鋼混凝土疊合梁斜拉橋施工控制

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

鋼混凝土疊合梁斜拉橋施工控制

高寒

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

以某斜拉橋為工程背景，介紹斜拉橋施工監(jiān)測與控制的內(nèi)容和計算方法。分析斜拉橋施工監(jiān)控的應(yīng)用技術(shù)，為類似工程提供一定的參考。

斜拉橋；施工監(jiān)控；有限元

1 項目概況

鄱陽湖二橋位于都昌縣老爺廟水域、松門山以北約16km處，采用雙塔五跨空間雙索面組合梁斜拉橋方案，橋跨布置為68.6+116.4+420+116.4+68.6m，橋型立面見下圖1。主梁采用鋼-混凝土組合梁，由鋼梁和橋面板組成，縱梁之間、縱梁與橫梁之間、橫梁與小縱梁之間均采用栓接連接。全橋鋼梁共分為73個節(jié)段，主梁采用橋面吊機懸臂拼裝施工，索塔處設(shè)26.4m長的0號塊，在支架或托架上安裝。

主塔采用寶瓶型橋塔，兩個橋塔塔高均為137.91m。橋塔設(shè)置三道預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁，上橫梁和中橫梁之間設(shè)置兩道中間橫梁。

全橋共144根斜拉索，采用空間扇形雙索面布置形式。

圖1 鄱陽湖二橋主橋布置圖

2 監(jiān)控內(nèi)容

為了控制斜拉橋施工中構(gòu)件的安裝定位以及結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力，必須具備一套現(xiàn)場施工中結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測手段，為施工控制提供必要的反映施工實際情況的數(shù)據(jù)和信息，控制施工階段塔柱節(jié)段施工定位、主梁梁段安裝標高等，掌握結(jié)構(gòu)的真實內(nèi)力與位移變化等。

2.1 索力監(jiān)測

斜拉索是斜拉橋的主要受力構(gòu)件，施工過程中通過斜拉索索力改變可以調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力、標高和消除不一致性等，因此索力是一個非常重要的控制因素，而控制索力的一個關(guān)鍵是控制斜拉索的張拉力。作為一個校核斜拉索張拉力的重要手段之一，在每次張拉完一根斜拉索之后，需對被張拉的索和其余斜拉索進行索力測試，以控制斜拉索索力在施工時具有一定的精度。

2.2 應(yīng)力監(jiān)測

在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，雖然可以采用各種方法來進行模擬結(jié)構(gòu)計算，但實際施工中影響橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的因素是眾多和復(fù)雜的，因此實際結(jié)構(gòu)中內(nèi)力和變形往往不能與計算值相符。為了確保大橋施工過程的安全，并同時檢驗設(shè)計結(jié)果，進行主梁和主塔某些關(guān)鍵截面的應(yīng)力（應(yīng)變）測量是必需的。通過應(yīng)力監(jiān)測可迅速知道主跨受力狀況，及時判定應(yīng)力是否超限，從而可知道結(jié)構(gòu)的安全狀況。因此，每一施工節(jié)段都要進行，并貫穿整個施工過程。如果應(yīng)力超限或突變，立即提交報告并查明原因。

2.3 主梁線形及主梁軸線偏移

由于本橋主梁采用栓接形式連接，則鋼梁的線形在預(yù)制場生產(chǎn)后基本確定。監(jiān)控組應(yīng)對主梁預(yù)拼線形進行復(fù)核，并指導(dǎo)鋼梁加工單位進行預(yù)拼。

主梁的無應(yīng)力線形是指整個主橋的組合梁在制造廠胎架上的線形，此時主梁變形很小，基本處于無應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)無應(yīng)力狀態(tài)法原理，成橋后的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是由各個單元的無應(yīng)力狀態(tài)決定的，準確的主梁無應(yīng)力線形（預(yù)制線形）是成橋狀態(tài)合理的基礎(chǔ)，因此確定主梁的無應(yīng)力線形是施工監(jiān)控的關(guān)鍵任務(wù)之一。

