大跨徑斜拉橋懸臂施工線型控制技術(shù)探討

林超 保利長大工程有限公司第二分公司

1.項(xiàng)目背景

針對(duì)大跨徑的斜拉橋，如果想要實(shí)現(xiàn)理想的空間線型與內(nèi)力則需要與科學(xué)的施工技術(shù)和方法進(jìn)一步的結(jié)合。只有嚴(yán)格控制施工的現(xiàn)場(chǎng)和關(guān)鍵的步驟，才能確保橋梁的施工質(zhì)量。某特大橋的主橋在設(shè)計(jì)中，受鋼梁的重量、斜拉索張拉力、原材彈模、混凝土收縮等因素對(duì)斜拉橋造成影響，因此無法在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其有效的掌握。所以需要對(duì)斜拉橋開展實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和糾偏，確保在橋梁合龍時(shí)符合預(yù)期目標(biāo)。

2.線型控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)分析

本次研究的特大橋，其主橋是50m+110m+380m+110m+50m的雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，主梁是疊合梁。但本次研究的斜拉橋存在以下特點(diǎn)，進(jìn)一步導(dǎo)致對(duì)線型的控制十分的困難。

（1）空間線型。大橋的主塔采用A型的鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，總共由六個(gè)部分構(gòu)建，分別為上塔柱、中塔柱、下塔柱、上橫梁、中橫梁、下橫梁。塔高140m。塔柱順橋向和橫橋向的寬度分別是6.5～8.5m和4～5.5m。上橫梁、中橫梁、下橫梁和上塔柱、中塔柱、下塔柱順橋向沿中心設(shè)立直徑為10cm，間距3m的通風(fēng)孔，孔向下傾斜5°。另外，塔柱空間的線形對(duì)勁性骨架和預(yù)埋索導(dǎo)管的定位標(biāo)準(zhǔn)要求非常高。

（2）梁段質(zhì)量大。圖1為疊合梁斜拉橋的標(biāo)準(zhǔn)長度6m的效果圖，而本橋的TBO節(jié)段長度為14m，已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)長度，并且整體的質(zhì)量為233噸，而標(biāo)準(zhǔn)的梁段則為200噸，因此在設(shè)計(jì)起重的相關(guān)方面和安全時(shí)應(yīng)當(dāng)重視。所以針對(duì)提升的裝置要做好力學(xué)的檢查測(cè)試，并重視橋面吊機(jī)的非彈性變形所造成的影響，確保橋梁施工的安全性。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)梁段三維效果圖

（3）主梁寬度寬。主梁的寬度達(dá)到33.6m，當(dāng)下國內(nèi)使用的單片主梁基本不高于30m，因此存在剪力滯后的效應(yīng)情況。所以需要有效的監(jiān)測(cè)橋面板預(yù)應(yīng)力的張拉和施工中的荷載以及索力等情況。

（4）項(xiàng)目地址溫度場(chǎng)變化大。大橋建造在熱帶的季風(fēng)氣候區(qū)域，晝夜的溫差十分大，因此在施工時(shí)對(duì)監(jiān)控產(chǎn)生較大的影響，因此需要將重要的施工段選擇溫度場(chǎng)穩(wěn)定的時(shí)間進(jìn)行施工，進(jìn)一步避免由溫度變化而造成塔偏和鋼梁收縮等對(duì)線型造成不利的影響。

3.識(shí)別和調(diào)整造成影響的參數(shù)

3.1 參數(shù)識(shí)別

在施工過程中對(duì)橋梁受力造成影響的參數(shù)眾多，主要為：梁段的質(zhì)量；斜拉索的張拉力；混凝土收縮；梁、塔、索的剛度；施工荷載的變化；溫度；預(yù)應(yīng)力等等。而在上述的因素內(nèi)，梁段的質(zhì)量、施工荷載、斜拉索的索力、溫度等是對(duì)結(jié)構(gòu)造成影響最大的部分，因此需要重點(diǎn)關(guān)注。

3.2 參數(shù)調(diào)整

在具體正式實(shí)施時(shí)必須提高對(duì)上述參數(shù)分析的頻率，仔細(xì)識(shí)別存在的誤差，并預(yù)測(cè)后續(xù)施工中的相關(guān)參數(shù)。構(gòu)建有效控制目標(biāo)的函數(shù)，設(shè)定斜拉索的索力作為自變量，主梁的標(biāo)高及截面的彎矩設(shè)定為因變量，然后進(jìn)行一系列的優(yōu)化調(diào)整。通過對(duì)剩余的鋼梁索力以及安裝的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步確保合龍的狀態(tài)符合線型，在施工時(shí)一定要確保安全可靠。如出現(xiàn)已施工的梁段存在偏差的情況則應(yīng)當(dāng)對(duì)已施工段的索力再次調(diào)整。

