某斜拉橋雙向傾斜橋塔主動橫撐設計及施工控制

杜民清

（1.中國海洋大學，山東 青島 266100；2.德州市規劃局，山東 德州 253000）

1 前 言

斜拉橋又被稱作斜張橋，它是一種由多主塔和鋼纜組成并支撐橋面的橋梁，由索塔、主梁、斜拉索組成，它是一種拉索體系，是以拉索受拉和索塔受壓為主的橋梁。 索塔型式有A 型、H型等，其材料包括混凝土和鋼。 斜拉橋是由承彎的梁體、受拉的索和承壓的塔共同組合起來的結構體系， 拉索的作用是在主梁內增加彈性支承，能使梁體內的彎矩減小，既節約材料，又能減輕結構重量。另外，斜拉橋相對于懸索橋，具有抗風性，其拉索的預應力能調整主梁的內力，使主梁的內力分布均勻，因此更加具有科學性和實用性。

斜拉橋是現代橋梁工程中經常采用的一種施工方案，它屬于拉索體系，因為它比梁式橋的跨越能力更大，所以斜拉橋是大跨度橋梁的最主要橋型。 截止到目前，我國已建成各種類型的斜拉橋100 多座，其中跨徑大于200m 的就有55 座，特別是上世紀九十年代初建成的上海南浦大橋，因其主跨超過400m，開創了我國斜拉橋大跨度的先河。 到現在，我國已成為世界上擁有斜拉橋最多的國家。

在橋梁工程中，斜拉橋主動橫撐的設計及施工方法相關的參考文獻或資料較少。 基于此，本文以某雙向傾斜橋塔斜拉橋為例， 對其主動橫撐的設計與施工、 頂推力的確定等問題進行研究，這對橋梁工程的研究與發展有參考意義。

2 斜拉橋主動橫撐的設計方案

2.1 設置主動橫撐的原則和方法

由于A 形塔的塔柱橫向向內傾斜，在施工過程中，橋梁的自重和施工荷載等會使塔柱根部出現彎矩， 這樣會使塔柱產生橫向位移， 外來的拉應力也會導致混凝土開裂。 要解決這一問題，最好的方法就是設置主動橫撐。 主動橫撐設置的目的是對塔柱的變形和應力進行雙控，在便于施工的前提下，達到工程標準的成塔狀態。主動橫撐的位置與塔柱的施工工藝息息相關。主動橫撐采用的結構通常是橫向鋼管結構， 橫撐分段與塔柱固結在一起形成框架。 此時還要用千斤頂對中塔柱內側塔壁施加預頂力，因為橫撐本身剛度和強度較大，這樣能克服中塔柱施工過程中因自重和施工荷載而引起附加應力的積累。

橋塔自重及施工荷載的橫橋向作用力是雙向傾斜橋塔施工中需要重點考慮的對象，此外，無索區塔柱段還要考慮順橋向作用。 中塔柱根部是順橋向作用的附加拉應力最不利位置，所以頂推第1 道主動橫撐并澆筑混凝土后， 其對中塔柱根部截面影響就小了。 第2 道橫撐的位置需考慮軸向壓應力和雙向附加拉應力這兩種力是否在第1 道橫撐的截面處超限，如果超限，則應考慮設置臨時拉索或臨時支撐等結構。

2.2 主動橫撐預頂力的確定原則及方案

主動橫撐預頂力的確定要遵循內力控制為主、變形控制為輔的原則。其預頂力不宜過大，避免塔柱在橫撐處出現橫橋向位移。 因此， 準確實現理論預頂力是頂推控制方案中的重點和難點，其操作過程如下：

（1）嚴格把好原材料質量關。 主動橫撐的材料首先要剛度大， 所選用的鋼管是≥Q235 鋼， 單個橫撐截面用規格相同的2個鋼管布置。橫撐的剛度必須要滿足施工過程中的受力需要，同時該鋼管的穩定性還要達到工程規定的標準范圍。

（2）正確合理使用千斤頂。 在施工現場，必須使用安全系數高、頂推噸位大、操作方便快捷的油壓千斤頂，如果千斤頂持力效果差，就會對工程不利。因此，在操作中，把油壓千斤頂頂推到位后，再用型鋼在頂推位置焊接固定，如果焊接變形，則應通過試驗得到所需補償的超頂力。

3 某斜拉橋橫撐施工工程實例

3.1 工程簡介

某斜拉橋其主梁為鋼－混組合結構， 采用雙索面斜拉橋方案，為墩、塔、梁固結體系。橋面上橋橋塔高108m，橫橋向為A 字型，橋塔向邊跨側傾斜75°左右，順橋向為變截面獨塔。該斜拉橋主跨側設置14 對拉索，邊跨側設置10 對拉索，這些斜拉索固定于主梁橫梁的位置。其中，主跨側拉索間距為13.1m，梁上斜拉索間距為9.2m。橋塔的中塔柱采用薄壁箱形截面，塔軸線順橋向夾角為78°左右， 橫橋向夾角為84°。 中塔柱高89m， 根部尺寸為11×4.8m，線性漸變至橋塔匯合處，規格為6.10m×4.8m，壁厚順橋向1.3m、橫橋向為1.1m。

