桥梁设计阶段劲性骨架的应用分析

许明举

（江西省赣南公路勘察设计院，江西赣州341000）

0 引言

对于桥梁工程的设计来说，劲性骨架有着极为重要的现实价值，而要想使其在技术应用中发挥出最佳的效用，就要高度重视相关施工工艺的优化和提升，另外还应加强设计方案和施工方面的精细控制。

1 劲性骨架在桥梁工程设计中的作用

对于桥梁工程的施工来说，劲性骨架在相应的结构中极为常见，其有着诸多的现实作用，具体体现在以下方面。

一是不同于常规的斜拉索材料，劲性骨架通常采用钢绞线进行这方面的处理，进而保障了材料的强度和承载力，同时在延伸量等方面也能达到较为理想的效果，而涉及的架设操作也能稳定高效地推进。

二是其主要是通过千斤顶系统实施张拉，相应的操作更为稳定精准，且各个方面的调整都比较灵活便捷。这样一来，也就切实地保障了桥梁施工的稳定与安全。

三是较之于常规类型的骨架，劲性骨架在斜拉扣挂方面是通过自身系统实施的，基本上不会受到缆索吊装等系统的影响，而整个操作过程也会更为稳定安全，如此也就切实地保障了相关处理的科学与高效。

四是劲性骨架具备的索力相对精确，具备一定的灵活性。所以在应用的过程中能够提供精确的数控，能够在一定的程度上让控制分析更为合理。并且在通过计算确定以后，可以给基础结构变形控制奠定良好基础。

五是桥梁合龙环节，劲性骨架能够临时替代合龙段的受力结构，约束并控制合龙段出现的位移，满足合龙段的位移变化需求，达到良好的临时锁定效果。另外，在桥梁合龙段施工时，劲性骨架还能起到合龙安全养护的作用，减少徐变、收缩问题引起的后期结构的应力作用。

六是由于劲性骨架本身的强度比较高，所以在安装完毕后，能够与桥梁的主体形成一个结构载体，可以避免坍塌、倾斜等问题。

七是在主体桥梁设计中劲性骨架能够提供一定的安全功能，可提升桥梁工程的稳定性[1]。

2 大桥主拱圈设计与施工

某桥梁工程的结构主要包含主拱部分（即应用劲性骨架进行施工），相应的跨径为370m，其中矢高达到83.5m，矢跨比为1∶4.431。施工过程按照钢筋混凝土组合梁进行，其中的技术操作主要是劲性骨架法。

2.1 主拱圈设计

该桥的拱圈为提篮式箱形断截面，之所以选择这样的处理方式，为的是保障桥梁横向刚度的稳定。拱脚的横向中心距为33m，采用轴线法竖直布置，拱脚单侧采用的是单箱单室断面，外轮廓尺寸为9.4m×13.4m。在设计阶段必须对涉及的各项数据进行全面精细的了解，以保障主拱圈的高效设计。

2.2 主拱圈劲性骨架设计

由于该桥梁是超大跨径的铁路拱桥，因此可采用无支架进行相应的施工。鉴于拱圈混凝土用量较大，而借助于钢管混凝土进行劲性骨架方面的处理比较适宜。具体来看，该桥梁的主拱圈是通过劲性骨架法进行，其中涉及钢管混凝土构件的布置，处理时应确保精细严谨。上下弦的主钢管以及拱顶都应严格遵照既定的标准进行，材质上也应确保达标。就该工程来说，相应的材质以Q390C 钢材和为密实无收缩的C60 级混凝土为主。主钢管的外径以及壁厚应确保无误，每个环节以及每个部位都应保证与既定要求一致。对于劲性骨架的具体操作来说，通过主钢管间横向和竖向等的连接即可形成整体性的空间桁架结构，这样后续的操作也就有了稳固的保障。对于拱脚分叉部位的连接部件，主要采用钢管杆件，并在拱顶合并段采用角钢组合截面杆件予以连接。由于大直径的圆管形腹杆、平联以及横撑杆件极易出现断面削弱的情况，因此应在拱圈外部浇筑一定体积的混凝土，相应的浇筑顺序应严格遵照既定的设计标准进行，从而为截面的整体性提供切实的保障。

