摘要：基于新田长江大桥主塔上横梁下支撑系统施工，研究上横梁下支撑系统施工与仿真关键技术。详细阐述了上横梁支架设计，建立了下支撑系统整体有限元模型并进行了安全性验算，其中上横梁支架总体采用托架+型钢主梁+盘扣支架形式，盘扣支架下设置支撑系统。本文在通过对施工方案详细研究的基础上，探讨了主塔上横梁支架下支撑系统的安全性。结果表明，各支架构件均满足强度、刚度、稳定性等各项要求，为以后类似的工程提供了新的思路，具有较强的借鉴和指导价值。
关键词：悬索桥；主塔；上横梁施工；下支撑系统；仿真
0引言
悬索桥是我国大跨度桥梁采用最多的结构形式之一，作为缆索支承桥梁，索塔是悬索桥支承主索的重要结构物[1]。建设工程中，由于索塔横梁的位置特殊，上横梁多用高空支架作为施工支架，施工风险大，稳定问题突出[2]。因此，有必要对其施工与仿真关键技术进行系统研究。陈竹[3]针对龙江特大桥的特征对四种工艺进行比较，上横梁施工最终采用单排钢管支架施工，并对工艺优势进行了详细论述。胡雄伟[4]详细阐述了重庆寸滩长江大桥桥塔横梁支架设计与施工，其设计提高了该类桥梁的施工工效，值得借鉴学习。常志军[5]针对南宁大冲邕江特大桥的特点，详细阐述了索塔上横梁施工的支架系统，并进行了安全性验算。新田长江大桥主塔上横梁施工中，上横梁支架总体采用托架+型钢主梁+盘扣支架形式，盘扣支架下设置支撑系统，支撑系统包含I25a工字钢分配梁、型钢主梁、托架顶分配梁、托架系统等，本文依托新田长江大桥，对其上横梁支架下支撑系统施工与仿真关键技术进行研究，所得施工技术经验可为同类桥梁索塔上横梁施工提供参考和借鉴。
1工程概况
恩广高速重庆新田至高峰段项目全长22.153公里，新田长江大桥是其关键控制性工程，桥址位于万州主城区上游19公里处。新田长江大桥全长约1.7公里，主桥采用主跨1020米双塔单跨钢箱梁悬索桥，北塔柱上游侧高177.5米，下游侧高161.5米，南塔柱高均为177.5米，索塔共设上、下二道横梁。上、下横梁均采用等高箱形断面。为提升景观效果，箱型断面增设侧墙，上横梁顶侧墙呈弧线变化，上横梁底侧墙呈折线变化，体现渝山之层峦，下横梁底侧墙呈弧线变化，体现渝水之婉约，索塔造型意在与当地景观相结合，体现渝山渝水之情。上横梁按A类预应力钢筋混凝土结构设计。横梁高7.5m、宽7.0m，横梁顶需设置高度1.25m护栏，上横梁顶板、底板、腹板均厚1.0m，设置2道横隔板，隔板0.8m，隔板开设1.8×1.0m人孔。此外，通过砂浆抹面，上横梁顶形成1%横坡以利排水。上横梁内布置32束15-19钢绞线，下横梁内布置44束15-19钢绞线，预应力钢绞线采用两端张拉，张拉时水平方向先内后外，对称张拉。锚下张拉控制应力采用0.75Rby＝1395MPa，每束张拉力上、下横梁均为3711kN。所有预应力锚固点均设在塔柱外侧，采用深埋锚工艺。为降低横梁内外温差，改善通风状况，在横梁腹板设置直径φ7.5cm的PVC通风管。在横梁底板布设直径φ7.5cm的PVC管，兼具排水和通风的作用。
2下支撑系统施工
