劲性骨架在桥梁设计中的应用

摘要：桥梁工程设计里劲性骨架是不可缺少的一部分，它的主要作用在于索塔施工导向、钢筋固定、模板巩固等方面。且劲性骨架还是上塔柱预应力粗钢筋和斜拉索钢套管定位安装过程中必须具备的设置。本文剖析了劲性骨架在桥梁设计应用中存在的问题，并有针对性的提出了相应的解决措施。

关键词：劲性骨架；桥梁设计；技术应用

中图分类号：K928文献标识码： A

引言

劲性骨架法运用于桥梁建设主要是把拱圈钢骨架构建成一拱，接着不断分环灌注,最后不断增大截面以形成一个全拱。一般情况桥梁会受到索塔位置的限制或塔柱倾斜等影响，在施工过程中将劲性骨架运用于塔柱施工不仅达到了结构受力的标注，还能创造出足够的施工面以维持正常的施工进度，使得塔柱外形足够美观，使用性能更加优越。

一、劲性骨架在主塔施工中的应用

1、工程概况

某大桥第2合同段，主线 K3 + 867. 0 ～ K4 +453. 0，为大门大桥主桥。桥梁结构形式是135m +316m +135m双塔双索面 PC 梁预应力砼斜拉桥，总长度为 586m。梁桩基主墩设 44 根Φ2. 5m 钻孔灌注桩，桩长均为 115m。主塔采用花瓶型，斜拉索采用扇形空间索面，每塔每索面 22 对斜拉索。主梁采用预应力砼肋板式结构，桥面总宽度 32. 20m，设计为双向4车道。

2、主塔施工

索塔为花瓶形空间结构，总高度 134m。其中，下塔柱横桥向宽度由下横梁处的 4. 5m 双斜率 (塔柱内外斜率不同) 变化至塔座顶处的7.0m，纵桥向从下横梁处 7. 0m 变化至塔座底部8.5m；中塔柱直线段50.03m，其间的曲线段高23.28m，

塔柱横桥向宽度为3.5m，壁厚由1.0m 过渡到0.7m，纵桥向宽度为7.0m，壁厚 1.2m；上塔柱直线段结构高28.79m。截面为箱 形 结 构，顺 桥 向 壁 厚1.2m，横 桥 向 壁 厚0.7m。塔柱均采用液压爬模系统施工，沿塔柱方向4.5m 为一个施工段。利用混凝土输送泵将混凝土输送到模板中，完成塔柱混凝土的浇注。劲性骨架设计为 4.5m 高，分块吊装，安装就位后通过型钢连接成整体。安装时第一节高出混凝土面0.3m，以后每块在已安装好的劲性骨架上接高，每次接高4.5m，然后浇注塔柱混凝土。上下2个劲型骨架焊接好后，必须在上劲型骨架最低层和下劲型骨架最上层焊连接系。劲型骨架安装时要保证定位精度，必要时可在上、下两节劲型骨架连接板中进行调节。

3、劲性骨架在本工程中的应用

本工程从安全优质并节约成本的原则出发，从主塔塔座施工时开始安装劲性骨架。安装劲性骨架后钢筋绑扎时可以利用劲性骨架定位，钢筋的安装精度较高，保护层厚度得到了良好的控制。同时，斜拉桥主塔塔柱施工工艺复杂，需要控制测量、质量的地方较多，对塔柱的外形要求很高，具有足够刚度的劲性骨架作为塔柱施工的支撑体系，能很好的控制塔柱的外形，为其他工作能够高质量完成提供平台。安装劲性骨架后，结构物和施工人员的安全程度有了明显的提高。

类似工程劲性骨架在塔柱施工中的应用

4、设置劲性骨架的作用

4.1 安全控制

在主塔施工中，安全质量控制至关重要。安装劲性骨架后，由于劲性骨架刚度较大，起到钢筋骨架的作用。塔柱主筋在劲性骨架上固定，可以固定钢筋防止钢筋骨架整体倾倒。在安装主筋时，工人利用劲性骨架固定安全带，对操作人员起到安全保护的作用[1]。

4.2 质量控制

增设劲性骨架后，劲性骨架在后场分节加工，分块吊装就位，精确定位后用型钢将各分块进行焊接固定，形成整体框架结构。在钢筋安装过程中，可以利用劲性骨架对主筋进行纠偏并固定，这样能够保证钢筋安装时位置准确，保护层厚度能够得到保证。同时，在上塔柱施工时，劲性骨架将是预应力钢筋及斜拉索钢套管定位安装必不可少的。安装劲性骨架时应控制平面位置及倾斜度，避免妨碍塔身钢筋绑扎[2]。