2.3 劲性骨架与拱圈施工方法

对于拱桥的劲性骨架施工，一般可采用转体法进行，或者在平转或竖转的条件下进行，当然还应加强缆索的吊装和斜拉扣挂等方面的联合布置，这样所达到的效果才会更为稳定高效。因该桥处在坡度较陡的区域，而进行整体拼装又有着较大的难度，因此决定采用节段缆索吊装和斜拉扣挂的方式进行，通过对骨架的分段精细地实施。其中涉及的跨度设计以及节段划分都应确保科学合理，且应落实好斜拉扣挂索的精细设置。通常情况下，完成劲性骨架方面的处理以后，即可进行混凝土的浇筑施工。需要注意的是，应保证混凝土强度达标，一般应采用C60 级高强混凝土，这样拱圈外部的浇筑也会更为稳定，且能达到较为理想的效果。对于外包混凝土的部分，应纵向划分为6 个工作面，且应通过3 环分步实施，浇筑上也应做好精细的布置。另外，在浇筑方面，两侧拱脚均设置有13m 的整体先浇段，这样相应的处理也就得到了有力保障[2]。

拱圈具体施工过程如下:

其一，拱桥的基础以及交接部位和缆索等临时设施，因为关系到整个工程的高效推进，因此应高度重视。

其二，桥下的拼装平台和交接墩部位的斜拉扣挂系统，与骨架的节段吊装等有着直接的关系。

其三，结构的合龙以及管内混凝土的灌注。

其四，通过分面分环的方式推进拱圈外部的混凝土浇筑。

3 施工设计

3.1 劲性骨架的高度设计与材料选择

对于劲性骨架的施工来说，涉及的安装主要是通过爬模的方式进行，这样也就极大地保障整个施工的稳定性，各个施工段的处理也会更加规范高效。需要注意的是，具体进行设计时应高度重视模板高度的控制，切勿出现偏差，以免影响到安装方面的精细处理。另外，还应落实好骨架原材料的科学选择。

其一，由于劲性骨架是桥梁结构的重要部分，因此其在受力方面应达到既定的标准，尤其是原材料的强度应符合特定的需要[3]。

其二，除了要保障材料强度和质量等达标，还应尽可能选择性价比最高的材料，以保障施工的高效便捷。一般来看，劲性骨架应采用工字钢和槽钢进行，这类材料在抗拉、抗压以及抗弯等方面都有着极为突出的表现。

3.2 劲性骨架的吊装施工设计与钢材用量

由于劲性骨架的体积和质量均比较大，所以相应的吊装操作往往有着很大的难度，鉴于此，相应的设计工作就应注意这方面的科学处理。具体进行设计的过程中，可将骨架分为横向和纵向两个部分，在完成吊装后再将其拼装成一个整体，如此相应的施工也会更为便捷。

另外，还应落实好钢材用量的控制，通常应将钢材用量控制在30kg/m3混凝土左右，这样所达到的施工效果才会更加科学合理，且能达到较为理想的施工效果[4]。

3.3 劲性骨架的结构形式选取

劲性骨架的结构主要包括内置和外置两种形式。内置形式是将骨架埋入合龙段内部，使其成为桥梁的永久性结构，具体施工的过程中通常会采用焊接的方式以保障整个结构与桥梁主体的稳固，如此也就使得相对分散的部件形成了一个整体性的体系，相应的稳定性也就得到了切实的保障。

外置形式则是将骨架设置在顶板和底板部分，具体操作的过程中应落实好钢板的焊接，且应注意混凝土的浇筑和养护，在其达到既定的设计要求后即可推进骨架的约束控制，这样的条件下，推进张拉施工也会更为稳定高效。只有在各个方面精细高效地处理到位的情况下，相应的劲性结构的施工才能科学地推进下去，而桥梁的稳定性和坚固性也才能达到较为理想的状态。需要注意的是对于内置和外置的形式，虽然在工艺上的差别不大，但是在应用的过程存在不同的优点以及弊端[5]。对于内置形式而言，不仅能够切实地将桥梁的主体结构强度提高，还能够在一定的程度上提升桥梁的外观质量；但是这种设计形式的弊端是需要布局的钢筋较多，不利于混凝土的养护。对于外置形式来说，它的工艺操作是比较方便的，无论混凝土养护还是钢架焊接等方面取得的效果非常好。所以，在桥梁设计的环节中，要按照需求合理地选择设计方式。

