黄冈公铁两用长江大桥桥塔下横梁施工技术探讨

高本涛　张敏

摘要：黄冈公铁两用长江大桥由塔柱及上、下横梁组成。下横梁采用落地式支架施工，下横梁支架钢箱分配梁边支点支承于埋设在两侧塔柱的精轧螺纹钢对拉式钢牛腿上。下横梁与下塔柱节段混凝土同步施工，提高了施工效率，下横梁分两层浇筑，减小了浇筑混凝土时支架的荷载。文章对黄冈公铁两用长江大桥桥塔下横梁施工技术进行了探讨。

关键词：公铁两用长江大桥；H型桥塔；精轧螺纹钢对拉式钢牛腿；同步施工；分层浇筑 文献标识码：A

中图分类号：U445 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 工程概况

黄冈长江大桥是新建武汉至黄冈城际铁路及黄冈至鄂州高速公路的关键性控制工程，大桥位于长江黄州河段上端三江口附近、唐家渡综合码头上游约240m位置，上距阳逻长江大桥约37km，下距鄂黄长江大桥约17km。主桥全长1215m，桥跨布置为（81+243+567+243+81）m斜拉桥。桥塔采用C55混凝土，设计为H型结构，由（下、中、上）塔柱及上、下横梁组成，塔柱为钢筋混凝土结构，塔高（塔座以上顶面）为190.5m。上、下横梁为预应力混凝土结构，下横梁底部距塔座顶面30m。下横梁长32.1m、宽8.5m、高8.0m，采用单箱双室预应力钢筋混凝土结构，截面布置98束19φj15.24预应力钢绞线。

2 下横梁支架施工

下横梁支架沿纵桥向设有3排钢管立柱及钢箱分配梁，钢箱分配梁中心线与横梁腹板对齐，下横梁支架布置如图1所示。下横梁支架拼装与下塔柱节段施工同步进行，在下塔柱5#节段施工时，预留钢牛腿槽口。钢管立柱桁片在水中驳船上拼接好，3排钢管立柱分为6个桁片单元吊装，吊装见图2：

每侧塔柱各设置3个牛腿预留槽口，其中边桁牛腿槽口2个，中桁牛腿1个。预留槽口与牛腿底面接触处混凝土埋设钢筋网片及预埋件，增强混凝土抗压能力。预留槽口处部分主筋需截断，待下横梁施工完成，牛腿拆除后植筋修补槽口。每个牛腿设置4根?32精轧螺纹钢筋拉杆。牛腿上端设置支撑座，传递钢箱分配梁荷载。钢牛腿见图3。3排钢箱分配梁通过连接系连城整体，钢箱分配梁顶面摆放纵向分配梁，纵向分配梁顶面摆放底模系统。

3 下横梁与下塔柱同步施工

下塔柱第1#、2#节段采用钢管脚手架作模板支撑，第3#～5#节段，下塔柱三面采用液压爬模施工，塔柱内侧搭设临时平台施工。下横梁支架拼装与下塔柱节段施工同步进行，为降低支架荷载，下横梁浇筑分两次进行，第一次浇筑高度为4m（混凝土方量592.6m3），第二次浇筑高度为4m（混凝土方量616.1m3），分别与塔柱6#、7#节段同步施工。通过Midas/Civil模拟分析，第一次混凝土浇筑完成混凝土强度达到设计强度后，按100%张拉6束底板预应力筋，此时下横梁（第一层浇筑的混凝土）主拉应力为0.3MPa，主压应力为3.6MPa，满足规范要求。第二层混凝土刚浇筑完成，在混凝土强度尚未达到之前，第二层混凝土不具备刚度，此时下横梁第一层混凝土受力最为不利，通过计算，第一层浇筑的混凝土主拉应力为1.6MPa，主压应力为5.5MPa，满足规范要求。第二次混凝土浇筑后钢管支架竖向反力较第一次混凝土浇筑增加了6610kN，下横梁混凝土采用分次浇筑钢管支架承受竖向荷载为22313.9kN，如一次性浇筑8m，钢管支架承受竖向荷载为32030.6kN，可见采用分次浇筑支架承受的竖向荷载仅为一次性浇筑的69.7%。下塔柱节段与下横梁第一层混凝土有限元模型见图4：

塔柱完成8#节段施工后，张拉下横梁剩余全部预应力，拆除下横梁支架。9#节段施工后，内侧面爬架具备拼装条件，此后塔柱四面采用液压爬模施工。

4 下横梁支架受力分析

采用Midas/Civil建立下横梁支架的有限元模型（见图5），钢管立柱采用梁单元模拟，柱间连接系采用桁架单元模拟，钢箱分配梁采用梁单元模拟，钢箱分配梁与柱顶刚性连接，纵向分配梁与钢箱分配梁采用只受压弹性连接，柱底固结。混凝土荷载按整个下横梁实际重量的69.7%加载在纵向分配梁上。通过计算，纵向分配梁的最大组合应力52.3MPa<170MPa，最大剪应力43.7MPa<100MPa，均满足要求；钢箱分配梁的最大组合应力57.4MPa<170MPa，最大剪应力26.9MPa<100MPa，最大竖向位移9.3mm<7500/400=18.75mm，均满足要求；钢管立柱最大轴力2583.6KN，稳定性计算53.2MPa<170MPa，均满足要求。边桁边支点竖向反力1099.5kN，中桁边支点竖向反力1569.8kN。

5 钢牛腿受力分析

5.1 荷载计算

钢牛腿作为钢箱分配梁边支点的承力构件，受力比较大，通过对拉精轧螺纹钢筋，能够承担强大的竖向荷载。钢牛腿上端采用变截面箱形结构，腹板开孔设置4根?32精轧螺纹钢拉杆，钢牛腿伸入塔柱槽口部分采用变高度箱型截面。边桁牛腿高850mm，中桁牛腿高1150mm，中桁牛腿所受竖向荷载较大，对中桁牛腿进行受力分析，其计算简图见图6。根据静力平衡方程，牛腿底部竖向反力，牛腿端部水平反力，单根拉杆拉力。

5.2 有限元分析

钢牛腿板件均为24mm厚钢板，材质Q235B，采用Midas/FEA建立中桁牛腿的三维模型，按照实际尺寸建立实体单元模型。牛腿底部板件网格节点约束平动自由度，牛腿端部板件网格节点约束水平自由度，顶板压力荷载及对拉精轧螺纹钢拉杆荷载以压力荷载加载在对应板件网格节点上。顶板受压区面积，单根拉杆垫片受压面积，则顶板压力荷载P1与单根拉杆对竖板的压力荷载P2分别为：

，

通过有限元分析，牛腿板件99.9%的网格应力<120.2MPa，中桁牛腿受力满足要求。

6 结语

黄冈公铁两用长江大桥采用下横梁施工采用落地式支架，钢箱分配梁边支点支承于埋设在两侧塔柱的精轧螺纹钢对拉式钢牛腿上，钢牛腿可工厂化制造，传力明确，安全可靠。下横梁与下塔柱同步施工，下横梁分次浇筑，减小了浇筑混凝土时支架的荷载，增加了安全性，提高了施工效率，顺利地实现了桥塔快速化施工。

参考文献

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作者简介：高本涛（1978-），男，中铁大桥局集团第五工程有限公司工程师，研究方向：大跨度桥梁施工技术；张敏（1983-），男，中国公路工程咨询集团武汉建设分公司工程师，研究方向：大跨桥梁施工技术。

（责任编辑：陈 倩）