分階段施工橋梁的無應(yīng)力狀態(tài)控制方法

楊 軍

（新疆路橋建設(shè)集團有限公司，新疆 喀什 844000）

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，大跨度橋梁建設(shè)項目越來越多，分階段施工是必然的選擇，尤其是對大跨度斜拉橋。這主要是因為大跨度斜拉橋成橋恒載狀態(tài)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形是相對固定的，施工過程中的索力控制難度比較大，在這種情況下分階段施工可以減少控制的難度，保證工程建設(shè)的質(zhì)量。

1 無應(yīng)力狀態(tài)控制法的原理

分階段施工的橋梁結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)的內(nèi)力和位移，主要是由4個條件決定的：（1）外載荷作用的位置和大?。唬?）橋梁組成結(jié)構(gòu)構(gòu)成單元的幾何尺寸、位置和剛度；（3）邊界條件；（4）構(gòu)件單元無應(yīng)力狀態(tài)下的幾何長度和曲率。只要上述4個條件確定了，整個橋梁的內(nèi)力和變形也就確定了。對于橋梁結(jié)構(gòu)單元的安裝過程，即便采用的是幾何非線形結(jié)構(gòu)的橋梁，對于其內(nèi)力和變形也沒有影響。也就是說，對于分階段施工的橋梁結(jié)構(gòu)而言，最終狀態(tài)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移主要受幾何長度和曲率的影響。所以，無應(yīng)力狀態(tài)控制的基礎(chǔ)是一定的外荷載、結(jié)構(gòu)體系、支承邊界條件以及單元的無應(yīng)力長度和無應(yīng)力曲率組成的結(jié)構(gòu)。例如某斜拉大橋有兩個施工段，這兩個施工段的過程狀態(tài)可以用圖1來表示。

圖1中，兩個過程狀況可以分別用公式（1）和公式（2）表示：

圖1 兩階段無應(yīng)力狀態(tài)變化（單位：kN）

前后兩個階段的應(yīng)力變化為公式（1）減公式（2），用公式（3）表示為：

同時，在無應(yīng)力狀態(tài)控制法當(dāng)中，橋梁結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)力是隨著結(jié)構(gòu)的加載不斷變化的，同時受到體系轉(zhuǎn)化和斜拉索張拉變化的影響。如果斜拉橋的荷載和結(jié)構(gòu)體系相對固定，無應(yīng)力長度的變化應(yīng)該與單元軸力的變化保持一致。在斜拉橋分段施工中應(yīng)用無應(yīng)力狀態(tài)控制法，必須以上述基本原理為基礎(chǔ)。

2 無應(yīng)力狀態(tài)控制法在斜拉橋分段施工中的應(yīng)用

2.1 工程簡介

牧華路錦江斜拉橋位于四川省雙流縣，橋長730m，其中主橋為單塔雙索斜拉橋，長215m，引橋長515m，橋?qū)?2.5m，塔高88m，總投資1.5億元人民幣，工期24個月。錦江斜拉橋是目前國內(nèi)第二寬的斜拉橋，僅次于江蘇淮安宿淮高速公路五河口大橋。為了保證工程的順利進行，該大橋采用的是分段施工方案，為了保證分段施工的質(zhì)量，在施工當(dāng)中運用了無應(yīng)力狀態(tài)控制法。

2.2 無應(yīng)力狀態(tài)控制法在該工程中的應(yīng)用

2.2.1 斜拉橋安裝計算

通過前文的分析可以看出，影響斜拉橋最終狀態(tài)內(nèi)力和線形的因素有4個，即外載荷、結(jié)構(gòu)體系、支撐邊界條件和單元無應(yīng)力曲率。結(jié)合該工程，對各影響因素分析如下。

（1）外載荷。在該橋的施工中，結(jié)構(gòu)恒載一般是分次施加，但是最后的構(gòu)建單元恒載施加完畢以后，會去掉臨時荷載，導(dǎo)致荷載和位置都會發(fā)生一定的變化，但是在計算過程中，外荷載是確定的，需要按全部拆除以后的荷載進行計算。

（2）結(jié)構(gòu)體系。該橋雖然是分段施工，但是在施工過程中也有兩套方案，決定了它們在結(jié)構(gòu)體系上的差異，尤其是在分段施工中，結(jié)構(gòu)體系具有多邊形的特征，但是一旦施工結(jié)束以后，結(jié)構(gòu)體系就會固定不變，達到理想的狀態(tài)。

