開發(fā)路大橋獨(dú)塔單索面不對稱斜拉橋的施工優(yōu)化

薛玉波 余郁 陳曉飛

開發(fā)路東延跨京杭大運(yùn)河橋結(jié)構(gòu)全長668m，跨徑劃分為：（3×30）m：西側(cè)引橋+（35+100+135+45）m：主橋+[4×32.2+（32.2+33+32.2+32.2）]m：東側(cè)引橋。主橋橋型為獨(dú)塔單索面不對稱斜拉橋，全寬39m，引橋為等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，全寬39～51m。由無錫市政設(shè)計研究院有限公司設(shè)計，江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司承擔(dān)施工監(jiān)控。：

一、斜拉索設(shè)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(huán)。本橋采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1670MPa：的環(huán)氧涂層鋼絲束，在副跨及主跨側(cè)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(diǎn)副跨側(cè)順橋向間距為6.0m，主跨側(cè)順橋向間距為8.5m；塔柱上錨固點(diǎn)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(diǎn)

索塔兩側(cè)懸臂節(jié)段的長度相差2.5m，節(jié)段重量差460kN。相對于常規(guī)的平衡對稱施工而言，本橋施工具有不平衡施工的特點(diǎn)，且不平衡效應(yīng)隨懸臂的伸長而更加嚴(yán)重。為了達(dá)到平衡施工目的，設(shè)計推薦采用在副跨側(cè)設(shè)壓重的，壓重180t，且每施工2個節(jié)段就要將配重塊進(jìn)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(zhǔn)確預(yù)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(shè)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(jié)構(gòu)橋梁對線形要求更高。

鑒于該橋成橋索力的設(shè)置，主跨側(cè)索力3000kN，副跨側(cè)索力2530kN（2000kN靠近塔的3根索），且主跨側(cè)的拉索傾角較副跨側(cè)要小，成橋時索塔承擔(dān)一定的彎矩作用?？紤]到施工階段僅有裸梁自重作用及橋面吊機(jī)臨時施工荷載，鋼結(jié)構(gòu)主梁又具有一定的強(qiáng)度儲備，從簡化施工、方便控制的角度出發(fā)，監(jiān)控采取了無應(yīng)力狀態(tài)法的思路進(jìn)行計算，通過控制索力的大小來實現(xiàn)施工安全控制，在對該橋內(nèi)力建模分析的前提下，提出關(guān)鍵工況優(yōu)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(jù)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(jù)理論分析，橋面鋪裝后，調(diào)整張拉的拉索為最外側(cè)的。

4對拉索。

三、優(yōu)化措施

結(jié)合成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)、副跨合攏的需求、主跨合攏的需求、施工過程中不出現(xiàn)負(fù)反力、減少施工調(diào)索次數(shù)等幾方面因素，對施工流程做了優(yōu)化，模擬采取無應(yīng)力狀態(tài)法的思路，以副跨合攏位移和索塔受力為目標(biāo)，對最大懸臂節(jié)段索力進(jìn)行優(yōu)化調(diào)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(qū)間。

1.最大雙懸臂階段

施工順序為副跨側(cè)先合攏，再進(jìn)行主跨側(cè)合攏，副跨合攏前以副跨側(cè)主梁標(biāo)高控制為主同時，為減少橋塔的不利受力，可將主跨側(cè)的拉索索力的水平分量控制與副跨側(cè)索力水平分量相當(dāng)，這樣有利于控制橋面以上塔柱的位移，將兩側(cè)不平衡荷載產(chǎn)生的彎矩由下部墩身承擔(dān)，而下部墩身所承擔(dān)的彎矩以成橋時彎矩作為控制值，可以保證副跨側(cè)先行合攏。由塔底反力可知，該階段反力遠(yuǎn)小于成橋反力。可以看出，如不施加配重，而僅僅通過調(diào)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?lián)线_(dá)420mm。由于該橋副跨側(cè)拼裝節(jié)段要比主跨側(cè)拼裝節(jié)段短2.5m，雙懸臂階段時保證副跨側(cè)位移，同時根據(jù)索力水平分量相當(dāng)?shù)脑瓌t保證塔柱受力，這樣就導(dǎo)致了主跨側(cè)主梁下?lián)?，而不利于主跨?cè)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(xiàn)主跨合攏，必須對拉索做一次調(diào)索，為減小索力調(diào)整次數(shù)，應(yīng)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(yīng)考慮（1）盡量多的將索力張拉到位，以免再次調(diào)索；（2）保證索塔受力；（3）保證不出現(xiàn)負(fù)反力，即應(yīng)保證B4#墩不出現(xiàn)負(fù)反力；（4）主跨懸臂端位移滿足合攏需求，即主跨側(cè)合攏口位移協(xié)調(diào)。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(tài)下的位移及反力可知，在該索力下，合攏口豎向位移基本協(xié)調(diào)，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(rèn)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(xiàn)無應(yīng)力安裝，可將主邊跨側(cè)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(fù)位

主跨合攏并將主邊跨支座復(fù)位后，該階段索塔塔頂最大縱向為20mm。

監(jiān)控優(yōu)化調(diào)整的成橋狀態(tài)，鋼箱梁的上緣最大壓應(yīng)力為-63MPa，鋼箱梁的下緣最大壓應(yīng)力為-127MPa，鋼箱梁的上緣最大拉應(yīng)力為97.7MPa，鋼箱梁的下緣最大拉應(yīng)力為58MPa，分別位于主梁B6號墩上緣和GJL節(jié)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(biāo)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(biāo)值一致，支反力也比較吻合。成橋的內(nèi)力狀態(tài)及位移狀態(tài)說明，通過無應(yīng)力法優(yōu)化調(diào)整施工階段索力，可以避免配重，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)狀態(tài)。

五、結(jié)語

通過優(yōu)化措施，目前，開發(fā)路東延跨京杭大運(yùn)河橋主體已經(jīng)完工，且線形流暢，受力合理。