1工程概况桑园子黄河大桥，位于兰州市榆中县来紫堡乡桑园子峡谷，大桥跨越黄河、陇海铁路、省道公路和桑园子山险，是G312线清水驿至傅家窑公路工程的控制性工程，也是国内8度以上地震区最大跨度分幅联塔斜拉桥。主桥为三跨半漂浮体系结合梁斜拉桥，桥塔为菱形双子塔，南塔塔高152.00 m，北塔塔高133.00 m。塔柱由上塔柱、横梁和下塔柱构成，下塔柱柱间设置1对长24.80 m，管径2.00 m，壁厚40.00 mm的钢管斜撑。主塔横梁由高6.00 m，宽6.00 m的单箱单室截面和横梁下方圆弧隔板组成。大桥按八车道设计，左右分幅布置，主桥边跨151.00 m，中跨328.00 m，桥梁全长949.00 m。桑园子黄河大桥照片如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.F001图1桑园子黄河大桥照片2支架系统的设计桑园子黄河大桥主塔横梁高58.00 m，结构形式复杂，弧形隔板的设计增加了施工难度。在施工方案制定中，为了保证施工进度和控制弧形隔板的线型，项目选取落地管桩支架和多节点排架作为横梁浇筑的支架系统。文章以桑园子黄河大桥主塔作为研究对象，对弧形隔板横梁支架的设计与施工进行详细研究。南塔弧形隔板横梁支架的设计应同时考虑下塔柱钢管斜撑、弧形隔板横梁的施工，为节省材料和工期，钢管斜撑、弧形隔板横梁采用同一支架系统。下横梁现浇支架布置如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.F002图2下横梁现浇支架布置支架系统采用扇形落地式管桩支架结合多节点排架形式，由钢管立柱、主分配梁、排架系统、预埋件、连接系、扶墙以及模板系统构成。钢管立柱采用Φ820 mm×10 mm钢管，共设置2排，每排3根，支撑于承台系梁上，沿桥纵向排列间距为5.50 m。主分配梁采用2HM488 mm×300 mm×9 000 mm的型钢，支撑于立柱柱头处，沿桥横向共布置3行。排架系统由排架A、B、C构成。排架A为梁式桁架用于支撑横梁底部施工；排架B和排架C为拱形桁架用于支撑弧形隔板底部施工。排架A与排架C中间落在主分配梁上，排架A两端依靠塔柱的预埋牛腿支撑，排架C两端通过销轴与排架B铰接，排架B脚部支撑于塔柱的预埋牛腿。排架顶部与底部通过连接系横向连接，排架顶部为弧形隔板横梁底模。排架上下弦杆采用工25b型钢，竖杆和斜杆采用工20a型钢，预埋件包括预埋钢板与预埋牛腿。钢管立柱通过连接系以及扶墙进行固定，连接系和扶墙均为Φ426.00 mm×8.00 mm钢管。模板系统采用15.00 mm竹胶板和100 mm×100 mm方木及10号槽钢从上至下依次布置。3支架系统的计算3.1管桩支架的计算为验证支架系统的安全性与稳定性，采用有限元分析软件Midas/Civil建立支架系统模型。根据实际情况施加荷载模拟边界条件，对现浇工作状态和非工作状态下的支架进行受力分析和变形计算。工作状态允许风力为6级，非工作状态为10级。排架B支撑部分在混凝土浇筑后，主要承受整体坐标系下的水平荷载[1]。主要计算参数包括：混凝土为C50混凝土，容重γ=26.00 kN/m3；振捣混凝土荷载标准值，对水平面模板采用2.00 kN/m2，对垂直面模板采用4.00 kN/m3；施工设备以及施工人员荷载标准值为2.50 kN/m2；模板自重荷载1.50 kN/m2；对于风荷载（仅考虑纵桥向），模板为25.30 kN（6级）和36.50 kN（10级），管桩支架风荷载为0.16 kN/m（6级）和0.71 kN/m（10级）。支架系统结构模型如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.F003图3支架系统结构模型通过软件分析，支架系统结构受力满足规范要求，在6级风工作状态下的结构应力、位移如表1所示。在10级风非工作状态下的结构应力、位移如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.T001表1工作状态结构分析结构最大组合应力/MPa允许组合应力/MPa最大剪应力/MPa允许剪应力/MPa最大变形/mm允许变形/mm排架A196.40215.0035.80125.00-2.3027.00排架B157.70215.0046.10125.00-4.5021.00排架C164.10215.0052.10125.00-6.6036.00主分配梁83.30215.0070.80125.00-4.5013.80钢管立柱122.30215.0016.50125.00-2.1020.0010.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.T002表2非工作状态结构分析结构最大组合应力/MPa允许组合应力/MPa最大剪应力/MPa允许剪应力/MPa最大变形/mm允许变形/mm排架A145.50215.002.50125.008.6027.00排架B145.70215.0034.00125.007.4021.00排架C145.80215.0020.20125.007.4036.00主分配梁43.20215.0032.50125.009.4013.80钢管立柱46.80215.0014.50125.007.8020.00由表1、表2可知，在工作状态下弧形隔板横梁支架系统中排架A的应力最大，且σmax=196.40 MPafd=215.00 MPa。