大跨度混凝土獨塔斜拉橋施工與質量控制

黃俊峰

（浙江華東工程咨詢有限公司杭州市310000）

大跨度混凝土獨塔斜拉橋施工與質量控制

黃俊峰

（浙江華東工程咨詢有限公司杭州市310000）

闡述了大跨度混凝土獨塔斜拉橋的結構特點，介紹了該類橋梁的施工與質量控制要點，為相關人員提供參考。

大跨度；混凝土；獨塔斜拉橋；質量控制

斜拉橋的主要組成部分是主梁、斜拉索和索塔，這三者還可以按相互的結合方式組成四種不同的結構體系，即飄浮體系、支承體系、塔梁固結體系、剛構體系。主塔常采用混凝土橋塔。一般把采用預應力鋼筋混凝土作為主梁的斜拉橋叫混凝土斜拉橋，采用鋼梁（鋼板梁、組合梁、鋼桁梁、鋼箱梁等）作為主梁的則稱為鋼斜拉橋。與預應力混凝土斜拉橋相比，鋼斜拉橋的跨越能力更大，設計計算與實際更接近，構件制作精度較高，結構細節通過栓或焊及挖補容易處理。另外，鋼斜拉橋還具有施工工期短、抗震性能好的優點。但是鋼斜拉橋必須經常檢查并定期更新防護用的涂層。另外，塔與主梁和橋墩的連接形式等斜拉橋的設計存在一定的復雜性和難度。

1　大跨度混凝土獨塔斜拉橋的結構特點

主梁與橋塔同結，主梁與塔柱內的內力以及梁的撓度直接同主梁與塔柱的彎曲剛度比值有關。其主要優點是取消了承受很大彎矩的梁下塔柱部分而代之以一般的橋墩結構，塔柱和主梁的溫度內力極小；可顯著減小主梁中央段承受的軸向拉力，較支承體系相比，可減小主梁在塔墩支點處的負彎矩。但須指出，當中跨滿載時，主梁在墩頂處的轉角位移會導致塔柱傾斜，使塔頂產生較大的水平位移，這樣會顯著增大主梁的跨中撓度和邊跨的負彎矩，這是該體系的不足之處。另外，塔梁固結體系中，全部上部結構的自重（包括塔柱的）和活載都經由支座傳給橋墩，這樣就需設置很大承載能力的支座，因此，特大跨徑的斜拉橋不宜采用這種體系。大跨度斜拉橋的幾何非線性具有鮮明特點［1］。由于柔度大，因而結構變形量大，不同施工階段間的結構形狀變化顯著，大位移效應明顯。由于斜拉索量多，尾索的傾角不大，因此主梁和橋塔所受的軸向壓力均較大，幾何剛度對彎曲剛度的削弱較大，即二階效應較大。同時，大跨度斜拉橋的長索數量多、傾角小，斜拉索垂度效應對結構幾何非線性的貢獻大。

斜拉索由于本身自重的作用，一般是呈懸垂狀態而不是直的，它不能簡單地按一般拉伸桿件來計算，在建立拉索的振動方程時應考慮垂度的影響。對于比較短的斜拉索來說，其垂度效應影響較小，在近似計算時可以忽略而不會對計算結果有較大的影響；但對于比較長的斜拉索來說，其垂度效應就比較明顯，為了獲得更精確的計算結果，從而作出合理的判斷，在建立索振動方程時則應考慮垂度的影響［2］。端錨索（或稱為背索），就是錨同在主梁邊墩支承截面或接近邊墩支承截面的邊跨最外側的斜拉索。由于端錨索錨同在邊墩附近，錨固剛度比跨內索大。當活載作用在主跨時，端錨索的索力增大很多，而其他索力增加較少，強大的端錨索剛度有利于減小塔柱往主跨的偏移、主跨梁的豎向撓度與正彎矩，增大斜拉橋的整體剛度，因此，設有端錨索的邊跨也稱為錨跨（錨同跨）［3］。

柱式塔簡單，但其剛度較小，適于單索面斜拉橋，而其主梁剛度則要求較大；門式塔橫向剛度較大，可作為橋面寬度不大的雙索面斜拉橋索塔；A形和倒Y形以及菱形索塔的橫向剛度均較大，適于大跨度斜拉橋。

