大跨度混凝土獨塔斜拉橋施工與質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)特點，介紹了該類橋梁的施工與質(zhì)量控制要點，為相關(guān)人員提供參考。

大跨度；混凝土；獨塔斜拉橋；質(zhì)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(jié)合方式組成四種不同的結(jié)構(gòu)體系，即飄浮體系、支承體系、塔梁固結(jié)體系、剛構(gòu)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(shè)計計算與實際更接近，構(gòu)件制作精度較高，結(jié)構(gòu)細節(jié)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(yōu)點。但是鋼斜拉橋必須經(jīng)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(shè)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(jié)構(gòu)特點

主梁與橋塔同結(jié)，主梁與塔柱內(nèi)的內(nèi)力以及梁的撓度直接同主梁與塔柱的彎曲剛度比值有關(guān)。其主要優(yōu)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(jié)構(gòu)，塔柱和主梁的溫度內(nèi)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(zhuǎn)角位移會導致塔柱傾斜，使塔頂產(chǎn)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(jié)體系中，全部上部結(jié)構(gòu)的自重（包括塔柱的）和活載都經(jīng)由支座傳給橋墩，這樣就需設(shè)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(jié)構(gòu)變形量大，不同施工階段間的結(jié)構(gòu)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(shù)量多、傾角小，斜拉索垂度效應對結(jié)構(gòu)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(tài)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(jié)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(jié)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(cè)的斜拉索。由于端錨索錨同在邊墩附近，錨固剛度比跨內(nèi)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(shè)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(jié)構(gòu)本身特點，在施工階段就充分發(fā)揮斜拉索的效用，盡量減輕施工荷載，使結(jié)構(gòu)在施工階段和運營階段的受力狀態(tài)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(qū)現(xiàn)澆一段放置起吊設(shè)備的起始梁段，然后用各種起吊設(shè)備從塔柱兩側(cè)依次對稱安裝節(jié)段，使懸臂不斷伸長直至合龍；懸臂澆筑法，是從塔柱兩側(cè)用掛籃對稱逐段就地澆注混凝土。大跨度斜拉橋是現(xiàn)代橋梁技術(shù)發(fā)展的一個重要方向，其結(jié)構(gòu)復雜，使用期限長，造價高，環(huán)境條件極為惡劣。一旦出現(xiàn)事故，就將造成極為惡劣的社會影響及巨大的經(jīng)濟損失。結(jié)構(gòu)的非線性動力可靠性分析是工程設(shè)計和施工中必須考慮的重要問題之一。結(jié)構(gòu)物的非破壞檢測，主要通過動態(tài)性質(zhì)的改變，判斷橋梁動態(tài)性質(zhì)，受損之橋梁將會與完好的橋梁有所不同。根據(jù)連續(xù)梁損壞位置的檢測，進一步指出其模態(tài)的改變較自然頻率的改變大［5］?；炷辆植繀^(qū)域應力波引起的振動主要受到混凝土直接接觸區(qū)域的影響，因為混凝土為非均質(zhì)的材料，因此，所得到的振動數(shù)據(jù)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(wěn)定的。而梁的形狀、混凝土的性質(zhì)、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(qū)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(zhì)量控制

為了仿真橋梁結(jié)構(gòu)受損而產(chǎn)生裂縫，預先做好裂縫的混凝土預鑄梁，并利用傅立葉轉(zhuǎn)換其垂直向加速度的量測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)主要頻率因裂縫深度的增加而隨之降低，此一現(xiàn)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(xiàn)地結(jié)構(gòu)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(xiàn)地試驗，處理參數(shù)后可建立出可靠的模型［6］。并將試驗及模型比較分析。據(jù)合理的橋梁材料特性假設(shè)下，進行橋梁在設(shè)計載重作用下模型與現(xiàn)地試驗作比較。結(jié)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(huán)境振動法。強迫振動法需要大型的激勵設(shè)備，由記錄的輸入和輸出信號對橋梁進行模態(tài)參數(shù)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(xiàn)地試驗條件，結(jié)構(gòu)的復雜性和實測數(shù)據(jù)質(zhì)量等因素往往限制了專用強迫振動設(shè)備的使用。車輛、行人、風等是作用于結(jié)構(gòu)上的環(huán)境激勵或自然激勵，僅用環(huán)境激勵引起的振動響應進行結(jié)構(gòu)參數(shù)的識別，無須貴重的激勵設(shè)備，不影響結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)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(chǎn)生振動的裝備，整個試驗過程簡便、迅速。不過，由于環(huán)境振動的輸入能量極小，所以結(jié)構(gòu)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(jiān)測或是以有限時間對同一結(jié)構(gòu)物采多筆檢測數(shù)據(jù)進行比對［7］。

4　結(jié)論

實踐表明，大跨度混凝土獨塔斜拉橋在剛度、抗風抗震穩(wěn)定性、經(jīng)濟性及建造技術(shù)方面具有較大的優(yōu)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(zhì)量的控制，能夠提高橋梁的穩(wěn)定性和使用壽命。

［1］ 李巍，石振武，姜洪偉，王立峰.寒區(qū)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(jié)構(gòu)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(shù)，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