最大变形出现在排架C处，最大变形量为6.60 mm，变形较小。在非工作状态下弧形隔板横梁支架系统中排架A、B、C最大应力基本一致，最大变形量相差较小，刚度趋于一致。主分配梁在非工作状态下向上挠曲，最大挠度为9.40 mm（L/400）=15.00 mm（L=6 000.00 mm）。钢管立柱在非工作状态和工作状态下的变形量累计为15.00 mm（L1/400）=60.00 mm（L1=24 000.00 mm），且立柱根部固定于斜拉桥承台上，观测沉降量为零，施工时架体可不进行预压。分析计算结果，在工作状态和非工作状态下，钢管立柱、排架、分配梁均满足设计要求[2-3]。3.2扶墙件及预埋件计算扶墙连接支架采用Φ426 mm×8 mm钢管。扶墙组合应力包络图如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.F004图4扶墙组合应力包络图剪应力较小，可忽略不计，最大组合应力σ=102.10 MPaf=215.00 MPa，满足设计要求。提取扶墙轴力，得最大轴力F=13.70 kN。扶墙轴力如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.F005图5扶墙轴力扶墙焊缝采用8.00 mm周圈角焊缝，可得正应力：σ=NA （1）代入数值得，σ=1.80 MPa。剪应力：τ=1.5QA （2）代入数值得，τ=3.70 MPa。计算结果满足设计要求。预埋牛腿位于排架A、C两侧下部。为验算牛腿强度提取反力，牛腿反力图如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.F006图6牛腿反力图牛腿承受901.20 kN的竖向荷载，牛腿与预埋件钢板采用坡口焊连接。最大弯矩M=291.10 kN·m；最大剪力F=901.20 kN；正应力σ=215.00 MPa；剪应力τ=39.30 MPa＜fv=125.00 MPa；组合应力为80.10 MPa＜1.1σ=236.50 MPa。根据计算结果，整个支架系统满足设计要求。4支架系统的施工为提高支架安装效率，支架系统中构件，如钢管立柱、主分配梁、排架系统、预埋件、连接系、扶墙等经工厂预制后，运输至现场进行拼装。4.1预埋件安装主塔承台施工时，顶层钢筋绑扎完毕后，在承台内定位预埋120 cm×120 cm×2 cm矩形钢板。预埋钢板标高略低于承台顶面标高，预埋时在底部环向布置勾筋，在水平面布置钢筋网，保证预埋钢板的稳定性满足要求。钢管支架搭设及相关预埋件，埋设时应精确控制标高，使模板标高准确定位。4.2钢管立柱安装每根钢管立柱节段长12.00 m，安装时采用塔式起重机进行吊装，节段与节段间采用法兰盘螺栓连接。安装时通过测量放样确定第一节段钢管立柱的中线位置及倾斜角度，吊装第一节段立柱精确定位后，将承台预埋板与柱脚进行焊接固定。待所有立柱的第一节段定位安装完毕后，复测线型，并在主塔浇筑时及时在相应标高处埋入预埋件，在预埋件处安装扶墙和连接系，使管桩与主塔塔肢横向连接为整体，再进行下一节段安装。立柱安装至钢管斜撑相应标高时，桥纵向焊接次分配梁，以此支撑钢管斜撑安装，待钢管斜撑吊装完毕，继续进行上部钢管立柱的安装。钢管立柱搭设完毕后，在柱顶标高处搭设主分配梁。4.3排架安装排架B、C为工字钢组成的拱形桁架体系，排架B通过塔柱的预埋钢牛腿进行竖向支撑，排架C由管桩支架支撑，排架B、C由销轴铰接，排架顶部与底部通过排架连接系横向连接形成整体。在管桩支架设计标高处搭设分配主梁，采用塔式起重机安装排架C，安装定位后，通过排架连接系将排架C横向连接形成整体。在圆弧隔板对应的前一节塔柱施工时，在相应位置预埋好支撑排架B的钢牛腿以及提供水平拉力的Φ32 mm精轧螺纹钢拉杆。采用塔式起重机安装排架B，排架一端置于钢牛腿上，用精轧螺纹钢拉杆锁紧，另一端与排架C通过设置吊耳插入插销的方式进行连接固定。排架A为工字钢组成的梁式桁架体系，排架A中部落在与钢管支架连接的主分配梁上，两端与塔柱的预埋牛腿连接。当圆弧隔板施工完毕后，排架A两端对应位置塔柱已经预埋好钢牛腿，采用塔式起重机将排架A吊装在钢牛腿与分配梁上并焊接固定。安装横梁底模，绑扎钢筋，安装侧模，浇筑横梁混凝土。支架安装展示如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.05.018.F007图7支架安装展示4.4支架拆除支架系统拆除内容包括底模和架体。为保证混凝土横梁浇筑完成后模板便于拆卸，在排架C与牛腿连接处设置脱模垫块，主分配梁与管桩支架连接处设置沙筒。整体拆除顺序为搭建顺序的逆序，模板及其他临时构件拆除后，采用塔式起重机吊至空地。将排架横向连接系在架体上切割后，用倒链拉出横梁底部，再用塔式起重机拆至地面。管桩支架按照节段拆除，拆除时，直接由塔式起重机辅助拆卸，依次吊装运输车运回加工厂。5结语桑园子黄河大桥结构设计新颖，施工难度大，弧形隔板横梁的支架设计和施工，需要同时考虑便于下塔柱钢管斜撑的安装以及弧形隔板横梁施工，总体设计要求高。为有效提高支架利用率，根据实际情况，采用扇形管桩支架与多节点排架相结合的支架系统，并利用Midas/Civil分析软件对施工工况进行模拟，对结构进行分析计算。研究表明，该支架系统结构性能在满足设计施工要求的同时免去了支架预压等施工程序，提高了施工效率。经现场实际检验，支架系统刚度大，稳定性好，通过后期对横梁结构进行检测，未发现裂缝。