1) 水东湾大桥为双塔双索面混凝土主梁斜拉桥，总长628m，跨径组合为150m+328m+150m;门形主塔采用海湾之贝空间曲线异形结构，塔高125m，塔肢水平截面采用外侧带圆弧倒角的空心箱形截面。以塔柱下横梁顶面为界分下塔柱和上塔柱，下塔柱高26.933m，上塔柱高96.067m。

2) 塔柱正立面外轮廓为R=333.538m的圆曲线，内轮廓从下至上由R=53.554m的圆曲线突变为R=269.021m的圆曲线 (曲率突变点标高22.143m) ，因塔柱内外轮廓曲线产生从下至上塔肢横桥向宽度的渐变 (8.0m→5.637m→7.679m) 。

3) 侧立面的塔柱外轮廓由斜率为1/107.732的斜直线突变为垂直线 (斜率突变点标高33.933m) ，下塔柱因斜率产生从下至上塔肢顺桥向宽度的渐变 (7.5m→7.0m) ，上塔柱等宽7.0m。

4) 塔肢水平剖面为空心箱形截面，外轮廓总体呈D形 (外侧带圆弧倒角R=5.2m、内侧带钝角直线倒角) ，内轮廓为多边形，内外轮廓组合成塔肢截面，上下塔柱截面壁厚不等，通过上述曲线及直线变化，构成立体空间曲线异形塔柱 (见图1) 。

塔柱外模采用液压爬模施工，爬架系统需具备适应塔柱空间曲线变化的能力;根据塔肢水平截面外轮廓特性及空间变化规律，分区布置爬架及设置爬架轨迹线，迫使爬架按照预定轨道到达预定位置;各区爬架系统须具备姿态的调整能力，即爬架承重平台、上爬架、下吊架需具备角度可调整能力，以保持施工作业层始终处于水平安全空间状态。

需合理划分施工节段，科学合理地选择模板种类，进行模板体系的优化配置，保证塔柱线形及外观，使模板循环周转使用率最大化，优化控制测量手段、简化校模计算、提高作业效率。

根据空间曲线异形塔柱的截面特征及外轮廓各立面由下往上的非线性变化规律，进行爬架的分区布置，同时以直代曲设计爬架爬升轨迹线，轨道倾角变化控制在爬架允许范围 (±17.5°) 内。

爬模承重架与上部的承重平台采用铰接，以适应承重平台与承重架间的夹角变化;在不规则承重平台上平行布置上爬架、下吊架主梁，通过每层架体设置的可调螺旋斜撑杆实现架体的转动，保持作业平台的水平状态，适应空间曲线变化。

爬架系统如图2所示;上爬架及下吊架平行主梁布置如图3所示;爬模轨迹线布置及锚锥预埋如图4所示;爬架姿态动态调整如图5所示。

本系统由大面积模板体系、爬升主体及钢结构工作平台构成。大面积模板体系通过钢梁结构与爬升主体相连，液压自动爬架设5个工作平台。平台间采用固定扶梯相连，同一平面上平台间连成1条贯穿的通道，为防止火灾发生，在平台面上设置防火板或钢格栅。单个爬升装置的承载力为130kN。

爬升装置由油缸进行驱动，操作方便快捷，液压顶升系统依靠多台液压油缸、相关控制部件组成，方便完成提升作业。

塔柱施工过程中，设置在一周的爬升装置均同步爬升，带动大面板模板共同均匀上升。单个油缸通过控制调节器相互协调同步工作。爬架系统的主要技术参数如表1所示。

整个系统由模板和爬架系统组成，考虑工程实际需要，本次计算内容包括恒荷载、施工荷载、风荷载及环境温度变化时主要构件的受力及变形计算。本计算主要采用有限元分析软件ANSYS进行。

1) 工况1 (钢筋绑扎) 包括系统自重荷载;移动模板支架承担模板自身荷载;施工荷载即3kN/m² (3层平台) 、其他层平台自重荷载、风荷载v=25m/s，风向垂直向下;风荷载标准值如下:

式中:β_z为z高度处的风振系数，取1.55;μ_s为风荷载体型系数，取1.3;μ_z为风压高度变化系数，取1.23;ω₀为基本风压，0.39kPa，ω₀=ν₀²/1 600，但≥0.3kPa，取0.97kPa。

2) 工况2 (混凝土浇筑状态) 混凝土荷载为浇筑混凝土时，侧压力由对拉杆承担，但模板变形传递到爬架承担;系统自重荷载;移动模板支架承担模板自身荷载及混凝土侧压力;施工荷载即1.5kN/m² (1, 4层平台) ;其他层平台自重;风荷载v=13.6m/s，风向垂直向下;工况2风荷载标准值计算参数β_z取1.54，μ_s取1.3，μ_z取1.23，ω₀取0.3kPa，ω_k取0.74kPa。

