毗河三橋主橋施工控制研究

唐 勇,馬繼兵,范興貴,李曉軍

(金堂縣城鄉建設局，四川成都610400)

文章以毗河三橋主橋為例，對預應力混凝土單索面非對稱斜塔斜拉橋的施工控制要點進行了研究，通過施工控制計算與現場監控數據分析，研究該類橋梁主梁線形、內力控制和溫度監控、斜拉索索力測試等。在施工過程中進行了有效的管理和控制，確保斜拉橋在施工過程中結構受力狀態和變形始終處在安全范圍內，以及成橋后的主梁線形逼近設計線形，受力處于最優狀態。對類似結構的設計和施工具有良好的參考價值和借鑒意義。

1 工程背景

毗河三橋及連接線工程位于成都市金堂與青白江交界地。橋跨布置設計為南引橋(3×25 m預應力混凝土簡支T梁)+主橋(60 m+90 m預應力混凝土單索面非對稱斜塔斜拉橋)+北引橋(8×25 m預應力混凝土簡支T梁)。主橋基礎采用群樁承臺基礎，索塔、主梁均采用搭架現澆施工方法。主橋主梁為整幅現澆單箱四室預應力混凝土箱梁，主梁中心處高2.9 m。索塔為斜塔，與鉛垂線成11°夾角，索塔與主梁固結，澆筑索塔時同時澆筑墩頂實心段主梁。索塔上塔柱采用實心矩形截面，下塔柱采用實心“十”字形截面。全橋共11對斜拉索，縱向設計為平面索，采用單索面、扇形布置方式，主梁上邊跨索距4.3 m，主跨索距7.0 m。斜拉索采用一次張拉，拆除滿堂支架后，根據斜拉索實際內力再進行局部調整。全橋主橋總體布置見圖1。

圖1 毗河三橋主橋總體布置

2 施工控制計算分析

確定斜拉橋成橋狀態及施工階段狀態的內力和線形是施工控制中最基本的內容。必須通過合理的計算方法和理論分析來確定橋梁結構在每個施工階段的內力及線形，結合參數敏感性分析及誤差識別等手段控制施工過程中結構狀態，使最終成橋線形和受力狀態滿足設計要求。因此建立有限元模型的計算預測、誤差分析和調整工作是施工控制的核心內容。毗河三橋主橋施工控制實時計算采用 MIDAS空間分析軟件進行，計算模型如圖2所示，按照設計施工順序及施工方法共建立38個施工階段。建立模型時充分考慮了分階段施工、預加力效應、混凝土收縮徐變效應、溫度效應等各種情況。

圖2 全橋結構整體空間分析模型

3 施工控制關鍵技術

3.1 施工控制原則

施工控制是對成橋目標進行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標的參數誤差，確保成橋后結構受力和線形滿足設計要求。本橋梁按照以下原則進行施工控制:(1)滿足結構受力要求。主梁、拉索在各施工階段應處于彈性狀態，成橋后的內力應與設計值相符。(2)滿足施工過程及成橋線形要求。施工過程中主梁的線形和位移應處于合理范圍內，成橋后主梁線形滿足設計要求。(3)在斜拉索張拉階段嚴格控制梁段線形。(4)斜拉索采用一次張拉，在拆除滿堂支架后，實行線形與索力的雙控。(5)具體調控手段：施工控制采用預測控制法。對于主梁和斜拉索內力(或應力)的調整，通過嚴格控制預應力束張拉力和斜拉索張拉力實現。對于主梁線形的調整，通過調整立模標高實現，將參數誤差以及其他因素引起的主梁標高的變化通過立模標高的調整予以修正。

3.2 施工階段主梁標高的確定

主梁預拱度及立模標高控制是主梁線形控制的重要工作。毗河三橋主橋主梁線形控制實施過程是：理論計算主梁預拱度，并發布主梁預拱度指令，由施工單位根據滿堂支架預壓數據自行將相關變形反號疊加在預拱度值中。預拱度設置值按施工期主梁撓度、竣工后一段時間(考慮3 a)的混凝土收縮徐變撓度及1/2活荷載靜撓度，相加取反號而得。