3.2 橫撐設置方案

在對斜拉橋的相關數據進行詳細計算后，得出以下橫撐設置方案：在橋塔承臺24m 處增設第1 道主動橫撐，施加預頂力為2 415Kn；在橋塔承臺35m 處增設第2 道主動橫撐，施加預頂力為1 870Kn；在橋塔承臺60m 處增設第3 道主動橫撐，施加預頂力為1 790Kn； 在橋塔承臺94m 處即合攏處增設第4 道被動支承。 每道橫撐采用2 根810mm×15mm 鋼管，并在每道橫撐之間布置均勻的3 支應變計， 用來監控頂推過程中及橫撐工作期間的應力變化。

3.3 主動橫撐的施工

主動橫撐的施工首先用油壓千斤頂頂推，然后用3 組雙拼工字鋼在頂推端兩側法蘭中間進行焊接固定， 本文將以第3 道橫撐為例對主動橫撐進行分析。 橫撐的單根鋼管長度是11m，補償焊接收縮變形的超頂力ΔF＝－645Kn， 橫撐工作期間平均環境溫度為16℃，頂推第3 道橫撐時環境溫度為21℃，通過計算得出了溫度影響預頂力調整值ΔF′＝81Kn。

此時第3 道橫撐單根鋼管工作預頂力F′＝F0＋ΔF′＝-854Kn。即使在同一根鋼管上，3 只應變傳感器讀數也有很大差別， 而且這種變化無規律。 鋼管偏心受壓是造成這種變化的主要原因，偏心受壓是由鋼管和塔柱預埋鋼板焊接、固定用型鋼焊接不均勻造成的。所以在橫撐設置的施工過程中，不但施工上要精益求精，還要合理地布設橫撐應變傳感器，這樣可以減少施工過程中的不利情況。

3.4 主動橫撐施工中的問題剖析

工作時間的長短與橫撐頂推的溫度對主動橫撐的影響較大。 如果橫撐料和規格均相同，在溫度相等的情況下，其內力影響值也相等。 橫撐的內力變化值隨著中塔柱根部的橫撐約束剛度的增大而變大。 反之，內力影響值也會隨著橫撐約束剛度的減小而變小。 另外，橫撐材料也是影響內力值變化的因素，用于橫撐的材料是Q235 鋼材，鋼材對溫度的敏感度較高，因此橫撐的內力值變化會很大。 要把這一影響降低到最小限度，就要對橫撐本身進行淺色涂裝或進行灑水降溫等。 對于橫撐的施工截面，要做到防止橫撐鋼管嚴重偏心受壓失穩或連接焊縫斷裂。

在施工過程中，由于測量精度原因，兩片法蘭之間放置的型鋼應用錘擊方式進行，以增加預頂力。 在無索區橋塔施工過程中，對于橫撐的設置應綜合考慮，是疏是密，要從施工成本和是否對施工有利的角度考慮，做到合理設置橫撐。如果橫橋向彎矩產生的拉應力過大，應適當增加橫撐數量進行布置；如果順橋向彎矩產生的拉應力過大，應設置臨時拉索。無論是橫橋向還是順橋向彎矩拉力過大，均可在塔柱不利位置加配豎向預應力鋼束。對于混凝土的澆筑，特別是在橋塔中塔柱根部、合攏處等關鍵位置，應嚴格按照施工規范施工，防止產生非受力裂縫。

4 拆除橫撐的施工要點

主動橫撐的設置很重要，同樣對主動橫撐拆除時機的把握也很重要，拆除時機需根據工程實踐來掌握。如果塔柱施工工期長， 應在中塔柱合攏后拆除， 避免溫度變化對橫撐內力造成影響。合攏后拆除也要考慮塔柱合攏處局部的預應力，因為橫撐拆除后塔柱橫向的剛度會下降，使合攏處拉應力增加。 上塔柱的橫撐要在施工1、2 節段后再拆除。 雙向傾斜橋塔的斜拉橋橫撐的拆除，要考慮斜拉索的張拉值。 在中塔柱的合攏處，由于索力的豎向分量在中塔柱根部產生的壓應力儲備往往遠小于成橋狀態， 此時如果拆除橫撐， 就會造成2 個方向自重和施工荷載疊加，會增大中塔柱根部拉應力值，容易出現受力裂縫。 此時對橫撐的拆除就要考慮塔柱合攏處、中塔柱根部拉應力值是否容許，符合要求方可拆除，否則不能貿然處理。

5 結語

對主動橫撐的施工進行控制時有很多不確定因素，首先要考慮偏心受壓、系統溫度、溫度梯度等因素的影響，其次要提高測量精度，同時還要保證塔柱混凝土澆筑質量及橫撐焊接精度。只有科學地把主動橫撐技術運用到橋梁建設過程中， 才能保證結構受力安全，降低成本，從而達到提高工作效率的目的。

[1]林寅.廈漳跨海大橋南汊斜拉橋索塔中塔柱主動橫撐的設計計算[J].福建建筑，2011（09）.

[2]賀鵬，常英，張延河，張家元.九江長江公路大橋北塔下橫梁施工方案研究[J].世界橋梁，2012（04）.