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1、兰新铁路第二复线（新疆段）墩模施工抗风稳定性的验算及抗风安全措施（草案）兰新铁路第二复线 （新疆段）属中温带干旱大陆性气候， 气候干燥，旱季长、 雨季短，降雨量较少且集中，昼夜温差变化较大，春、秋季多风，夏季短促，冬 季寒冷，风区长度占比超过地半， 故大风是本线值得特别注意的一个特殊气象问 题。全线含有大量实心墩、 空心墩及双柱墩形式的桥墩工程， 其间墩模独立状态 属抗风最不利状态之一。 为确保工程质量与施工安全， 特就本线墩模施工阶段的 抗风安全措施及抗风稳定性检验方法，提出此草案，供各施工单位借鉴、参考， 并在试用中逐渐提高、 完善，以便在深入总结施工现场抗风安全经验之后， 能为 此后风区
2、墩模的安全施工提供的较为系统的指南。一、本线墩模的主要形式设计资料表明，本线钢结构、无拉筋墩模主要采用了以下三种形式：双线圆端型薄壁空心墩：墩高约 15m30,横桥向长轴长度7.8m9.0m, 顺桥向短轴长度3.44.0m。由于空心墩的承受的浇注混凝土压力较小，故双线 圆端型空心墩一般不采用满桁架式构造。圆端型实体墩： 一般由一个直体墩身与其上的双曲线型墩帽组成。 采用满桁 架式结构,桁架之间由拉杆固定。双柱式实体墩： 一般由两个直体墩身与其上的双曲线型墩帽组成, 也采用满 桁架式结构。二、墩模抗风稳定性验算对于整体式墩模, 当其全部拼装到位而混凝土尚未浇注时, 是典型的抗风最 不利状态之一。
3、采用翻模施工的高墩,也同样存在这一最不利状态。因此,为确 保风区此类墩模的施工安全,需根据有关部门提供的施工场址的施工检验风速, 对墩模在最不利状态下的抗风稳定性进行验算，以确定是否需要采取临时抗风设 施。根据结构风压计算原理，作用于建筑物表面任一高度z处的风荷载标准值Wk 可由下式计算：Wk="szWo（ 1）其中'-z为高度Z处的风振系数，为风载体型系数，为风压高度变化系数，T为 空气密度，Wo为施工场址的基本风压，故Wk为考虑了结构顺风向振动效应后的 风荷载 标准值。基本风压Wo可由施工场址的基本风速V10计算得出，即：12Wo = :Vio（ 2）2基本风速V10为开
4、阔平坦地面10m高度处的10分钟年最大平均风速。重现期分别为 10年、50年及100年的全国基本风速值可由文献 6的附表A查得。常见建筑物的风载体型系数Js可由文献1的表7.3.1查得，对于该表所列类型之外结 构物，其风载体型系数只能由风洞试验、数值风洞或现场测压得出。对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别、 按文献1的风 压高度变化系数 巴表确定（见表1 ）。根据地面粗糙度的不同，将地貌分为 A、B、C、D 四类，分别为：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集
5、建筑群且房屋较高的城市市区。表1、风压高度变化系数 Jz离地面或海平面高度地面粗糙度类别（m）ABCD51.171.860.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93702.201.861.451.02802.271.951.541.11902.342.021.621.191002.402.091.701.271502.642.382.031.612002.832.612.3
6、01.922502.992.802.542.193003.122.972.752.453503.123.122.942.684003.123.123.122.91>4503.123.123.123.12对于山区的建筑物，或远海海面和海岛的建筑物及构筑物，风压高度变化系 数按平坦地面的粗糙度类别，由表1确定后，尚应考虑地形条件的修正，具体的 修正系数按文献1给出的相关表格或计算公式取值。若采用基于现场附近的风环境观测资料、经由概率推算而得的施工检验风速Vsd,i0进行墩模的静风稳定性验算时，基本风压W0可由Wsd,0代替：1wsd,o=- :?vsd,io（ 3）若缺乏现场附近的风环境观测
7、资料，Vsd,10无法由概率推算而得，此时也可由文献6给出的风速重现期系数 进行估算:不同重现期的风速重现期系数见表2表2、风速重现期系数重现期（年）510203050100n0.780.840.880.920.951.00对于高度大于30m、且高宽比大于1.5或基本自振周期T,大于0.25s墩模,应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。高度Z处的风振系数一：z可按式5计:Z =1 +算:（5）其中：是脉动增大系数，脉动影响系数，Z为振型系数，脉动增大系数与脉动影响系数分别列于表3与表4。注意：计算w0Tj时，对地面粗糙度 B类地区可直接代入基本风压，而对A类、C类和D类地区，应按当地的基本
8、风压分别乘以 1.38、0.62和0.32后代入。表3、脉动增大系数W0T122 2 （kNS /m）0.010.020.040.060.080.100.200.400.601.111.141.171.191.211.231.281.341.38（kNS2/m2）0.801.002.004.006.008.0010.0020.0030.001.421.441.541.651.721.701.821.962.06表4、脉动影响系数总高度（m）102030405060708090粗糙A0.780.830.860.870.880.890.890.890.89度类B0.720.900.830.850.