3) 工况3 (爬模系统爬升状态) 系统自重荷载;移动模板支架承担模板自身荷载;施工荷载即顶层1.5kN/m²，其他层为0;风荷载v=13.6m/s，风向垂直向下;工况3风荷载标准值计算参数β_z取1.54，μ_s取1.3，μ_z取1.23，ω₀取0.3kPa，ω_k取0.78kPa。

1) 材料特性钢的材料特性为弹性模量E=2.1×10⁵MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7 850kg/m³;混凝土 (C50) 的材料特性为弹性模量E=3.45×10⁴MPa，泊松比μ=0.166 7，密度ρ=2 540kg/m³。

2) 容许应力Q235-A的[σ]=170MPa，[τ]=100MPa;Q345-A的[σ]=245MPa。

分析以上工况可知，工况1为计算控制工况，计算结果为模型整体计算综合应力103MPa，承重架应力99MPa，上爬架应力133MPa，上爬架上横梁2应力133MPa，移动模板支架应力95MPa，锚靴综合最大应力208MPa，轨道综合最大应力208MPa。

塔柱截面外轮廓如图6a, 6b所示，特征点控制测量如图6c所示。塔柱截面外轮廓线变化规律统计如表2所示。

塔肢截面外轮廓是圆曲线、直线、折线的组合，外模采用定型钢模板，相比Visa木模，定型钢模板加工精度高、刚度大，模板循环周转使用次数多且残值较高。

定型钢模板总体以直代曲，为控制以直代曲的误差在设计及规范允许范围内，塔柱标准节段按4.5m划分，误差超过允许范围的设计成弧面;塔柱截面收分通过局部模板替换完成，钢模板采用螺栓与压边相结合的方式连接，可消除转动及收分误差、拼缝严密、外观质量好、线形流畅、模板周转率高;模板组成为腰梁 (2I12) +背楞 ([8) +面板 (6mm厚钢板) 。

根据塔肢截面轮廓线，单个塔柱模板由5组模板组成;模板1组为塔肢横桥向外侧面，圆弧半径520cm，圆弧长度为L₁;模板2组为塔肢横桥向外侧面与顺桥向直面的圆弧倒角，圆弧半径150cm，圆弧长度为L₂;模板3组为塔肢顺桥向侧面直线段，直线段长度为L₃;模板4组为塔肢顺桥向侧面直倒角区，倒角区总长度为L₄+L'₄;模板5组为塔肢横桥向内侧面，模板长度为L₅。塔柱外模总体分区如图7所示。

模板1, 2组组合的总弧长仅在下塔柱收缩且变化量小，上塔柱保持不变，故通过在外侧圆弧间的交点位置设置调节块完成收缩，除单独配置调节块外，单个塔肢模板1, 2组仅配置1套，从塔柱首节段开始循环周转使用直至塔顶。

模板3组必须从塔底到塔顶通长配置，以解决顺桥向直面的收分，全桥只需配置1套，在4个塔肢间周转使用。

模板4, 5组在塔柱1～4号节段上配置1套 (全桥配置4套) ，以解决竖向以直代曲误差超过规范允许要求的问题，自塔柱5号节段开始，模板4, 5组竖向以直代曲重新配置1套 (全桥配置4套) ，循环周转使用直至塔顶，模板4组在折角部位断开背肋，形成只有面板连接的柔性结构，在断开的背肋间设置可调螺旋撑杆，增强模板刚度的同时，又可调整模板2个折面间的夹角，以适应随塔柱施工旋转而产生的夹角变化。

模板随塔柱施工发生转动，模板组与组间采用螺栓连接或压边式搭接2种方式，其中模板4, 5组、3组间采用压边式搭接，其余模板均采用螺栓连接;螺栓连接部位设置条形孔，压边搭接部位设置专用卡扣和转角拉杆，从而消除转动带来的偏差，确保各组模板结合严密。塔柱模板分块组合连接如图8所示;特殊连接如图9所示。

定型钢模板在周转使用过程中发生转动，每块模板顶部标高及平面位置频繁变化，通过寻找外轮廓的变化规律进行测量编程设计，可实现随机高程点对应平面位置复核的快速计算，大大减少测量工作量和时间。模板组合特征点控制测量如图6c所示。

采用以直代曲设计爬架轨迹，爬架分区布置，集中控制同步爬升，姿态可调的爬架系统适用于空间曲线异形结构塔柱施工，爬架爬升可在1h内完成。

塔柱外模采用定型钢模板，通过合理分块和特殊连接，既要保证模板的强度和刚度，又要实现塔柱整体线形及外观，钢模板大部分循环周转使用，并通过寻找空间曲线塔柱轮廓的变化规律进行测量编程设计，可校核随机高程对应塔柱轮廓的平面位置。

通过对爬架和模板系统的设计研究，有效解决了空间曲线异形塔柱爬模系统的适应性，塔柱标准节段施工循环周期为7d，工效较高。