部分斜拉橋施工控制特點

孫測世，周水興，童建勝

(重慶交通大學土木建筑學院，重慶400074)

部分斜拉橋是近年來興起的一種橋型，自1994年日本建成首座部分斜拉橋以來，瑞士、菲律賓、老撾、韓國等國也相繼修建［1］，在我國也有較大的發展。目前，我國已建和在建的部分斜拉橋超過30座，且越來越受到橋梁工作者的重視。部分斜拉橋受力良好，在跨度介于梁式橋和普通斜拉橋之間的橋梁和對剛度要求較高的鐵路橋梁中有很強的競爭力;當修建斜拉橋塔高受到限制或多塔剛度較難滿足時，也是很好的選擇［1］;同時在一些對美觀要求較高的市政橋梁中也占有重要地位。目前，對部分斜拉橋施工控制的研究很多，孫建淵等［2］介紹了漳州戰備大橋的施工控制基本原理與方法，王軍璽［3］、張善等［4］都建立了以主梁線型控制為主，兼顧斜拉索索力和主梁應力的監控體系，劉漢順等［5］從應力、索力、位移的測試等方面介紹了蕪湖長江大橋的施工控制方法，高飛等［6］從主墩、主梁、主塔和斜拉索4方面介紹了平頂山市湛河一橋的施工控制。部分斜拉橋受力并不與普通斜拉橋完全相同，因此，其施工控制存在著自身的特點，值得注意。目前，對部分斜拉橋施工控制特點的探討較少且比較零散，谷定宇［7］提到了斜拉索索力對主梁線形控制及主梁撓度對斜拉索導管角度的影響特點，李傳習等［8］提到了索力測量時應考慮短索單位索重修正的特點。筆者以龜韭溝大橋為例，從部分斜拉橋結構尺寸和受力特點出發，結合實際施工控制的方法和成果，詳細地探討了部分斜拉橋施工控制特點。

1 龜韭溝大橋工程概況

龜韭溝大橋位于寧夏石嘴山市白銀路延伸段，是國道110線在大武口區的過境段。主體結構為單塔雙索面部分斜拉橋，塔梁固結，梁底設支座，橋跨布置為30 m+2×70 m+30 m;橋面寬61 m，路線中心梁高2.8 m，斜拉索錨固處梁高2.48 m，雙箱三室截面。大橋位于圓曲線上，曲率半徑R=1 000 m。平行雙索面斜拉索，與水平面夾角25°，每個索面9對，從主梁根部向外編號依次為C 1～C 9。主梁道路中心線基本索距5 m，內外側索距以此沿圓曲線徑向擴散推算，外側5.092 m，內側4.912 m。主塔高33.50 m，塔上索距按角度推算，每根索均不同，曲線內外側塔也不一樣。斜拉索經塔內轉向鞍座，對稱錨固于梁體底部。整體布置和主梁分段見圖1。

圖1 整體布置與主梁分段圖(單位：cm)Fig.1 Elevation and girder segments

大橋采用支架現澆的施工方法，施工步驟為:澆注主梁各梁段;依次張拉斜拉索C 1～C 3，澆注后澆段2～3#;依次張拉斜拉索C 4～C 6，澆注后澆段3～4#;依次張拉斜拉索C 7～C 9，澆注后澆段4～5#;最后澆注合龍段至成橋竣工。

2 施工控制方法及成果

施工控制原則上以設計索力為基礎，根據施工控制測量數據和計算的線形與應力結果，對索力進行合理的調整，以確保施工過程應力不超限及成橋線形和應力合理。

2.1 計算方法與原理

采用Midas/Civil，用梁格法建立大橋有限元模型。梁格法分析原理是使梁格節點與實際結構重合的點承受相同撓度和轉角時，梁格產生的內力局部靜力等效于結構的內力。其實質是將傳統的一維桿系計算模型或板推進到二維網格計算模型，將結構的重量和剛度集中到縱向和橫向桿件上，用一個二維網格來模擬結構的受力特性。各構件截面特性計算見文獻［9］。