9、870.880.890.890.90别C0.640.730.780.820.850.870.880.90.91D0.530.650.720.770.810.840.870.890.91总高度（m）100150200250300350400450粗糙A0.890.870.840.820.790.790.790.79度类B0.900.890.880.860.840.830.830.83别C0.910.930.930.920.910.900.890.91D0.920.971.001.011.011.011.001.00当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化，而质量沿高度按连续规律变化时
10、，表4给出的脉动影响系数 ' 应再乘以修正系数 出和匕。其中二B为墩模迎风面在 Z高度处的宽度Bz与底部宽度Bo的比值，入则根据5确定。表5、修正系数BH / B01.00.90.80.70.60.50.40.30.2<0.1%1.001.101.201.321.501.502.082.533.305.60因此，当墩模各表面风载体型系数已知时，很容易根据式（1）求出每块墩模 在顺风向所承受的风压值，乘以每块墩模的面积，便得出各自所承受的、顺风向 风荷载。由此便可方便且较为准确地计算出顺风向静风荷载的倾覆力矩；当墩模各表面风载体型系数未知时，可根据经验，参照文献1相似结构的风载体型
11、系数 的取值，将顺风向、前后两个表面的风载体型系数简单地合成为一个经验值以进 行简化的静风稳定性验算。以图1所示的独柱墩整体为例（此处将墩模迎风面简化为一个承载面，实际 验算时，可根据不同高度，划分为若干承载面），验算顺短轴方向的抗风稳定性 时，AB为其转动轴，风荷载Fwi可近似作用于-H处（H为墩高），其大小为：4Fwi = Z "s "zWo A其中A为迎风面积，相应由风荷载产生的倾覆力矩为：3M w = Fwi H4而由墩模自重产生的稳定力矩为：Mg=G 1D2墩模的倾覆系数定义如下:ks =当ks -1.5时，必须沿顺风向、在墩模上下游两个表面、对称增设缆风绳。3缆
12、风绳与地面的夹角不大于45，其与墩模的连接点，离地高度约为 -H。4同理，当施工场址处主导风向与长轴平行时，可用同样的方法计算墩模绕 AC转轴的倾覆系数，以检验墩模在该方向的抗风稳定性。图2、独柱墩整体模板示意图对于图2所示的双柱墩整体墩模，在验算沿短轴方向的稳定性时，可将倾覆 力矩分为由两个墩身及一个墩帽的风荷载的合成。 对于双柱墩，一般无需验算沿 长轴向德抗风稳定性。但根据具体施工流程，有可能需验算单柱直体墩身在最不 利抗风安全状态下的稳定性。图2、双柱墩整体模板示意图鉴于目前国内外建筑规范尚无圆端型墩柱的具体风载体型系数，对于本线位于风区、典型的高墩，似有通过风洞试验或数值风洞获得真实的
13、风载体型系数的 必要。独柱墩与双柱墩的抗风缆索，可参照图 3图5的示意简图增设。当独柱墩 迎风面较宽时，也可采用与图3类似的两对平行抗风缆索方案。图4方案适用于 高度较低的双柱墩，但对高墩而言，图 5的抗风缆索增设方案更加安全、可靠。缆风绳缆风绳墩模风缆风绳图3、独柱墩的一对抗风缆方案缆风绳墩模缆风绳图4、双柱墩的两对抗风缆方案三、墩模施工阶段的抗风安全措施密切监视施工场址附近地区的天气预报， 严格遵守兰新铁路新疆有限公司关 于一般安全作业、不安全作业及严禁作业的相关规定，防患于未然。对超过 10m 的高墩，必须做好抗风稳定性的验算。 对需要增设抗风缆绳的工 况，提前落实抗风缆绳的墩身及地锚固
14、结点。抗风缆绳一旦安装，一定张拉 到位，不允许松弛抗风缆绳出现。位于风速大于35m/s的强风区、高度大于30m的高桥墩，其墩模施工是防风 重点。为确保混凝土浇注的连贯性，对于整体式墩模，其顶部模板段可设计 成高出墩顶平面11.5m,在此段增设适当的“井”型或“田”型平联，即 可增加墩模刚度，又可对混凝土的养护起到一定的保护作用。对于个别采用爬模工艺施工的高墩模板，建议在顶部工作平台位置，设置抗 风架。该抗风架的主体为四根方形立柱 , 上端由横、纵联系梁连成一体 , 下 端通过对拉杆固定在已经完成的墩身上。 固定好的抗风架对新立的模板夹紧 并定位 , 同时两组抗风架八根立柱也给平台限位 , 这样
15、模板及平台不会因 风力而晃动 , 保证了施工质量及施工人员高空作业安全。 当最上层模板完成 混凝土灌注后 , 先要松开抗风架与模板的连接并提升抗风架 1. 5m, 才能拆 除最下层模板。抗风架与模板以相同的方式循环翻身 , 直至墩顶。参考文献1. 建筑结构荷载规范，中华人民共和国建设部，人民交通出版社， 20062. 结构风压与风振计算，张相庭，同济大学出版社，19853. 工程抗风设计计算手册，张相庭，中国建筑工业出版社， 19984. 风荷载计算，陈英俊，于希哲，中国铁道出版社，19985. 结构抗风分析原理及应用，黄本才，同济大学出版社， 20016. 公路桥梁抗风设计规范(JTGT D60-01-2004),中交公路规划设计院， 人民交通出版社， 2004