摘 要：本文依托舟岱跨海大桥DSSG01标的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，对异形索塔的临时横撑设计及计算进行了分析，该索塔为钻石型异形结构，桥址区位于浙江沿海海域，为保证在本区域最恶劣的气候条件下，索塔中塔柱和下塔柱施工过程不出混凝土局部应力超标，及产生超过设计要求的横向位移，在塔柱施工过程中增设主动式临时横撑。本文采用MidasCivil有限元软件对索塔施工的各工况进行分析，研究增加临时横撑后对索塔受力的影响情况。
关键词：斜拉桥;海域;临时横撑;应力;位移;
1 工程概况舟岱跨海大桥DSSG01标双塔双索面钢箱梁斜拉桥，桥跨布置为:(74 106 390 106 74)m，结构如图1所示。索塔采用钻石型塔身索塔采用钻石型塔身，由下塔柱、中塔柱、上塔柱和下横梁组成。索塔塔底高程为 8.000m，塔顶高程均为 160.000m，塔柱总高度均为152m(含塔冠);下横梁顶面标高: 49.5m。索塔采用C50混凝土。
图1 主桥桥型布置/cm 下载原图
索塔下塔柱(塔底至下横梁高度中心)高38.5m，中塔柱(下横梁高度中心至上塔柱合龙段下缘)高71.628m，上塔柱(两塔柱合龙段、含塔冠)41.872m，其中塔冠高3m。总体横桥向尺寸:塔顶处8m，下横梁中心处40.244m，塔底处22m。总体顺桥向尺寸:塔顶7m，塔底10m。
如图2所示。
桥址区位于浙江沿海海域，地势开阔，平均风速明显大于内陆其它地区，根据灰鳖山气象站实测资料分析，距海面10m高度处百年一遇基本风速为42.3m/s。台风是本工程区域内最主要的灾害性天气。结合水文气象等条件，并根据索塔塔肢特点针对性地设计了临时支撑结构，对该支撑结构的设计及计算进行了阐述。
2 临时横撑设计及说明2.1 临时横撑设计为平衡下塔柱及模梁混凝土自重产生的塔柱柱底附加弯矩，在两下塔柱间设置一道对拉拉杆，为2孔15-7Φ15.2钢绞线，设置在第7节 38.5m标高处。水平拉杆在下横梁预压前应张拉完成(下横梁与索塔同步施工)。
对拉拉杆及临时横撑设计的一个关键因素就是下塔柱混凝土截面局部应力不产生超标的拉应力。
索塔中塔柱施工到一定的高度后塔柱之间需设置临时横撑，塔柱下横梁以上每隔14～19m设置一道临时横撑，第一、二道临时横撑采用两根Φ1000×12mm钢管，第三、四道临时横撑采用两根Φ800×10mm钢管，平联均采用Φ325×6mm钢管，临时拉杆及横撑见图3所示。
图2 索塔断面图/cm 下载原图
临时拉杆总张拉力2500kN;临时横撑与索塔间施加水平力:第一层单根钢管预加力500k N，第二层单根钢管预加力650k N、第三、四层单根钢管预加力1000kN。
2.2 施工过程说明该斜拉桥索塔采用“塔柱与下横梁同步”的施工方法，其索塔主要施工步骤如下:
(1)栈桥及平台施工，主墩桩基、承台施工;
(2)安装塔吊;安装爬模浇筑下塔柱混凝土至第7节;安装并张拉临时拉杆;
(3)施工下横梁及对应的塔柱;
(4)提升模板逐段浇筑中塔柱混凝土，直至第一道临时横撑以上两节，然后安装第一道临时撑撑并施加水平力;
(5)提升模板逐段浇筑中塔柱混凝土，直至第二道临时横撑以上两节，然后安装第二道临时撑撑并施加水平力;
(6)提升模板逐段浇筑中塔柱混凝土，直至第三道临时横撑以上两节，然后安装第三道临时撑撑并施加水平力;
(7)提升模板逐段浇筑中塔柱混凝土，直至第四道临时横撑以上两节，然后安装第四道临时撑撑并施加水平力;
图3 临时横撑设计图/cm 下载原图
(8)索塔合龙段施工;
(9)根据施工条件可以依次拆除临时横撑。
3 施工状态索塔受力分析3.1 荷载计算(1)恒载(1)混凝土自重:26kN/m3。
(2)钢材自重:78.5kN/m3。