2.2 線形控制

一般斜拉橋線形控制主要依靠斜拉索索力和立模標高來實現，但部分斜拉橋主梁剛度大，線形控制應主要依靠立模標高，索力的效果并不明顯。監控根據實測標高與理論值的差值，不斷地修正計算模型。同時通過立模標高和索力對標高誤差進行調整，使標高朝著理想的狀況發展，最終使成橋線形滿足要求。在曲線內外側同時布置高程測點，這樣即能觀測主梁高程也能了解主梁扭轉狀況。監控得到的合龍狀態內外側主梁各梁段高程見表1。另外，在索導管安裝時注意標高誤差對導管角度的影響，并保證定位準確，以避免給斜拉索穿束和張拉帶來不利影響。

表1 內外側高程與理論值比較Tab.1 Elevation differences /m

2.3 應力控制

在大橋主塔和主梁控制截面布置應力觀測點，以觀察施工過程中應力變化及應力分布情況。同時不斷根據實際施工調整計算模型，預告今后施工可能出現的狀態并預報下一階段當前已澆注梁段或即將澆注梁段是否出現不滿足強度要求的狀態。控制截面選取跨中截面3#、內力最大截面1#和根部截面0#(圖1)。截面測點布置如圖2。

圖2 應力傳感器布置Fig.2 Sensors arrangements

一般實測應力比理論值大，這是由于實測應力包含混凝土收縮徐變引起傳感器變形。可以采用文獻［10］的方法:在施工現場用混凝土做一個試驗塊，在試驗塊中埋應變計，測出不同時間混凝土的收縮量，再對實測值加以修正，但試驗塊理論厚度和實際結構必然存在一定差異，且實際結構施工過程中的收縮徐變是在受力狀況下產生的，這都會帶來一定誤差。筆者采用的方法為:從計算模型中提取出各施工階段傳感器位置混凝土收縮徐變應變，如圖3，模型中埋植有傳感器的單元長為l，傳感器長為l′，提取出收縮徐變工況下單元兩端軸向位移 xi和xj，則傳感器的混凝土收縮徐變應變再對實測應力加以修正。只要計算模型的相關參數正確，該方法應該是可行的。

圖3 傳感器混凝土收縮徐變應變計算圖Fig.3 Strain of sensors due to concrete shrinkage＆creep

理論上剛澆注的混凝土在加載之前應力為0，但由于混凝土澆注過程中傳感器可能會有不正常的變形，此時實測應力不等于0，之后的實測值可扣除該值以更好的和理論值吻合。由于篇幅原因僅列出0#截面的6個測點在各階段實測應力和理論應力比較圖，如圖4。

圖4 應力實測值與理論值比較Fig.4 Comparison of measurement to theoretic value

從圖4可知:斜拉索錨固腹板位置的測點2及2’與理論值吻合較好，其它測點誤差稍大，但數據的整體走勢較為吻合，對于施工控制還是具有指導意義的。誤差原因有多方面，主要有主梁剪力滯效應、材料特性差異、溫度影響等。施工過程中主梁應力不大，最大值僅12 MPa，這是因為部分斜拉橋主梁較高，應力變化不如普通斜拉橋明顯。

2.4 索力控制

索力是改善主梁受力的有效手段。各斜拉索張拉力根據實際施工狀況確定，并保證成橋線形滿足要求以及應力合理。本橋斜拉索為一次張拉，索力控制難度較大，采用等值張拉法張拉并嚴格控制油壓，張拉完成后采用索力動測儀對每根斜拉索索力進行復測，保證誤差在3%以內。監控得到的合龍狀態斜拉索索力實測值與理論值比較見表2。

表2 合龍索力實測值與理論值比較Tab.2 The differences of cable tensions

3 部分斜拉橋施工控制的特點

整體上，部分斜拉橋一般跨徑較小，剛度較大，結構非線性不明顯，故施工控制中一般不需要考慮結構非線性影響。筆者從線形、應力和索力3方面具體探討其施工控制特點。

3.1 線形控制的特點

1)部分斜拉橋一般為一次張拉或少張拉，主梁剛度大，變形小，線形控制不能太多的依靠索力，而是更多的通過立模標高來控制，因此，應綜合考慮掛藍變形(或支架沉降等)、結構剛度、溫度效應等因素影響，準確確定立模標高，并保證放樣精度。