2.1上横梁支架安装。上横梁采用塔梁异步施工，待液压爬模拆除后开始上横梁的施工。2.1.1托架安装。单榀三角托架在地面制作完成，利用塔吊吊装到位后，将托架根部连接钢板与塔内预埋钢板焊接。2.1.2托架顶主分配梁安装。托架顶主分配梁采用双拼HM588×300mm型钢，托架安装完成后，利用塔吊将主分配梁安装于托架上。2.1.3型钢主梁安装。型钢主梁在地面制作完成，采用塔吊单榀进行吊装，第一榀主梁吊装到位后采用槽钢进行支撑防止发生倾覆，后续各榀主梁吊装到位后与前一榀主梁之间焊接平联及斜撑，以增强其稳定性。2.1.4I25a工字钢分配梁安装。I25a工字钢利用塔吊吊装，直接安放于型钢主梁上。2.1.5盘扣支架及其上模板系统搭设。盘扣支架立杆采用φ60×3.2mm钢管，水平杆及竖向斜杆采用φ48×2.5mm钢管。盘扣支架在横桥向方向横隔板下方间距为30cm，其余位置为60cm；在纵桥向方向根据荷载的不同分别采用30cm、60cm、90cm间距。盘扣支架立杆根据长度配标准节及其它非标准节拼装而成。盘扣支架搭设流程为：底托、首层立杆及扫地杆摆放到位→搭设首层支架，同时连接好扫地杆和底层水平斜撑→安装横杆→接头锁紧→搭设脚手板→安装上层立杆→锁紧立杆连接销→安装横杆→安装顶托及纵横梁→铺设模板。盘扣支架上设置I14工字钢分配梁，工字钢沿纵桥向铺设，利用塔吊吊装到位，其间距与盘扣支架间距相同。分配梁上铺设10×10cm方木，方木在腹板及横隔板位置间距10cm（即满铺），在空腹板位置间距20cm。方木顶铺设15mm厚竹胶板作为底模。
2.2上横梁支架拆除1）安装悬挂系统，割除型钢支座，然后下放轨道梁，并与牛腿焊接。2）抽出竹胶板、方木、分配梁，利用预留孔洞悬挂三脚架。3）拆除轨道悬挂，在每组桁架顶面两侧焊接防倾倒型钢（型钢顶面距下横梁地面4cm），切割组件联系。4）在轨道梁上使用千斤顶同步推移，将外侧桁架单元稳步平移到上横梁以外，在桁架即将移出横梁外时，在外侧拉拽防倾倒钢丝绳。5）割除外移桁架上的防倾倒型钢，切割上下层桁架单元的联系，分别下落上下层桁架单元。6）分别下落上下层桁架单元，同理拆除另一边的外侧桁架。7）平移拆除中间桁架单元。8）拆除轨道梁、牛腿、平台。
3支架设计
3.1上横梁支架设计。上横梁支架总体采用托架+型钢主梁+盘扣支架形式。模板采用15mm厚竹胶板，其下设置10×10cm方木，方木在腹板及横隔板位置间距10cm（即满铺），在空腹板位置间距20cm。方木下设置I14a工字钢，I14工字钢在腹板及空腹板位置布置间距为60cm，在横隔板位置布置间距为30cm（包含横隔板位置处的腹板）。I14a工字钢下设置盘扣支架，盘扣支架立杆采用φ60×3.2mm钢管，水平杆及竖向斜杆采用φ48×2.5mm钢管。盘扣支架在横桥向方向横隔板下方间距为30cm，其余位置为60cm；在纵桥向方向根据荷载的不同分别采用30cm、60cm、90cm间距。盘扣支架下设置支撑系统，支撑系统包含I25a工字钢分配梁、型钢主梁、托架顶分配梁、托架系统等。I25a工字钢与其上的盘扣支架间距相同，在横隔板位置布置间距为30cm，其余位置布置间距为60cm。I25a工字钢其下设置型钢主梁，型钢主梁高3m，共设置5榀，间距分别为175cm、187cm、187cm、175cm，型钢主梁上弦杆采用HN700×300mm型钢，下弦杆采用HM588×300mm型钢，竖杆采用HM390×300mm型钢，单榀内斜撑采用双拼[20a槽钢，榀与榀之间平联采用双拼[10槽钢，斜撑采用[10槽钢。型钢主梁下设置双拼HM588×300mm型钢主分配梁。主分配梁下设置托架，托架采用三角托架，托架上弦杆采用HN700×300mm型钢，斜杆采用HN700×300mm型钢，托架内部斜杆采用HM390×300mm型钢。