二、劲性骨架技术在多跨连续桥梁合拢的应用

1、劲性骨架的设置

劲性骨架的设置方式按照合拢段劲性骨架设置在桥梁结构实体内、外的设置位置一般分为体内置、体外置和体内体外混置三种;按照设置结构受力方式即是否利用张拉临时或永久预应力钢束以及顶推提供压力一般分为预应力式和非预应力式。一般大跨径桥梁采用预应力式比较多，而中小跨径桥梁采用非预应力式较多。内置式一般采用钢管结构，内穿预应力钢束，施工完成后予以保留，不便拆除，见图 1。外置式采用槽钢、工字钢等居多，在桥梁合拢完成后可以拆除，甚至多次循环利用，比较起来经济一些，见图 2。

合拢劲性骨架采用的材料以钢结构为主，主要有型钢(H 型钢、槽钢、工字钢等)、钢管、万能杆件、焊接组合结构等，目前也有很多桥梁采用在挂篮基础上附加满足结构受力需要的构造组合体作为合拢劲性骨架的方法，即节省成本，也加快施工进度，甚至有的桥梁边跨采用支架合拢的方法。

2、劲性骨架的计算

劲性骨架的计算一般包括结构整体计算和构件计算以及附属构造计算。劲性骨架的整体计算包括全桥结构的全过程施工仿真，在计算中应考虑结构实际施工工况，如预应力混凝土连续桥梁在悬臂现浇法施工过程中，受结构物的方位、温度场升降温、风、雨、雪等各种气象因素的影响，箱梁悬臂端处于不断变化的过程之中，同时结构的约束体系变化(如桥墩固结)、材料、温度场、预应力张拉、顶推等各个工序和因素都必须予以考虑，计算结果应提供合拢段构造材料选择、构件型号尺寸选择等需要的各种不利工况组合的内力结果。构件计算包括单元构件的强度、应力、稳定等内容。

2.1 劲性骨架的计算仿真模拟

在很多程序和技术人员进行设计计算时，一般采用合拢段两悬臂端结构单元节点刚接的办法进行计算模拟，一般说来，这样计算对结构应力不会产生过大的误差，但是结构位移会与真实状态存在差别，在一些个别情况下，会产生不利的结果，例如，当合拢段长度比较短，如混凝土连续刚构桥梁合拢时，为适当减小混凝土主梁的收缩徐变影响或调整桥墩位移与内力，同时适当消除结构弹塑性压缩，一般需要进行顶推情况下，由于劲性骨架弹性收缩、焊接锁定机构焊缝收缩和骨架间隙压密，结构顶开位移会回弹，由于顶开数值很小，回缩位移与顶开位移相比数值比例较大，这样，顶开位移被回缩位移抵消很多，实际永存于结构中的位移、内力会与理想数值差别很大，达不到设计要求的理想状态，起不到对结构受力状

态进行调整的目的。

2.2 应力状态计算错误

在桥墩高度比较低、桥梁跨径比较小时，劲性骨架受力后的变形较大，节点刚接的模拟计算方式会导致结构应力状态不真实，对桥墩和主梁应力状态会给出错误的结论。

2.3 劲性骨架计算

设计人员往往不考虑温度的影响，但当桥梁跨径比较大时，悬臂端竖直变位较大，桥位处于平曲线时，还存在结构扭转角度问题，这些因素容易成为控制劲性骨架构造的决定因素，尤其梯度温度产生的竖直和桥梁轴线扭转甚至会造成劲性骨架迸裂，酿成事故，而在桥墩高度比较小时，忽略劲性骨架单元刚度会对桥墩得出错误的应力结果[3]。

2.4 模拟构建计算

构件计算和附属计算模拟中，同样需要注意几点容易忽略的问题。如构件的稳定和锚固构造强度问题必须进行精确计算，设计人员往往容易忽略，在大跨度桥梁中，每天环境温度和日照梯度温度作用下，对于悬臂端扭转作用强烈，容易造成锚固构造拔出或撕裂的现象，严重的甚至在锚固端部由于弯矩作用压溃承压钢管，导致事故。其次，钢结构焊缝强度、温度场等影响结构受力的因素，亦应重视，包括焊缝设置形式、焊脚尺寸、焊接质量等，必须全面考虑周全，细节往往决定成败。

结束语

劲性骨架结构运用于施工时需要注意多个方面，不仅要参照具体情况施工，还要在施工技术、施工工艺等方面进行改进优化，这样才能从根本上保证劲性骨架的施工质量得到提高。

参考文献

[1]. 贾鹏;常文叶.劲性骨架在桥梁工程设计中的应用[J].价值工程.2010(23):112.

[2]. 朱新辉.劲性骨架在桥梁工程设计中的应用[J].中国新技术新产品.2009(11)：69.

[3]. 张力.浅谈劲性骨架在高墩施工中的作用[J].山西建筑.2009(35)：88.

注：本文参考资料均来自中国知网