器桥梁工程 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 双塔单索面斜拉桥施工控制 袁帅华．韩成博 （湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭４１１２０１） 摘要：如皋长江大桥主桥为主跨２１８ｎｌ的双塔单索面ＰＣ斜拉桥。介绍了该斜拉桥施工控制的计算及索力监测的方法； 提出了改善主粱跨中内力的方法；运用有约束的影响矩阵法进行合龙后索力调整量的计算并对监控成果进行了分析。实 践证明，该桥的控制方法是成功的。 关键词：斜拉桥；施工控制；索力；影响矩阵 中图分类号：Ｕ ４４５．４６ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７６７（２０１４）０５—００５８—０３ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｔｗｉｎ－ｔｏｗｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｂｌｅ Ｐｌａｎｅ Ｃａｂｌｅ Ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｙｕａｎ Ｓｈｕａｉｈｕａ，Ｈａｎ Ｃｈｅｎｇｂｏ １工程概况 ２施工控制目标 如皋长江大桥主桥为双塔单索面预应力混凝土斜 如皋长江大桥主桥斜拉桥施工控制目标主要包 拉桥，跨径布置为９５ ｍ＋２１８ ｍ＋９５ ＩＴＩ。主塔为仙鹤造型， 括：１）使主梁纵面线形平顺，使合龙后的主梁纵面线 单箱单室预应力混凝土结构，塔身自桥面以上高度为 形符合设计和规范要求；２）分析各种偏差的原因及其 ８５ ｉｎ。主梁截面为单箱三室斜腹板箱梁，中心线处梁高 后果．使施工过程的每一阶段及其成桥后结构的荷载 ２．８ １３＇１，顶板宽２６．５ １１１，底板宽ｌ０．５ ｍ，悬臂长４ ｍ。斜拉索 效应（即主梁、桥塔、斜拉索的内力和应力）符合规范和 采用标准强度为ｌ ６７０ ＭＰａ的镀锌高强钢丝成品索，全 设计要求：３）对合龙方案和重要的施工工序进行论证 桥共６４对，扇形索面。桥梁总体布置如图１所示。 或优化，以降低造价，缩短工期。 ３施工控制计算 ３．１结构计算方法 如皋长江大桥施工监控采用考虑非线性的桥梁 博士平面杆系结构进行分析计算，空间分析以ＭＩＤＡＳ／ Ｃｉｖｉｌ ２０１０为平台。对于如皋长江大桥主桥斜拉桥结构， 采用正装迭代法确定合理的成桥状态，即先假定１组 图１桥梁总体布置图（ｃｍ） 施工索力，按既定的工序正装计算得到１个成桥状态， 将该成桥状态与已经确定的最优成桥状态比较，按 主塔混凝土段由于截面变化复杂。无法采用常规 最小二乘法原理使二者相差最小，从而对假定的索力 的爬模法进行施工，在实际施工中采用翻模和脚手架 进行修正，然后再用修正后的索力进行正装计算，重复 结合的方法，共分为１３个节段。Ｏ号块和边跨现浇段 以上过程直到收敛为止＿ｌ－ 。 采用支架现浇，合龙段采用吊架现浇，其余梁段采用 ３．２参数识别 前支点挂篮悬臂浇筑。其中主梁每悬臂浇筑１个节段 对于悬臂施工的斜拉桥，把握好实际的参数值（混 共分为７个工况：１）挂篮定位立模；２）第１次张拉前 凝土弹性模量、主梁自重、徐变系数、结构刚度等），进 支点斜拉索；３）主梁｝昆凝土浇筑一半；４）第２次张拉 行合理的施工理论计算，使计算模型所反映的规律与 前支点斜拉索；５）混凝土浇筑完毕；６）预应力张拉，降 实际相一致，是施工控制的重要内容＿３＿。通过灵敏度分 挂篮：７）主梁斜拉索第３次张拉至安装索力。 析可以发现实际过程中主梁自重和索力对主梁标高 ５８，｛｝荭投东２０１４Ｎｏ．５（Ｓｅｐ．）Ｖｏ１．