3 施工監(jiān)控計算

鄱陽湖二橋為雙塔雙索面斜拉橋，屬高次超靜定結(jié)構(gòu)，所采用的施工方法和安裝程序與成橋線型和結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力有密切的聯(lián)系。在施工階段隨著斜拉橋結(jié)構(gòu)體系和荷載狀態(tài)的不斷變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形也隨之不斷變化，因此需對斜拉橋的每一個施工階段進行詳細的分析驗算，求得斜拉索張拉噸位和主梁撓度、塔柱位移等施工監(jiān)控參數(shù)的理論計算值，嚴格按設(shè)計文件中施工順序進行各階段施工，并在施工中加以有效的管理和控制。

主橋施工控制計算內(nèi)容包括：

3.1 合理成橋狀態(tài)的確定

確定合理的成橋目標狀態(tài)，需要調(diào)整索力來獲得，調(diào)索是一個優(yōu)化過程，所以成橋目標狀態(tài)是一個優(yōu)化狀態(tài)。

3.2 索塔施工控制

為了使索塔滿足成橋線形要求，參與施工單位索塔施工方案的擬定，并根據(jù)施工單位最終確定的索塔施工方案提出下塔柱施工期間臨時拉桿的位置和拉力、上塔柱臨時支撐的數(shù)量、位置以及頂推力、索塔節(jié)段施工的預(yù)偏量等。索塔除滿足成橋線形要求外，索塔內(nèi)力應(yīng)滿足設(shè)計要求。

3.3 鋼主梁無應(yīng)力制造線形

由于本橋主梁采用栓接形式連接，則鋼梁的線形在預(yù)制場生產(chǎn)后基本確定。主梁的無應(yīng)力線形是指整個主橋的組合梁在制造廠胎架上的線形，此時主梁變形很小，基本處于無應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)無應(yīng)力狀態(tài)法原理，成橋后的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是由各個單元的無應(yīng)力狀態(tài)決定的，準確的主梁無應(yīng)力線形（預(yù)制線形）是成橋狀態(tài)合理的基礎(chǔ)，因此確定主梁的無應(yīng)力線形是施工監(jiān)控的關(guān)鍵任務(wù)之一。其線形和長度可根據(jù)成橋時的線形和內(nèi)力狀態(tài)反算。

3.4 斜拉索無應(yīng)力索長

拉索是斜拉橋的一個主要部件，它可以為斜拉橋分擔(dān)較大一部分荷載，因此應(yīng)充分利用材料性能，準確計算索力大小，這對橋梁施工狀態(tài)以及成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性具有重大意義。而拉索的制造長度屬于幾何控制中的重要內(nèi)容，其誤差或錯誤將直接導(dǎo)致拉索安裝失敗或主梁拼裝無法達到預(yù)定高程等問題。因此設(shè)計拉索時必須對垂度、材料彈性模量進行修正。同時監(jiān)控單位應(yīng)對拉索預(yù)制長度進行復(fù)核。

3.5 施工索力的計算

主梁施工中，為了改善已安裝梁段的鋼主梁和混凝土橋面板的受力，虛分次張拉斜拉索。張拉次數(shù)不宜太多，太多會使施工變得復(fù)雜；但也不能太少，太少就無法保證結(jié)構(gòu)在各個施工節(jié)段內(nèi)的受力安全。保證已安裝梁段的鋼主梁和橋面板受力安全。同時要嚴格控制主梁前端撓度值，以有效地控制主梁線形。

3.6 索力優(yōu)化計算

實際施工時，由于構(gòu)件自重、剛度、施工精度、索力誤差、溫差等諸方面因素影響，可使施工節(jié)段結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)偏離理想狀態(tài)。對索力的優(yōu)化調(diào)整是施工階段糾偏的重要手段。

3.7 鋼梁安裝線形的計算

成橋合理線形和張拉索力確定后，即可確定主梁安裝預(yù)拱度，進而計算鋼梁安裝線形，即安裝定位標高。

4 結(jié)論

通過對斜拉橋施工過程進行監(jiān)控計算結(jié)果觀測，可以檢驗和校核設(shè)計單位的成果。

利用有限元分析軟件進行斜拉橋的仿真計算并得到控制參數(shù)，可用于指導(dǎo)施工并取得較好結(jié)果。

[1]向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M]，北京：人民交通出版社，2001

[2]王標，王艷，常全軍.大跨徑PC斜拉橋施工監(jiān)控分析[A]，2010

[3]肖汝成，項海帆.斜拉橋索力優(yōu)化及其工程應(yīng)用[J]，1998

U445.27

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1007-6344（2017）08-0226-01