4 项目实践

4.1 工程概况

该桥梁项目中，上部结构设计为封闭式流线型扁平钢箱梁与预应力混凝土箱梁结构的形式，在主塔结构设计中，选择的是钻石形空间索塔，钢筋混凝土结构形式，包含下、中、上塔柱与横梁结构构成。塔柱与横梁均使用50 级混凝土制作，塔柱设计为弧线形，因为塔柱的形式较为特殊，质量要求较高，现场操作空间比较狭小，工程量比较大且是高空作业，合龙作业的工期会比较长，整个塔柱必须在合理的工期内完成建设施工，所以塔柱是整个工程重要的环节。因为索塔现场的地质条件受到限制，容易发生塔柱倾斜等问题，所以塔柱现场施工采用劲性骨架的形式，在达到结构受力条件下，做好现场施工的控制，保证施工进度合格，同时还要提高塔柱的美观性，促进施工质量水平的提升。

4.2 劲性骨架设计要点

劲性骨架是索塔施工导向、钢筋定位、模板固定的重要结构形式，也是进行上塔柱预应力钢筋与斜拉索钢筋定位安装的关键结构。在目前的塔柱施工中，采取的是爬模施工技术，每两节模板高（4.5m）为一个施工段，所以将劲性骨架初步设计为4.5m 高。在现场的安装中，第一节高度应该超出混凝土结构表面0.5m，然后每一块都要在安装结束的劲性骨架上接高，每一次接高4.5m，浇筑一次塔柱结构。这种安装方式的缺陷就是整个骨架的结构尺寸比较大，自重也比较大，定位开始前无法进行吊点的放松处理，占据吊点的长度较长，同时整体调整的难度较高，给项目的进度造成不利的影响。基于此，现场的技术人员将其设计为竖向两节的结构，分块吊装，再焊接为整体结构，这种结构应用的是等边角钢与型钢，设计钢材使用量为30kg/m3混凝土，经过方案的优化，钢材使用量减少，施工的速度加快。

4.3 劲性骨架施工工艺

4.3.1 骨架制作

骨架制作前，先选择施工材料，必须保证结构的性能，还要减少材料的浪费，保证安装操作方便。制作实腹式骨架，如果使用工字钢制作，一则使用量较大，二则刚度不足。经过对比分析，决定采用刚度大、材料少且能够分块安装的钢桁架柱的形式，由100×100×10、75×75×8 两种角钢组成，使用加劲柱和平联的形式构成。由100×100×10 角钢制作的骨架尺寸为44cm×36cm，在加工厂内按照设计方案加工时，控制好结构的尺寸和性能，保证加工精度合格。运输到现场后，首先进行测量放线控制，以保证安装施工的精度符合要求，其次进行桁架柱位置确定，然后固定，最后焊接平联，组合形成整体的劲性骨架。每个骨架加工结束后，在现场进行全面的质量检查，符合要求后，才能进行现场吊装作业，且必须保证不会发生变形的问题，以保证工程的质量合格。

4.3.2 骨架安装

劲性骨架的现场安装施工，采用16t 塔吊进行吊装作业，连接首节劲性骨架和调平预埋钢板，调平预埋钢板直接安装锚固钢筋，埋设到混凝土结构内。因为调平预埋钢板的各个部分是骨架的基础，要控制好调平钢板结构的尺寸与位置。劲性骨架之间使用螺栓连接，检测合格后，再进行焊接作业。劲性骨架的安装顺序为先桁架、后平联。先桁架就是先固定桁架柱，后平联就是将数节劲性骨架焊接组合。首节劲性骨架安装定位的过程中，需要根据设计要求放样出底部边线，同时还要检测确定四个角的标高，达到设计方案的要求；第二节劲性骨架在第一节安装完毕后及时进行安装，并且再进行测量和调整，直到达到设计标准的要求；其他以此类推。在劲性骨架的安装定位过程中，要做好跟踪检测的工作，防止出现偏差后返工，影响施工的进度和质量。劲性骨架安装工作结束后，可以将骨架安装的空间桁架制作为简易工作台，让塔柱等结构的施工都能利用简易工作台完成施工，以保证施工的质量和效果合格，不会给现场施工产生阻碍和影响。

5 结语

总的来说，在桥梁设计中劲性骨架的应用不仅能提升桥梁结构的安全性，同时还可以提高桥梁的稳定性。因此，在劲性骨架应用时需要考虑桥梁设计的目标要求，从设计初始做好各方面的参数优化，保证设计效果能够发挥出来。在本文研究中，对劲性骨架的设计方案以及施工方案要点进行了详细探究，目的在于提升整体工程的质量。