３２ 桥梁３－程器 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 的影响远大于混凝土弹性模量、徐变系数等的影响。经 ６合龙后调索控制 过混凝土称重试验以及计算梁段钢筋的用量，选取初 ６．１ 调索方法 始钢筋混凝土重度为２７ ｋＮ／ｍ ，从索力和位移增量上 续施工可根据最小二乘法来修正参数ｆ４１。 ４斜拉索索力监测 该桥在施工过程中考虑到结构安全。斜拉索索力 中跨合龙后进行斜拉索第４次张拉。第４次张拉安排 在中跨合龙束张拉后，二期恒载施工前进行．此时结 可估计主梁自重和刚度是否和模型计算规律一致．后 采用分次张拉到位，中跨合龙前每根斜拉索张拉３次， 斜拉索张拉力直接影响主梁和主塔的内力和线 构的刚度较大，索力的变化对主梁线形的影响相对较 形，索力大小是反映全桥内力状态的重要指标。该桥斜 小，调索时应以索力控制为主。该桥采用影响矩阵法 拉索采用液压千斤顶张拉，用频谱分析法进行精度控 制。频谱分析法在现场使用索力动测仪，需要准确计 算出索力系数，受基本假定条件的，对于索力较 小的情况直接测试时误差较大。根据Ｈｉｒｓｈｉｚｕｉ提出的 斜拉索垂度影响系数计算公式． Ｋ＝Ｈ／￣， （１） 上 ＨＩ（ ） 。 式中：Ｋ为斜拉索垂度影响系数：日为索力水平方向分 量，ｋＮ；，ｎ为索的单位长度重量，ｋＮ／ｍ；Ｌ为索的水平 投影长度，１ＴＩ；Ａ为索的横截面积，ｍ２；Ｅ为索的弹性模 量，Ｎ／ｍｍ２；Ｌｃ为索的弦长，１３３。 当Ｋ＞Ｉ．５时索力与伸长量呈线性关系，可不考虑 垂度影响．此时斜拉索可作为弦来考虑，当Ｋ＞２．５时。 垂度对斜拉索固有振动影响很小。 由于该桥施工时斜拉索分３次张拉，第１次张拉索 力较小，此时计算的系数Ｋ普遍小于２，拉索垂度对基 频的影响较大：又由于空挂篮斜拉索第１次张拉挂篮底 板标高增值对斜拉索索力变化较为敏感，因此第１次张 拉时以标高控制为主，以千斤顶油表读数进行索力控 制。在对斜拉索进行第２次及第３次张拉时计算系数Ｋ 普遍大于２．５．此时索力动测仪测试的索力结果与千斤 顶按油表读数张拉相差１０ ｔ以内，精度满足规范要求。 ５中跨合龙控制 主桥中跨合龙利用“吊挂”法进行施工。中跨合龙 段位于８号墩１５号块和９号墩１５号块之间。该桥底 板未配置较多的预应力钢束，为保证合龙段下缘有足 够的压应力储备，合龙前在合龙段两端配置较大压重。 计算表明，当合龙前在合龙段两端各施加１００ ｔ压重 （合龙段混凝土置换压重除外），在预应力张拉完成并拆 除该压重后，合龙段下缘能够增加１．８５ ＭＰａ的压应力。 合龙段施工前后的计算工况如下：１）合龙段两端 布置压重：２）中跨合龙，边浇筑混凝土边置换“替换 重”；３）张拉中跨合龙预应力；４）拆除中跨吊架，卸载 １００ ｔ压重 进行合龙后的索力调整计算Ｉ ５】，将斜拉桥中关心截面 的应力、内力或位移作为受调向量｛Ｄ｝，以斜拉索的索 力作为施调向量｛Ｘ｝，通过影响矩阵 ］建立受调向量 和施调向量的关系 】｛ ｝＝｛Ｄ｝，求解线性方程组就可 得到施调向量｛ ｝。 ６．２调索结果分析 调索过程中对结构的变形和应力进行了监测．其 结果都达到了预期目标。塔偏位结果如表１所示，从 表１可以看出塔偏位控制较好；主梁关键控制断面应 力结果如表２所示．从表２可以看出主梁上下缘未出 现拉应力，实测应力和理论应力较为接近。应力分布 较为合理；斜拉索索力结果如图２所示，图２表明索 力误差都在５％以内，索力控制较好：主梁线形结果如 图３所示，图３表明主梁标高最大误差控制在３０ ｍｍ 以内，整体上主梁线形较为平顺。 表１ 调索后塔偏位理论值与实测值比较表ｍｍ 注：岸侧偏为正；江侧偏为负。 