（3）支撐邊界條件。在斜拉橋的分段施工中，施工完成以后其支撐邊界才能達到設(shè)計要求和目標(biāo)狀態(tài)。

（4）單元無應(yīng)力曲率。由于施工中采用預(yù)制拼裝的方案，臺座預(yù)制過程中要在外型上滿足設(shè)計目標(biāo)及該階段無應(yīng)力曲率的要求。

結(jié)合上述4個因素，牧華路錦江斜拉橋安裝計算過程首先根據(jù)設(shè)計方案計算成橋目標(biāo)狀態(tài)各斜拉索無應(yīng)力長度，然后根據(jù)斜拉橋的施工方案以及分段施工方案，對各個階段進行計算。

2.2.2 過濾溫度計臨時荷載的影響

在牧華路錦江斜拉橋的施工中，溫度對于施工有著重要影響。在施工中必須在橋上設(shè)置應(yīng)力、索力、線形和溫度測點，以掌握其變化情況。在測量過程中，施工人員選擇日出前溫度相對比較恒定的時間同時測量，如果橋上正在施工，必須詳細測算臨時荷載的大小并記錄其位置。在溫度相對恒定的情況下，測試應(yīng)力、索力、線形、溫度、臨時荷載之間存在的對應(yīng)關(guān)系。在計算時，將測得的結(jié)果與設(shè)計時的理想狀態(tài)進行對比分析，以此判斷當(dāng)前結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，為下一階段提供依據(jù)。從理論上來講，根據(jù)收集到的信息來確定控制對策，能夠達到比較理想的效果。但是，在此基礎(chǔ)上的信息反饋以及監(jiān)控指令的執(zhí)行是一個難題。在牧華路錦江斜拉橋施工中，實際溫度不可能與設(shè)計中的理想溫度保持一致，并且在施工中每個測點的溫度都可能存在差異，這會直接影響到監(jiān)控指令的實施效果。為了解決這一問題，施工人員將不同階段下的斜拉索無應(yīng)力長度的差值作為依據(jù)，如果無應(yīng)力長度差值有所調(diào)整，可以讓結(jié)構(gòu)溫度和橋上臨時荷載與設(shè)計條件保持一致，此時計算的索力變化值會無限接近理想的設(shè)計目標(biāo)值，從而避免在計算的過程中出現(xiàn)偏差。

2.2.3 施工過程中的同步作業(yè)問題

牧華路錦江斜拉橋主梁采用的是混凝土澆筑施工的方式，在施工過程中為了保證混凝土澆筑完成以后主梁上緣拉應(yīng)力水平，在混凝土澆筑之前先張拉斜拉索，這樣能夠使主梁的上緣保持一定的壓應(yīng)力，避免混凝土澆筑時下部應(yīng)力變化對上緣內(nèi)力及位置產(chǎn)生影響。同時，新澆筑階段混凝土體積比較龐大，在澆筑之前預(yù)張拉的過程中，下部應(yīng)力受到控制，上部會出現(xiàn)預(yù)壓應(yīng)力不足的問題，因此在主梁澆筑過程中需要適當(dāng)增加一次調(diào)索，使上部預(yù)壓應(yīng)力達到混凝土澆筑的要求。在斜拉橋的同步作業(yè)過程當(dāng)中，本質(zhì)上是同步調(diào)整斜拉索索力，這既有利于提高斜拉橋的施工質(zhì)量，還能保證施工作業(yè)效率。

3 結(jié)語

總之，分階段施工橋梁的無應(yīng)力狀態(tài)控制是現(xiàn)代大跨度斜拉橋施工當(dāng)中的一項重要技術(shù)，在施工過程中必須處理好斜拉橋安裝計算、溫度、臨時荷載因素的影響等問題，只有這樣才能保證施工建設(shè)質(zhì)量。

[1]中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司.分階段施工橋梁的無應(yīng)力狀態(tài)控制法與工程實踐[R].武漢：中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司，2007.

[2]黃曉航.武漢白沙洲大橋斜拉橋施工監(jiān)控[C]//中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會2000年橋梁學(xué)術(shù)討論會論文集.北京：人民交通出版社，2000：409-412.