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.項目背景

針對大跨徑的斜拉橋，如果想要實現(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斜拉橋造成影響，因此無法在設(shè)計時對其有效的掌握。所以需要對斜拉橋開展實時的監(jiān)測和糾偏，確保在橋梁合龍時符合預(yù)期目標(biāo)。

2.線型控制的重點和難點分析

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，進(jìn)一步導(dǎo)致對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)計起重的相關(guān)方面和安全時應(yīng)當(dāng)重視。所以針對提升的裝置要做好力學(xué)的檢查測試，并重視橋面吊機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）項目地址溫度場變化大。大橋建造在熱帶的季風(fēng)氣候區(qū)域，晝夜的溫差十分大，因此在施工時對監(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穩(wěn)定的時間進(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線型造成不利的影響。

3.識別和調(diào)整造成影響的參數(shù)

3.1 參數(shù)識別

在施工過程中對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、溫度等是對結(jié)構(gòu)造成影響最大的部分，因此需要重點關(guān)注。

3.2 參數(shù)調(diào)整

在具體正式實施時必須提高對上述參數(shù)分析的頻率，仔細(xì)識別存在的誤差，并預(yù)測后續(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)對已施工段的索力再次調(diào)整。

4.仿真計算分析

當(dāng)下使用正裝和倒退的分析法是施工時的兩個主要方法。本次研究的主橋使用現(xiàn)場收集的相關(guān)參數(shù)開展有限元計算，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，自動計算主梁在無應(yīng)力的線形和拉索無應(yīng)力的長度。在計算時以正裝分析法為主，現(xiàn)利用迭代修正法對過程進(jìn)行模擬。把計算的結(jié)果代入仿真內(nèi)對計算的參數(shù)加以修正。如果修正后還存在偏差，則根據(jù)上一步的計算結(jié)果對下一步進(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.重點部位的施工監(jiān)控

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

在對鋼梁進(jìn)行實際施工中，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。在施工時實時監(jiān)測索力和橋面的預(yù)應(yīng)力以及面板接縫澆注。對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，確保實際的施工和方案的模擬值完全相同，并保障各項指標(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)計誤差時則立即進(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。在實際施工時，為確保橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實情況和理想狀態(tài)不存在偏差，需要針對荷載的偏差和混凝土收縮等因素進(jìn)行重點關(guān)注。如果斜拉橋的整體線型和設(shè)計出現(xiàn)過大的誤差時則應(yīng)當(dāng)對斜拉索的索力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

由于對斜拉索進(jìn)行大量的調(diào)整會對后續(xù)的施工造成嚴(yán)重的影響，在第一次進(jìn)行斜拉索的張拉時在中間的施工狀態(tài)時進(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)整時利用錨頭伸縮量進(jìn)行有效的控制，在調(diào)索時可以同時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，首先對斜拉索索力開展全面詳細(xì)的檢測，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，張拉每一根斜拉索之后會致使鋼梁與塔柱間的空間和位置均產(chǎn)生變化。并會導(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。在實施時應(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，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，受風(fēng)力荷載對斜拉索造成的影響較大，與此同時對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。