表２调索后８～９号墩主梁关键控制断面应力分析 ＭＰａ （下转第６１页） ２０１４年第５期（９一）第３２卷啼荭投木 ５９ 桥梁工程器 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 设上缘混凝土最大压应变为 ，则最大压应力 筋的实测应变平均值，该桥梁中跨跨中截面下缘钢筋 Ｅ・ ； 的实测应变平均值为６２ｘ１０ ； 上缘钢筋压应变＇￣Ｐ ｓ－ ． ，对应的压应力 ２）根据笔者的简化方法求解下缘钢筋拉应变。利 用ｍｉｄａｓ软件计算出测试截面的试验荷载作用下的弯 ＝Ｅ ・ ； 矩．然后根据材料强度、截面钢筋配置等信息求出下 下缘钢筋拉应变 ＝ ・Ｅ＇Ｃ－一，对应的拉应力 缘钢筋理论计算拉应变，其中跨中截面下缘钢筋理论 计算拉应变值为９０ｘｌＯ ； ＝Ｅ ・占 。 ３）用下缘钢筋的实测应变平均值除以下缘钢筋理 由∑Ⅳ＝０， 论计算拉应变值．即得到该测试截面的应变校验系数， ０．５× ｃ＿一・ ・ｂ＋ ・Ａ 一Ｏ－ｓ￣Ａ。＝０，代入具体数据 对于跨中截面．其应变校验系数为６２／９０＝０．６７。 后即可求出 。 ３结论 由∑Ｍ＝０， 结合以上探讨研究。对于钢筋混凝土桥梁的静载 ｔＣ＿一・ｂ・ ／６＋ｏ－ｔ ｓ￣Ａ ｔ ｓ・ｈｏ＝Ｍｓ，代人具体数据后即 试验分析．由于不能直接采用设计软件求出在试验荷 可求出 及 。 载作用下的下缘钢筋的拉应变值，所以建议采用笔者 ２静载试验结果评定实例 的简化算法算出其值，进而求出应变校验系数，以进 深圳市某钢筋混凝土连续箱梁桥，跨径为３ｘ２１ ｍ， 行结果评定。 ０ 桥宽４６．５ ｍ．为单箱ｌ０室截面形式，荷载等级为公路 Ｉ级。为达到规范规定的静力荷载试验效率，试验荷载 参考文献： 为１０台４５ ｔ的加载车，车尾对车尾对称加载。由于该 桥梁宽度较大，在测试截面沿桥宽方向的裂缝布置了 【１］广东省建筑科学研究院．城市桥梁检测技术标准ＤＢＪ／Ｔ １５— ｌ０组应变片，进行应变测量。以下为静载试验结果评 ８７—２０１１［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１１． 定过程： １）对测试截面（粘贴在梁底的）应变片的实测应 收稿日期：２０１４—０３一ｌ１ 变值取平均值，并根据平截面假定转化为下缘受拉钢 作者简介：欧阳涛，男，工程师，硕士，主要从事建设工程质量检测工作。 （上接第５９页） 工过程中对主梁和标高进行双控，并对主梁中跨合龙 方案进行了优化，实现ｌｌ￣，Ｎ合龙，中跨合龙误差仅４ｍｍ。 调索完成后结构受力状态较好，线形较为平顺，满足 Ｃ‘１６ ｃｔ１４ ｃ＿ｌ２Ｃ１０ Ｃ’８ Ｃ’６ Ｃ’４ Ｃ’２ Ｃ１ Ｃ３ Ｃ５ Ｃ７ Ｃ９ Ｃ１１ Ｃ１３ Ｃ１５ 翻 ．设计和规范要求。－ ０ 参考文献： 拉索编号 【１】颜东煌，刘光栋．确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法［Ｊ］． 图２调索后全桥索力分析 中国公路学报，１９９９，１２（２）：５９—６４． 【２］黄侨，吴红林，李志波．确定斜拉桥施工索力的正装计算法 ［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２００４，３６（１２）：１７０２—１７０４． 【３］向中富．桥梁施工控制技术［Ｍ】．北京：人民交通出版社，２０１１： １９７－１９８． 『４】袁帅华，颜东煌，李德建．武汉江汉四桥主桥施Ｔ控制计算 ［Ｊ］．湘潭矿业学院学报，２０００，１５（２）：７８—８２． ［５】肖汝诚，项海帆．斜拉桥索力优化及其工程应用［ＪＪ．计算力学 学报，１９９８，１５（１）：１ｌ８—１２６． 图３调索后主梁线形分析 收稿日期：２０１４—０３—１１ ７ 结论 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７８１９７） 实践证明。施工控制计算的方法是成功的。悬臂施 作者简介：袁帅华，男，副教授，博士后，研究方向为桥梁施工监Ｉ控。 ２ｏｌ４年第５期（９竹）第３２卷 荭投术 ６１
