開發路大橋獨塔單索面不對稱斜拉橋的施工優化

薛玉波 余郁 陳曉飛

開發路東延跨京杭大運河橋結構全長668m，跨徑劃分為：（3×30）m：西側引橋+（35+100+135+45）m：主橋+[4×32.2+（32.2+33+32.2+32.2）]m：東側引橋。主橋橋型為獨塔單索面不對稱斜拉橋，全寬39m，引橋為等高度預應力混凝土連續箱梁橋，全寬39～51m。由無錫市政設計研究院有限公司設計，江蘇省交通科學研究院股份有限公司承擔施工監控。：

一、斜拉索設計

斜拉索承受來自橋面系的恒載，汽車、人群等活載，并將這些荷載傳遞至主塔，是斜拉橋傳力鏈中的重要一環。本橋采用標準強度為1670MPa：的環氧涂層鋼絲束，在副跨及主跨側扇形布置兩種型號拉索共計12：對，順橋向水平夾角為20.08°～50.0°，梁上錨點副跨側順橋向間距為6.0m，主跨側順橋向間距為8.5m；塔柱上錨固點高程方向間距2.5m、3.0m。

二、非對稱不平衡施工存在的重難點

索塔兩側懸臂節段的長度相差2.5m，節段重量差460kN。相對于常規的平衡對稱施工而言，本橋施工具有不平衡施工的特點，且不平衡效應隨懸臂的伸長而更加嚴重。為了達到平衡施工目的，設計推薦采用在副跨側設壓重的，壓重180t，且每施工2個節段就要將配重塊進行移動，施工相對較為麻煩，施工過程中施加配重，由于配重的重量難以準確預估，配重的位置也可能與理論上不一致，同時，施工配重必然增加了橋面上其他一些輔助設施，對于施工過程的控制帶來了較多的不確定因素，也不利于施工，尤其是鋼結構橋梁對線形要求更高。

鑒于該橋成橋索力的設置，主跨側索力3000kN，副跨側索力2530kN（2000kN靠近塔的3根索），且主跨側的拉索傾角較副跨側要小，成橋時索塔承擔一定的彎矩作用。考慮到施工階段僅有裸梁自重作用及橋面吊機臨時施工荷載，鋼結構主梁又具有一定的強度儲備，從簡化施工、方便控制的角度出發，監控采取了無應力狀態法的思路進行計算，通過控制索力的大小來實現施工安全控制，在對該橋內力建模分析的前提下，提出關鍵工況優化控制要素：

1.最大雙懸臂階段。

2.最大單懸臂階段。

3.全橋合攏階段：。

全橋合攏后，根據B4#墩反力儲備情況，鋼梁合攏后，索力在該階段還不能張拉到位，必須在橋面鋪裝及二期恒載施工完畢后，再將索力張拉到位。根據理論分析，橋面鋪裝后，調整張拉的拉索為最外側的。

4對拉索。

三、優化措施

結合成橋結構內力狀態、副跨合攏的需求、主跨合攏的需求、施工過程中不出現負反力、減少施工調索次數等幾方面因素，對施工流程做了優化，模擬采取無應力狀態法的思路，以副跨合攏位移和索塔受力為目標，對最大懸臂節段索力進行優化調整，：其中在中跨合攏前在4號橋墩位置施加400噸壓重，合攏后二期鋪裝施工后，再卸除200噸壓重，留200噸永久壓重，保證4號墩支座受力處于合理區間。

1.最大雙懸臂階段

施工順序為副跨側先合攏，再進行主跨側合攏，副跨合攏前以副跨側主梁標高控制為主同時，為減少橋塔的不利受力，可將主跨側的拉索索力的水平分量控制與副跨側索力水平分量相當，這樣有利于控制橋面以上塔柱的位移，將兩側不平衡荷載產生的彎矩由下部墩身承擔，而下部墩身所承擔的彎矩以成橋時彎矩作為控制值，可以保證副跨側先行合攏。由塔底反力可知，該階段反力遠小于成橋反力。可以看出，如不施加配重，而僅僅通過調整索力，也可以保證施工過程中索塔安全，且能保證副跨順利合攏。

2.最大單懸臂階段

副跨合攏后，主跨懸臂端下撓達420mm。由于該橋副跨側拼裝節段要比主跨側拼裝節段短2.5m，雙懸臂階段時保證副跨側位移，同時根據索力水平分量相當的原則保證塔柱受力，這樣就導致了主跨側主梁下撓，而不利于主跨側合攏，此時的索力是為保證副跨合攏需求、索塔受力安全的索力，要實現主跨合攏，必須對拉索做一次調索，為減小索力調整次數，應盡量將索力張拉到位。為此，可以從橋塔向主、副跨方向逐根將索力張拉到位。該工況應考慮（1）盡量多的將索力張拉到位，以免再次調索；（2）保證索塔受力；（3）保證不出現負反力，即應保證B4#墩不出現負反力；（4）主跨懸臂端位移滿足合攏需求，即主跨側合攏口位移協調。為此，確定最大單懸臂階段合理索力如下：

最大單懸臂合理索力、位移和支座反力、豎向位移

由該狀態下的位移及反力可知，在該索力下，合攏口豎向位移基本協調，但縱向存在位移差，支座也有一定的壓力儲備，塔底反力也不大，可以認為該階段的索力為合理索力。

3.全橋合攏階段：

由上述分析可知，主跨合攏口軸向位移差較大，為了實現無應力安裝，可將主邊跨側的梁體向橋塔方向頂推，頂推后的縱向位移為：

4.主跨合攏及支座復位

主跨合攏并將主邊跨支座復位后，該階段索塔塔頂最大縱向為20mm。

監控優化調整的成橋狀態，鋼箱梁的上緣最大壓應力為-63MPa，鋼箱梁的下緣最大壓應力為-127MPa，鋼箱梁的上緣最大拉應力為97.7MPa，鋼箱梁的下緣最大拉應力為58MPa，分別位于主梁B6號墩上緣和GJL節段端部。

四、成橋核算

由成橋索力、鋼梁位移、塔柱位移及支反力可以看出，成橋的索力與目標索力完全一致，成橋鋼梁的位移也與一次落架模型一致，塔柱位移也與目標值一致，支反力也比較吻合。成橋的內力狀態及位移狀態說明，通過無應力法優化調整施工階段索力，可以避免配重，能夠實現預期的目標狀態。

五、結語

通過優化措施，目前，開發路東延跨京杭大運河橋主體已經完工，且線形流暢，受力合理。