超重拱形钢塔竖转方案设计

摘要：传统钢塔施工采用桥位搭设钢塔拼装支架法架设，支架拼装高度高，用量多，高空作业时间长，安全隐患多，不便于机械化作业，施工质量也不易保证。本文以金婺大桥钢塔竖转为例，介绍超重拱形钢塔施工工艺，并对竖转体系进行计算分析。

关键词：钢塔竖转；施工工艺；同步性控制；竖转计算； 1 工程概况

金婺大桥主桥为独塔斜拉桥，其钢塔塔柱桥面以上82.405m采用抛物线，桥塔顶部拱形横梁采用椭圆形线。桥塔为异形箱型断面，外面为椭圆曲线，顺桥向及内侧为直线，上塔柱为钢结构，桥塔内壁尺寸为5m×5m，下塔柱为钢筋混凝土结构。桥面以上3m为钢混结合段。钢塔分为T0～T11共12个节段，其中T6～T9节段为斜拉索锚固区段，T11节段为塔顶横梁，T0节段为钢混结合段。整个钢塔柱重量为2148.5t，划分为23个塔柱节段和2个横梁节段。

图1 钢塔分段图

综合考虑施工安全、线性可控和施工方便等因素，选择“卧式拼装，竖向转体”的施工工艺，其中钢塔竖转采用三角起扳方案，利用8台350t连续千斤顶，以钢塔转角为中心点竖转钢塔，竖转角度90度。考虑场地条件，选择边跨混凝土梁桥面作为钢塔竖转的拼装平台。转体部位为T0钢混结合节段以上，算上辅助设施总转体重量为2520t，竖转体系见下图。

图2 钢塔竖转45°工位图

2 钢塔竖转施工工艺

施工时在拼装平台上安装好胎架，采用吊车先拼装好整个钢塔，钢塔在胎架上拼焊完成后，安装竖转架及牵引系统，最后通过计算机同步控制液压系统控制牵引索完成钢塔竖向转体。竖转施工主要工艺流程为:钢塔拼装、竖转系统安装、钢塔试竖转、正式竖转。

1.

钢塔拼装 钢塔节段厂内制作（组焊、拼装、涂装）完成并经多方检验合格后，通过公路运输到金婺大桥施工现场进行整塔拼装焊接（卧拼）。根据本桥施工特点分析，本桥钢塔现场拼装总体方案思路为：在砼桥面上设置拼装胎架，利用60t龙门吊进行现场分块吊装拼装。

图3 钢塔拼装胎架

1.

竖转系统安装 首先胎架上安装钢塔转体压杆及钢绞线（压杆轴线与水平线交角13°），其次安装压杆、柔性拉杆、拉索锚点、背索锚点，然后钢绞线牵引索和背索穿好钢绞线，钢绞线牵引索和钢绞线拉杆同步预紧，钢绞线拉杆每根钢绞线预紧约1t，且每根钢绞线长度相等（如差距过大可单根调整）。

2.

钢塔试竖转 首先试竖转前的准备与检查，对提升设备、提升结构和各种应急措施等进行检查。其次试竖转加载，在解除主体结构与支架等结构之间的连接

后，按比例进行20%、40%、60%、70%、80%、90%、95%、100%分级加载直至结构全部离地；每次加载，须作好检查及记录；然后计算机进入“自动”操作程序，进行钢结构竖转，需对各点的位置与负载等参数进行监控，观察系统的同步控制状况，并根据同步情况，对控制参数进行必要的修改与调整；最后进行试竖转总结并确定正式竖转日期。

3.

正式竖转 根据天气情况，做好竖转前的准备工作，选择无风（或风速小于四级）的天气进行竖转。首先预拉锚索，使拉压杆张紧形成稳定的三角结构,拆除压杆拼装支架；其次利用连续千斤顶逐级加载，保持同步，各台千斤顶之间预拉力差值不能超过10t，逐步张拉锚索，每根锚索预拉280t，八根锚索合计预拉2240t；然后钢塔起步时，现场可根据实际情况使用吊机或千斤顶在拉杆锚点附近隔板处辅助起吊或顶起。然后利用拉压杆结构竖转钢塔，使钢塔前端脱离拼装胎架约200mm，静止观察约24小时左右，待一切完全满足设计要求后，开始竖转；然后背索一端锚固于钢塔上，另一端摊铺于主梁相关结构上，随钢塔一同竖转；然后利用连续千斤顶逐步张拉锚索使钢塔进行竖转，在竖转的同时，做好各个结构的监测、监控；

图4 钢塔开始转体

利用连续千斤顶逐步张拉锚索使钢塔进行竖转至15°，转体过程中密切监测牵引索张拉力，若单个钢绞线索力小于4t，应及时停止转体作业，上报指挥人员。

图5 钢塔竖转15°工况图

转体至30°后，暂停竖转油缸，预紧背索，并依次加载到指定荷载的20%、 40%、60%、80%直至加载到100%指定荷载。继续张拉连续千斤顶，待转体至60°

后内、外牵引索退出工作。待转体到位后焊接钢塔对接口，拆除所有设备和临时设施。

图8 钢塔转体到位

3 钢塔竖转关键技术

钢塔竖转对拉油缸的同步性控制是钢塔竖转顺利实施的关键，同步性控制主要通过计算机控制液压同步提升技术得以实现，采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升新原理，结合现代化施工工艺，将成千上万吨的构件在地面拼装后，整体提升到预定位置安装就位，实现大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升。同步提升系统由钢绞线及提升油缸集群（承重部件）、液压泵站（驱动部件）、传感检测及计算机控制（控制部件）和远程监视系统等几个部分组成。本工程单侧主塔竖转牵引钢绞线提升系统采用4台560吨油缸。钢绞线采用高强度低松弛预应力钢绞线，公称直径为17.8mm，抗拉强度为1860N/mm2，破断拉力为355.2kN，每米重量为1.5kg。钢绞线符合国家标准GB∕T 5224-2014。

4钢塔竖转计算

通过有限元分析建模计算，按设计风速15m/s计算考虑，钢塔、压杆采用梁单元模拟。

图9 钢塔转体过程有限元模型图及转体过程中钢塔应力值

从以上分析可以看出，基本组合下，钢塔最大应力为85.7MPa，发生在75度工况；最大剪应力为49MPa，发生在0度工况；均小于规范设计值，满足规范要求。

图10 上图压杆一阶整体屈曲模态图（屈曲稳定系数Kmin为6.02） 下左图主压杆强度验算表 下右图压杆稳定性验算表

从以上分析可以看出，基本组合下，压杆最大应力为203.2MPa，发生在0度工况；最大剪应力为8.4MPa，发生在30度工况；均小于规范设计值，满足规范要求。从弹性屈曲分析结果看，最小的稳定屈曲系数为6.02，大于4.0；满足要求。

5结束语

金婺大桥钢塔竖转法施工塔柱焊接在胎架上进行，能够保证焊缝焊接质量，不需要大量的塔柱支架，节省了材料，降低了施工成本，避免了高空施工，提高了施工作业的安全性，这样钢塔安装时间短，效率高，能缩短施工工期。施工时，压杆桁架与钢塔组成稳定的受力体系，并经过所力分析计算，整个过程安全可靠。该方案的实施为钢塔竖转法的施工提供了借鉴，具有较高的推广价值。

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