2　大跨度混凝土獨塔斜拉橋的施工問題

斜拉橋與其他梁橋相比，主梁高跨比很小，梁體十分纖細，抗彎能力差。所以考慮施工方法時必須充分利用斜拉橋結構本身特點，在施工階段就充分發揮斜拉索的效用，盡量減輕施工荷載，使結構在施工階段和運營階段的受力狀態基本一致。懸臂法施工是可以在支架上修建邊跨，然后中跨采用懸臂拼裝法和懸臂施工的單懸臂法；也可以是對稱平衡方式的雙懸臂法。懸臂施工法分為懸臂拼裝法和懸臂澆筑法兩種［4］。懸臂拼裝法，一般是先在塔柱區現澆一段放置起吊設備的起始梁段，然后用各種起吊設備從塔柱兩側依次對稱安裝節段，使懸臂不斷伸長直至合龍；懸臂澆筑法，是從塔柱兩側用掛籃對稱逐段就地澆注混凝土。大跨度斜拉橋是現代橋梁技術發展的一個重要方向，其結構復雜，使用期限長，造價高，環境條件極為惡劣。一旦出現事故，就將造成極為惡劣的社會影響及巨大的經濟損失。結構的非線性動力可靠性分析是工程設計和施工中必須考慮的重要問題之一。結構物的非破壞檢測，主要通過動態性質的改變，判斷橋梁動態性質，受損之橋梁將會與完好的橋梁有所不同。根據連續梁損壞位置的檢測，進一步指出其模態的改變較自然頻率的改變大［5］。混凝土局部區域應力波引起的振動主要受到混凝土直接接觸區域的影響，因為混凝土為非均質的材料，因此，所得到的振動數據相對于橋梁的自由振動與共振所引起的振動而言是相當不穩定的。而梁的形狀、混凝土的性質、還有邊界條件皆會影響橋梁的自由振動與共振所引起的振動，所得信息也較混凝土局部區域應力波引起的振動為多。初始階段的斜拉橋主要采用稀索布置（拉索在主梁上的間距較大），主梁較高，主梁以受彎為主，這使今后的拉索更換不方便，且跨越能力不可能太大。目前的斜拉橋，大部分采用密索布置，主梁高度很小，自重輕，換索方便，并廣泛采用肋板式開口斷面。

3　大跨度混凝土獨塔斜拉橋施工的質量控制

為了仿真橋梁結構受損而產生裂縫，預先做好裂縫的混凝土預鑄梁，并利用傅立葉轉換其垂直向加速度的量測數據，發現主要頻率因裂縫深度的增加而隨之降低，此一現象指出因裂縫導致強度下降。而在縱向的加速度反應，對于裂縫的敏感性則較垂直向的為低。之后隨科技進步，學者紛紛利用有限元分析與現地結構物相互做比較。提出材料的強度試驗、載重試驗、試驗室的試驗和現地試驗，處理參數后可建立出可靠的模型［6］。并將試驗及模型比較分析。據合理的橋梁材料特性假設下，進行橋梁在設計載重作用下模型與現地試驗作比較。結果顯示，三維非線性有限元素分析可良好分析該橋之行為。橋梁動力試驗一般有三種方法：強迫振動法、自由振動法和環境振動法。強迫振動法需要大型的激勵設備，由記錄的輸入和輸出信號對橋梁進行模態參數識別。自由振動法由記錄的自由振動響應信號識別橋梁的動力學特性。現地試驗條件，結構的復雜性和實測數據質量等因素往往限制了專用強迫振動設備的使用。車輛、行人、風等是作用于結構上的環境激勵或自然激勵，僅用環境激勵引起的振動響應進行結構參數的識別，無須貴重的激勵設備，不影響結構物的正常使用，方便省時，只需測定響應資料等，因此成為土木工程結構系統識別十分活耀的課題。由于振源是來自風力或是地層顫動等力量，因此并不需要準備產生振動的裝備，整個試驗過程簡便、迅速。不過，由于環境振動的輸入能量極小，所以結構之擾動振幅亦小，易受雜訊影響。因此微動量測需要時間來累積足夠之能量，故須以長時間進行監測或是以有限時間對同一結構物采多筆檢測數據進行比對［7］。

4　結論

實踐表明，大跨度混凝土獨塔斜拉橋在剛度、抗風抗震穩定性、經濟性及建造技術方面具有較大的優越性，尤其是近年來，斜拉橋在跨度能力上有了較大的突破，加強對大跨度混凝土獨塔斜拉橋施工質量的控制，能夠提高橋梁的穩定性和使用壽命。

［1］ 李巍，石振武，姜洪偉，王立峰.寒區獨塔斜拉橋支架施工控制過程仿真分析［J］.中外公路，2015（1）：122-125.

［2］ 盧少利，鄭如巖.船帆式獨塔單索面斜拉橋風纜橫撐結構施工工藝研究［J］.公路與汽運，2015（2）：169-172.

［3］ 王屹山.獨塔斜拉橋疊合梁施工支架安全性能分析［J］.公路與汽運，2015（2）：177-180.

［4］ 王文龍，姜基建.橋塔傾角對斜獨塔斜拉橋動力特性及抗震性能的影響分析［J］.公路交通技術，2015（2）.

［5］ 龐偉.輔助墩對PC獨塔斜拉橋受力影響分析［J］.城市道橋與防洪，2015（3）：54-56+68+9.

［6］ B.B.Soneji，R.S.Jangid.Influence of soil-structure interaction on the response of seismically isolated cable-stayed bridge［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2012（4）：203-205.

［7］ K.Soyluk，A.A.Dumanoglu.Spatial variability effects of ground motions on cable-stayed bridges［J］.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2014（3）：530-532.

Construction and Quality Control on Large-Span Concrete Single-pylon Cable-stayed Bridge

HUANG Jun-feng
（Zhejiang Huadong Engineering Science&Technology Development Co.，Ltd.，Hangzhou 310000，China）

The structural features of large-span concrete single-pylon cable-stayed bridge are elaborated，and construction and quality control points of such a kind of bridge are introduced，thus providing reference for relevant personnel.

Large span；Concrete；Single-pylon cable-stayed bridge；Quality control

U448.27

B

1673-6052（2016）03-0011-02

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.004