(yīng)力并未出現(xiàn)明顯增大，說明在第二次澆筑混凝土?xí)r第一次澆筑的混凝土已參與整個支架受力。

表2 0#段支架中最大壓應(yīng)力（最大剪應(yīng)力）

不同工況下，支架各梁最大撓度見表3所示。分配梁1和K梁在工況三時發(fā)生最大撓度分別為44.1和36mm，小于L/400=25500/400=64mm，剛度均滿足規(guī)范要求。分配梁1和K梁的最大撓度均隨荷載增加逐漸增加，兩者最大變形主要分布于梁中間部分，整體呈對稱下凹狀。分配梁2、3、4的最大撓度發(fā)生在工況二，說明工況三0#塊混凝土全部澆筑完后，抑制了分配梁2、3、4的變形。承重梁在三個工況下發(fā)生變形最小，工況時變形最大，最大撓度1.7mm＜L/400=6800/400=17mm剛度滿足要求。

表3 0#段支架系統(tǒng)最大撓度

工況四與工況二相比，增加了第一次澆筑的下橫梁共同承擔(dān)，工況二K梁端部豎桿及斜桿應(yīng)力較大，因此，工況四主要對K梁進(jìn)行驗算。工況四下K梁最大正應(yīng)力167.5＜492MPa，最大剪應(yīng)力為1.09＜295MPa，強度滿足要求；桁架梁最大撓度為11.5mm＜L/400=25500/400=63.75mm，剛度滿足要求。

3 結(jié)語

以高嶺頭水庫特大橋為依托，確定了該工程主塔0#塊支架的具體搭設(shè)方案。利用Midas軟件，構(gòu)建了有限元模型，通過計算分析確定了4種不同施工過程荷載對支架的受力影響，以及相對應(yīng)支架撓度變形。通過本文的研究，確保了該工程支架的安全施工，也為同類工程提供了參考依據(jù)。