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摘 要 拱形主塔外形美观，在分节段施工中为保证其线形和内力均满足要求，需要设置支撑体系。对于支架方案的计算，可以先按照无横撑体系先对结构进行试算，找出结构受力最不利的节段和变形情况。根据试算结果修改支架方案，考虑是否添加顶推力等，最终得出安全、合理的支架方案。
关键词 拱形主塔；支架方案；无支撑体系；顶推力
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）03-0174-01
1 工程背景
某四跨连续独塔自锚式悬索桥，跨径布置为27+100+70+27=224 m。其中索塔为拱形结构，外观设计灵感来自“鱼跃龙门”，桥塔总高66 m，横向全宽41.5 m，纵向全宽5 m。横桥向外轮廓为通过圆曲线拟合而成的曲线，整体与椭圆相似。内轮廓由椭圆与直线构成，椭圆长半轴34 m，短半轴15.75 m。单肢塔柱，横断面外轮廓为椭圆截面与矩形截面相结合组成，椭圆长半轴5 m，短半轴2.5 m，横向全宽5 m。
2 支架方案
拱形主塔钢外壳共分为17个节段。主塔施工每个节段时，首先吊装钢外壳，并精确定位钢外壳的位置。在钢外壳焊接时，以其为模板，进行塔柱普通钢筋的绑扎。待焊接完成，并且普通钢筋绑扎完成后，进行塔柱混凝土的浇筑工作。混凝土强度到达设计要求后，进行下一节段的施工。
对于内倾的主塔，比如A型塔，Y型塔及拱形塔等，若不加横撑，随着塔柱的升高，倾斜的主塔在自身重力的作用下，必将会使塔柱根部背面产生巨大的拉力，不仅塔端顶部产生很大的位移，而且塔柱根部极可能出现裂缝，影响施工质量甚至产生安全隐患。常用的横撑支撑方式分为主动撑和被动撑两种。被动撑即在某一高度直接施工横撑，两侧主塔的侧向力通过横撑互相平衡。该法适用于内倾角度不大，并且变形相对较小的塔柱。主动撑即在施工横撑的同时，对横撑施加顶推力以平衡主塔的侧向力，通过调整顶推力的大小达到控制主塔线形和保证结构安全的目的，该法通常适用于内倾角度较大，变形相对较大的情况，对施工经验及水平有一定要求。
施工方初定的主塔支架方案由四道横撑和支撑主塔横梁的桁架组成，具体是否添加顶推力未知，针对这一问题展开计算，以保证主塔的线形和受力安全。
3 有限元计算分析
主塔分节段施工，因此必须按照实际施工步骤建立施工段，准确模拟每个阶段结构的内力和变形，最终达到设计要求的线形和内力要求。由于该桥每个主塔截面既有钢结构，又有混凝土结构，在有限元分析软件Midas Civil中，采用建立重复单元共用节点的办法来模拟，具体到每一节段如下：
1）吊装钢结构。程序中激活钢结构单元。由于钢外壳本身除了外包钢板和加劲肋外，还设有角钢拉杆，圆柱头焊钉等。所以应将每一节段钢外壳的实际重量统计出来，用改变钢结构容重的办法来准确模拟每一节段钢外壳的重量。
2）浇筑混凝土。程序中建立虚拟梁单元，该单元截面特性与混凝土截面相同，但将其抗弯惯性矩设置为很小的数值，用以模拟此节段混凝土仅为重量，不给结构添加刚度。
3）混凝土到达强度。程序中钝化虚拟梁单元，激活混凝土单元。
3.1 不考虑横撑计算
由于未知所加横撑位置是否合理，横撑是否需要施加顶推力，在不考虑支撑体系的情况下，先对结构进行一下试算，用以发觉结构受力最不利的节段和变形情况，便于后续有的放矢进行支撑体系的计算。在未合龙前，9#节段混凝土浇筑后主塔外侧才产生0.2Mpa的拉应力，13#节段时塔底拉应力最大为3.7Mpa，因此可以初判该主塔可以考虑不施加顶推力。同时根据位移结果，6#节段后结构产生可观测的位移，9#节段后主塔的位移明显增加，因此6#节段以上必须有支撑体系才能保证主塔结构的变形要求。支架方案第一道横撑位于6#节段位置，与该计算结果吻合，因此可以在该方案的基础上进行下一步的计算。
3.2 考虑支撑计算
有了第一步的计算结果，按照支架方案建立横撑、竖杆和斜杆，按照主塔施工顺序进行计算，最终计算结果如表1所示。
由表中数据可知，主塔施工过程中所受到的最大拉应力为0.3MPa，最大压应力为3.3MPa，结构受力安全。 同时根据位移结果，最大位移为2 mm，未合拢前最大位移为1.64 mm。该位移值主要是由于横撑的受力变形导致，可通过调整钢外壳焊口尺寸进行调整，保证主塔外形达到设计的要求。
4 结束语
1）拱形主塔相比较于其他内倾型的桥塔，变形和受力情况都较好，采用被动支撑体系，可以满足变形和内力的要求。被动支撑体系无需顶推，操作简单。但若采用主动支撑体系，所需横撑数量可以减少，两者各有利弊，可以进行研究计算。