3.2盘扣支架下支撑系统计算。3.2.1支撑系统简介。盘扣支架下支撑系统采用MIDASCIVIL软件整体建模计算，支撑系统包含I25a工字钢分配梁、型钢主梁、托架顶分配梁、托架系统等。I25a工字钢与其上的盘扣支架间距相同，在横隔板位置布置间距为30cm，其余位置布置间距为60cm。I25a工字钢其下设置型钢主梁，型钢主梁高3m，共设置5榀，间距分别为175cm、187cm、187cm、175cm，型钢主梁上弦杆采用HN700×300mm型钢，下弦杆采用HM588×300mm型钢，竖杆采用HM390×300mm型钢，平联及斜撑采用双拼[28a槽钢。型钢主梁下设置双拼HM588×300mm型钢主分配梁。主分配梁下设置托架，托架采用三角托架，托架上弦杆采用HN700×300mm型钢，斜杆采用HN700×300mm型钢，托架内部斜杆采用HM390×300mm型钢。3.2.2计算模型及荷载。采用MIDASCIVIL软件对支撑系统整体建模计算，计算模型见下图1。支撑系统的荷载主要包括结构自重、混凝土荷载及施工临时荷载，结构自重由软件自动导入，分项系数为1.2，混凝土荷载及施工临时荷载以线荷载的方式加载于I25a工字钢分配梁上，混凝土荷载分项系数为1.2，施工临时荷载分项系数为1.4。由于上横梁腹板部分、空腹部分、横隔板部分混凝土荷载相差较大，因此不宜按平均的方式进行加载，模型加载时按实际荷载位置进行加载。3.2.3强度计算。经计算分配梁应力122MPa、主梁上弦杆应力163MPa、主梁下弦杆应力104MPa、主梁竖杆应力176MPa、主梁平联及斜撑应力197MPa、分配梁应力155MPa、托架上弦杆应力180MPa、托架斜杆应力197MPa、托架内部联系杆130MPa，均满足设计要求。3.2.4刚度计算。支撑系统整体位移计算结果如下：支撑系统最大位移为23mm，最大位移位于主梁跨中位置，主梁最大跨度为13.73m，其允许位移为13.73÷400=34.3mm，满足要求。
4结论
本文以新田长江大桥为背景，研究悬索桥上横梁支架下支撑系统施工与仿真关键技术，并对新田长江大桥的上横梁支架下支撑系统施工进行了分析介绍。（1）新田长江大桥上横梁支架总体采用托架+型钢主梁+盘扣支架形式。采用有限元分析方法对分配梁、主梁上下弦杆、竖杆、托架斜杆、内部联系杆等进行了验算，均满足要求。（2）新田长江大桥上横梁支架下支撑系统采用的施工工艺目前已成功应用，实际效果良好。起到了降低施工成本、节省工期、降低施工难度、提高施工质量的作用，为以后类似的工程提供了新的思路，具有较强的借鉴和指导价值。
参考文献
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[2]袁灿，赵金磊.泉州湾跨海大桥主塔上横梁支架设计[J].交通科技，2016（03）：39-41.
[3]陈竹，韦磊.龙江特大桥主塔横梁施工方案研究比选[J].华东公路，2017（02）：9-11.
[4]胡雄伟.重庆寸滩长江大桥桥塔横梁支架设计与施工[J].世界桥梁，2015，43（02）：40-44.
[5]常志军.南宁大冲邕江特大桥北岸索塔上横梁施工技术[J].铁道建筑技术，2014（S1）：65-69.
作者:陈敏 单位:中交一公局厦门工程有限公司