3.3 索力張拉控制

索力張拉控制包括斜拉索到位張拉及全橋調索階段。在施工階段，索力張拉以控制標高、線形為主，兼顧索力與應力，根據參數敏感性分析結果，到位張拉時需對橋面臨時荷載進行嚴格控制，臨時荷載需與計算模型保持一致。毗河三橋主橋施工控制過程中，斜拉索采用一次張拉，斜拉索索力誤差均能控制在5 %以內。在拆除滿堂支架后，當線形及索力誤差較大時，需進行全橋調索，再對索力做適當的局部調整。

3.4 現場參數識別

在橋梁施工過程中，大多數參數與設計值有差異，設計參數誤差是引起施工誤差的主要因素之一。因此施工控制中需對這些參數進行識別，對模型進行修正，使實際結構狀態與理論狀態相吻合。在毗河三橋主橋施工控制過程中，重點對混凝土容重和彈性模量、斜拉索彈性模量進行了分析識別，同時對主梁剛度、結構溫度等參數進行識別、修正，對橋面臨時荷載進行嚴格控制，使理論計算與實橋測試結果較為吻合。

4 施工控制主要成果

4.1 主梁應力

主梁應力測試截面為：(1)主跨：索塔處主梁截面、1/4跨主梁截面、跨中主梁截面、3/4跨主梁截面；(2)邊跨：跨中主梁截面、索塔處主梁截面；同時在計算最不利截面布置應力傳感器，全橋布置6個測試截面。每個主梁截面埋設12個傳感器，箱梁頂板埋設6個，底板埋設6個，主梁埋設傳感器個數共計72個。主梁每個截面所有傳感器的導線均引至橋面翼緣板，傳感器布置示意見圖3，主梁應力監測截面編號見圖4。

圖3 主梁應力監測截面傳感器布置(單位： cm)

圖4 主梁應力監測截面布置

主梁應力實測值與理論計算值對比如圖5所示。頂板最大應力實測值和理論值分別為-13.14 MPa和-12.2 MPa(負值表示壓應力)，出現在C-C截面；底板最大應力實測值和理論值分別為-12.11 MPa和-11.00 MPa(負值表示壓應力)，出現在D-D截面。成橋實測應力與理論計算值基本吻合，誤差在±1.5 MPa以內，施工過程中主梁應力控制斷面法向最大壓應力為-13.14 MPa，未現拉應力，滿足設計和規范要求，整個施工過程中主梁應力是安全的。

圖5 主梁各截面應力

4.2 主梁線形

影響主梁線形的因素主要有溫差、施工誤差、設計參數與實測參數不符、外荷載、混凝土收縮和徐變等。主要選取主梁邊跨L/4截面、L/2截面、3L/4截面以及主跨L/4截面、L/2截面、3L/4截面共6個斷面進行主梁變形監測。全部斜拉索張拉完畢后的主梁變形實測與理論計算誤差對比如圖6所示：斜拉索張拉階段主梁實測變形與理論計算值吻合較好，軸線標高誤差在-4.2～5.6 mm之間，說明主梁結構的實際變形行為與理論預測值相符性較高，主梁變形控制達到了預期成果，滿足設計要求。

圖6 主梁變形實測與理論值(L/4為近橋塔側， 3L/4為近過渡墩側)

4.3 成橋索力

圖7給出了各斜拉索整體實際張拉力與施工控制理論張拉力的對比情況，可知各斜拉索實際張拉力均稍大于理論張拉力，采取索力控制措施后，最大相對偏差為4.2 %，斜拉索實際張拉力得到了較好控制，滿足設計要求。

圖7 斜拉索索力(編號自橋塔側開始編號)

5 結論

(1)斜拉橋施工控制須堅持以主梁線形為主，兼顧斜拉索索力與梁體合理應力的原則。

(2)有限元計算分析是整個施工控制的核心，而確定成橋目標狀態和施工目標狀態是施工控制兩項至關重要的工作，應先確定成橋目標狀態，然后以成橋目標狀態為基礎,根據施工工序確定各施工目標狀態。

(3)所建立的施工過程計算模型準確，對主橋施工過程結構受力控制起到了良好作用。整個施工過程主梁構件控制斷面應力、變形均處于受力安全范圍，成橋后結構內力狀態合理。

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