2）对于拱形主塔计算支架方案时，可以先进行无支撑体系的计算，然后根据计算结果修改支架方案，方便得出最佳的支撑体系，可为后续该类桥梁施工时作相应参考。
关键词 拱形主塔；支架方案；无支撑体系；顶推力
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）03-0174-01
1 工程背景
某四跨连续独塔自锚式悬索桥，跨径布置为27+100+70+27=224 m。其中索塔为拱形结构，外观设计灵感来自“鱼跃龙门”，桥塔总高66 m，横向全宽41.5 m，纵向全宽5 m。横桥向外轮廓为通过圆曲线拟合而成的曲线，整体与椭圆相似。内轮廓由椭圆与直线构成，椭圆长半轴34 m，短半轴15.75 m。单肢塔柱，横断面外轮廓为椭圆截面与矩形截面相结合组成，椭圆长半轴5 m，短半轴2.5 m，横向全宽5 m。
2 支架方案
拱形主塔钢外壳共分为17个节段。主塔施工每个节段时，首先吊装钢外壳，并精确定位钢外壳的位置。在钢外壳焊接时，以其为模板，进行塔柱普通钢筋的绑扎。待焊接完成，并且普通钢筋绑扎完成后，进行塔柱混凝土的浇筑工作。混凝土强度到达设计要求后，进行下一节段的施工。
对于内倾的主塔，比如A型塔，Y型塔及拱形塔等，若不加横撑，随着塔柱的升高，倾斜的主塔在自身重力的作用下，必将会使塔柱根部背面产生巨大的拉力，不仅塔端顶部产生很大的位移，而且塔柱根部极可能出现裂缝，影响施工质量甚至产生安全隐患。常用的横撑支撑方式分为主动撑和被动撑两种。被动撑即在某一高度直接施工横撑，两侧主塔的侧向力通过横撑互相平衡。该法适用于内倾角度不大，并且变形相对较小的塔柱。主动撑即在施工横撑的同时，对横撑施加顶推力以平衡主塔的侧向力，通过调整顶推力的大小达到控制主塔线形和保证结构安全的目的，该法通常适用于内倾角度较大，变形相对较大的情况，对施工经验及水平有一定要求。
施工方初定的主塔支架方案由四道横撑和支撑主塔横梁的桁架组成，具体是否添加顶推力未知，针对这一问题展开计算，以保证主塔的线形和受力安全。
3 有限元计算分析
主塔分节段施工，因此必须按照实际施工步骤建立施工段，准确模拟每个阶段结构的内力和变形，最终达到设计要求的线形和内力要求。由于该桥每个主塔截面既有钢结构，又有混凝土结构，在有限元分析软件Midas Civil中，采用建立重复单元共用节点的办法来模拟，具体到每一节段如下：
1）吊装钢结构。程序中激活钢结构单元。由于钢外壳本身除了外包钢板和加劲肋外，还设有角钢拉杆，圆柱头焊钉等。所以应将每一节段钢外壳的实际重量统计出来，用改变钢结构容重的办法来准确模拟每一节段钢外壳的重量。
2）浇筑混凝土。程序中建立虚拟梁单元，该单元截面特性与混凝土截面相同，但将其抗弯惯性矩设置为很小的数值，用以模拟此节段混凝土仅为重量，不给结构添加刚度。
3）混凝土到达强度。程序中钝化虚拟梁单元，激活混凝土单元。
3.1 不考虑横撑计算
由于未知所加横撑位置是否合理，横撑是否需要施加顶推力，在不考虑支撑体系的情况下，先对结构进行一下试算，用以发觉结构受力最不利的节段和变形情况，便于后续有的放矢进行支撑体系的计算。在未合龙前，9#节段混凝土浇筑后主塔外侧才产生0.2Mpa的拉应力，13#节段时塔底拉应力最大为3.7Mpa，因此可以初判该主塔可以考虑不施加顶推力。同时根据位移结果，6#节段后结构产生可观测的位移，9#节段后主塔的位移明显增加，因此6#节段以上必须有支撑体系才能保证主塔结构的变形要求。支架方案第一道横撑位于6#节段位置，与该计算结果吻合，因此可以在该方案的基础上进行下一步的计算。
3.2 考虑支撑计算
有了第一步的计算结果，按照支架方案建立横撑、竖杆和斜杆，按照主塔施工顺序进行计算，最终计算结果如表1所示。
由表中数据可知，主塔施工过程中所受到的最大拉应力为0.3MPa，最大压应力为3.3MPa，结构受力安全。 同时根据位移结果，最大位移为2 mm，未合拢前最大位移为1.64 mm。该位移值主要是由于横撑的受力变形导致，可通过调整钢外壳焊口尺寸进行调整，保证主塔外形达到设计的要求。
4 结束语
1）拱形主塔相比较于其他内倾型的桥塔，变形和受力情况都较好，采用被动支撑体系，可以满足变形和内力的要求。被动支撑体系无需顶推，操作简单。但若采用主动支撑体系，所需横撑数量可以减少，两者各有利弊，可以进行研究计算。
2）对于拱形主塔计算支架方案时，可以先进行无支撑体系的计算，然后根据计算结果修改支架方案，方便得出最佳的支撑体系，可为后续该类桥梁施工时作相应参考。