(3)横撑水平力:第一层单根钢管预加力500kN，第二层单根钢管预加力650kN、第三、四层单根钢管预加力1000kN。
(4)临时拉杆拉力:2500kN。
(2)活载项目所在地最大风速42.3m/s。
(3)工况分析及荷载组合根据荷载，具体划分以下几种计算工况:
工况一:索塔临时拉杆张拉前后。
工况二:索塔第一道横撑安装前后。
工况三:索塔第二道横撑安装前后。
工况四:索塔第三道横撑安装前后。
工况五:索塔第四道横撑安装前后。
荷载组合:
索塔应力验算:1.0×恒载 1.0×风荷载
横撑强度验算:1.2×恒载 1.4×风荷载
横撑稳定性验算:1.2×恒载 1.4×风荷载
刚度验算:1.0×恒载
3.2 结构设计计算利用Midas Civil软件计算，建立模型如下图4所示:
图4 模型示意图 下载原图
限于篇幅，本文仅列出各工况(见表1)的计算结果。
表1 索塔受力计算结果 下载原图
索塔应力(正拉负压):压应力允许0.5fck=16.2MPa，拉应力允许0.7ftk=1.855MPa。(抗拉标准值:ftk=2.65N/mm2，抗压标准值:fck=32.4N/mm2)
索塔成塔轴线偏离要求不大于30mm(索塔施工图规定轴线偏差要求)。
从计算结果可以看出，索塔混凝土应力及位移满足设计及规范要求。
4 临时横撑受力分析利用索塔受力计算模型，得出各道横撑受力如图5所示。
通过计算模型得出，索塔施工过程中，第一道临时横撑单根钢管最大轴力设计值1788.3kN，第二道临时横撑单根钢管最大轴力设计值1806.5kN，第三道临时横撑单根钢管最大轴力设计值1681.0kN，第四道临时横撑单根钢管最大轴力设计值1333.9kN。对临时横撑钢管杆件及整体稳定性进行计算，以第一道临横撑为例，考虑最不利的竖向风荷载作用。
(1)杆件稳定性计算杆件弯矩计算结果如图6所示:
在基本组合下，轴力最大值:N=1788.3kN;弯矩最大值:M=681.4kN·m(平面内)，M=64.3kN·m(平面外)
钢管立柱φ1000×12mm:A=37246mm2;Ix=4.55×109mm4;Wx=9.09×106mm3
临时横撑与索塔连接采用刚性连接(采用加劲板与索塔预留锚板焊接)，千斤顶顶推一侧临时横撑采用型钢限制其横向与竖向位移，所以
图5 临时横撑受力模型图 下载原图
图6 自重及风荷载作用下弯矩设计值(k N·m) 下载原图
计算长度为l0=25000×0.7=17500mm
属于b类截面，查表得φx=φy=0.852
双向压弯圆管的整体稳定性按下式计算:
满足规范要求。
(2)临时横撑整体稳定性计算临时横撑与索塔连接采用刚性连接(采用加劲板与索塔预留锚板焊接)，千斤顶顶推一侧临时横撑采用型钢限制其横向与竖向位移，单根钢管轴向设计值1788.3kN。计算模型如图7所示。
图7 整体稳定性计算模型 下载原图
临时横撑最不利模态表现出竖向失稳，荷载因子8.9>5.0，整体稳定性满足规范要求。
同理得出各临时横撑计算结果如表2所示:
表2 临时横撑稳定性计算结果汇总表 下载原图
第四道轴力及长度均小于第三道，不另外验算。杆件计算应力均小于215MPa，整体稳定性荷载因子均大于5。
从计算结果得出，各道临时横撑杆件稳定性和整体稳定性满足规范要求，设计是合理有效的。
5 结语(1)宁波舟山港主通道舟岱跨海大桥DSSG01标段南通航孔大跨度斜拉桥索塔施工中，设置临时拉杆及临时横撑对索塔的应力及线性控制起到显著的效果，塔柱变形在控制范围内，未产生裂缝，结构稳定、施工安全，达到预期目标;
(2)本文模拟计算结果与实际监测结果基本吻合，表明该计算分析方法实用、精确度较高。
综合表明，此索塔临时横撑的设计及计算方法均可为类似大型跨海大桥的索塔施工提供参考。
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