4.仿真計(jì)算分析

當(dāng)下使用正裝和倒退的分析法是施工時(shí)的兩個(gè)主要方法。本次研究的主橋使用現(xiàn)場(chǎng)收集的相關(guān)參數(shù)開展有限元計(jì)算，使用BDCMS開展整體主算，并利用MIDAS和TDV進(jìn)行整體的復(fù)核。主橋有限元使用非線性的理論，并且考慮到拉索的垂度和結(jié)構(gòu)位移的情況，自動(dòng)計(jì)算主梁在無應(yīng)力的線形和拉索無應(yīng)力的長度。在計(jì)算時(shí)以正裝分析法為主，現(xiàn)利用迭代修正法對(duì)過程進(jìn)行模擬。把計(jì)算的結(jié)果代入仿真內(nèi)對(duì)計(jì)算的參數(shù)加以修正。如果修正后還存在偏差，則根據(jù)上一步的計(jì)算結(jié)果對(duì)下一步進(jìn)行糾偏。表1是第5片梁的指標(biāo)參數(shù)和應(yīng)用的最終結(jié)果。

5.重點(diǎn)部位的施工監(jiān)控

（1）主梁的施工。依據(jù)鋼梁設(shè)計(jì)的安裝方案計(jì)算正裝迭代，并得出橋梁主梁理論的標(biāo)高，對(duì)橋機(jī)的剛度和強(qiáng)度加以驗(yàn)算，如果出現(xiàn)誤差的情況則利用正裝選代加以相應(yīng)的修正計(jì)算。

在對(duì)鋼梁進(jìn)行實(shí)際施工中，有效的監(jiān)控各梁段的鋼梁頂標(biāo)高、梁端的出絲量、塔端的出絲量、張拉力、荷載。對(duì)梁段的標(biāo)高和塔偏以及索力的理論值與誤差進(jìn)行有效的確定。在施工時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)索力和橋面的預(yù)應(yīng)力以及面板接縫澆注。對(duì)斜拉索的索力和主梁標(biāo)高以及平面坐標(biāo)等相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行量測(cè)，確保實(shí)際的施工和方案的模擬值完全相同，并保障各項(xiàng)指標(biāo)能夠有效的控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。為了有效的避免累積誤差的情況，如果發(fā)現(xiàn)超過設(shè)計(jì)誤差時(shí)則立即進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)一步保障后續(xù)的施工線型與合龍。

（2）二次調(diào)索。在實(shí)際施工時(shí)，為確保橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)情況和理想狀態(tài)不存在偏差，需要針對(duì)荷載的偏差和混凝土收縮等因素進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。如果斜拉橋的整體線型和設(shè)計(jì)出現(xiàn)過大的誤差時(shí)則應(yīng)當(dāng)對(duì)斜拉索的索力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

由于對(duì)斜拉索進(jìn)行大量的調(diào)整會(huì)對(duì)后續(xù)的施工造成嚴(yán)重的影響，在第一次進(jìn)行斜拉索的張拉時(shí)在中間的施工狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，如果出現(xiàn)結(jié)構(gòu)需要調(diào)整則將把需要進(jìn)行調(diào)整的索力變化值，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為各斜索在無應(yīng)力長度的相應(yīng)調(diào)整值，在調(diào)整時(shí)利用錨頭伸縮量進(jìn)行有效的控制，在調(diào)索時(shí)可以同時(shí)開展其它正常的施工作業(yè)。

第二次進(jìn)行張拉則在成橋之后，首先對(duì)斜拉索索力開展全面詳細(xì)的檢測(cè)，并在線形合理基礎(chǔ)之上確保合龍的索力與橋梁與設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)符合。

（3）斜拉索安裝。斜拉索于大橋的主梁基本索距12m，而邊跨的尾索區(qū)則是7.1m；塔上的索距2.0m，大橋一共使用了120根的斜拉索，最長為205m。圖2為斜拉索的實(shí)際布置圖，一共使用了七種平行的鋼絲斜拉索，分別是PES7的139、163、199、211、283、301、313。

大橋?qū)π崩鬟M(jìn)行第一次的張拉時(shí)，張拉每一根斜拉索之后會(huì)致使鋼梁與塔柱間的空間和位置均產(chǎn)生變化。并會(huì)導(dǎo)致前一根的斜拉索出現(xiàn)松弛的情況，因此，為確保全部索力的應(yīng)力均相同，對(duì)先安裝的斜拉索應(yīng)當(dāng)調(diào)整其索力比后安裝的高，經(jīng)運(yùn)行的電算分析得出不同的斜拉索的索力，進(jìn)而促使120根斜拉索完成張拉以后的索力均基本一致。在實(shí)施時(shí)應(yīng)當(dāng)將線形的控制當(dāng)作首要控制的目標(biāo)，斜拉索的索力則為輔助控制的目標(biāo)。在保證大橋鋼梁的線形以及斜拉索在無應(yīng)力狀態(tài)下的長度時(shí)，和上一偏梁段的誤差進(jìn)一步結(jié)合，把索力的誤差有效控制于標(biāo)準(zhǔn)中，橋址建設(shè)在候惡劣的區(qū)域，并且平均風(fēng)力為6級(jí)，受風(fēng)力荷載對(duì)斜拉索造成的影響較大，與此同時(shí)對(duì)懸臂的安裝也造成了較為嚴(yán)重影響，因此要在索導(dǎo)管的位置設(shè)立木楔來臨時(shí)的減震措施。

表1 參數(shù)和應(yīng)用的結(jié)果

圖2 斜拉索布置

6.結(jié)論

通過上述的深入分析，只有對(duì)線形與應(yīng)力開展有效的監(jiān)控，才能確保橋梁的線形符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。經(jīng)過利用正裝分析法與癥狀迭代糾偏的有效分析，最終得出有效的參數(shù)確保合龍的整體線形更加的直順與合理。