2)主梁標高偏差引起斜拉索角度的偏差較大。如圖5，設斜拉索主梁錨固點標高偏差δ，則有Δθ≈cosθ(δ/l)，可知:標高偏差 δ一定時，θ和l越小，角度偏差Δθ就越大。部分斜拉橋一般跨度較小，拉索角度也較小，因此，相同的主梁標高偏差引起斜拉索角度偏差也大，也意味著斜拉橋與索導管角度偏差較大，這不僅影響斜拉索的安裝和張拉，更影響減震裝置的安裝和結構的壽命。所以應嚴格控制標高，必要時還可對索導管角度進行偏移。

3.2 應力控制的特點

主梁剛度大，應力變化不如普通斜拉橋明顯。以圖6矩形截面懸臂梁為例。

圖6 主梁受力比較圖Fig.6 Girder force diagram

兩剛度不同懸臂梁均承受力F時，主梁應力之比σ1/σ2=W2/W1，若主梁寬度相等，則，部分斜拉橋主梁較普通斜拉橋高，所以對應應力變化不明顯。當主梁比普通斜拉橋高10%時，上下緣應力小17.4%。

3.3 索力控制的特點

1)斜拉索一次張拉或少張拉，索力控制難度較大。實踐證明，采用等值張拉法并嚴格控制油壓表讀數是能滿足精度要求的。

2)斜拉索較短，索力測試時邊界條件對測試結果影響較大;斜拉索在主塔設置轉向鞍座，準確確定拉索振動長度較難。利用有限元方法算出一定張拉力下拉索震動的固有頻率，再確定震動長度或修正邊界條件影響［11］，也可對拉索進行標定。

3)從部分斜拉橋受力本質來看，部分斜拉橋是介于梁橋和一般斜拉橋的一種體系，斜拉索只是對主梁受力起輔助作用，因而，施工控制應以線形和應力控制為主，索力主要起調整和改善結構受力的作用。

4 結語

以龜韭溝大橋為例探討了部分斜拉橋施工控制特點，提出了一些注意事項和解決方法，希望能為更好的研究和完善部分斜拉橋施工控制方法提供一定參考。

［1］高飛.部分斜拉橋力學性能分析及施工控制研究［D］.鄭州:鄭州大學，2005.

［2］孫建淵，石雪飛.漳州戰備大橋施工工程控制［J］.橋梁建設，2002(1):38－40.

［3］王軍璽，郄才富，張自然.預應力砼部分斜拉橋施工監控技術研究［J］. 蘭州鐵道學院學報，2002，21(6):73－77.

［4］張善，盧明康，惠新.單索面預應力混凝土部分斜拉橋施工控制技術及關鍵施工工藝的研究［J］.公路，2004(12):57－61.

［5］劉漢順，文武松.蕪湖長江大橋主跨斜拉橋施工監控［J］.橋梁建設，2003，19(3):19 －21.

［6］高飛，陳淮，陳崢.矮塔斜拉橋的施工控制研究［J］.鐵道建筑，2008(4):1－3.

［7］谷定宇.矮塔斜拉橋施工控制仿真分析［D］.鄭州:鄭州大學，2006.

［8］李傳習，余支福，陳富強.矮塔斜拉橋施工監控［J］.公路與汽運，2008(1):100－102.

［9］Hambly E C.Bridge Deck Behaviour［M］.(2nd edition).London:Clays Ltd，St Ives plc，1991:106－133.

［10］林玉森，張運波，強士中.矮塔斜拉橋的施工監控技術研究［J］. 公路，2005(5):44－47.

［11］蘇成，徐郁峰，韓大建.頻率法測量索力中的參數分析與索抗彎剛度的識別［J］.公路交通科技，2005，22(5):75－78.