大跨径斜拉桥悬臂施工线型控制技术探讨

林超 保利长大工程有限公司第二分公司

1.项目背景

针对大跨径的斜拉桥，如果想要实现理想的空间线型与内力则需要与科学的施工技术和方法进一步的结合。只有严格控制施工的现场和关键的步骤，才能确保桥梁的施工质量。某特大桥的主桥在设计中，受钢梁的重量、斜拉索张拉力、原材弹模、混凝土收缩等因素对斜拉桥造成影响，因此无法在设计时对其有效的掌握。所以需要对斜拉桥开展实时的监测和纠偏，确保在桥梁合龙时符合预期目标。

2.线型控制的重点和难点分析

本次研究的特大桥，其主桥是50m+110m+380m+110m+50m的双塔双索面叠合梁斜拉桥，主梁是叠合梁。但本次研究的斜拉桥存在以下特点，进一步导致对线型的控制十分的困难。

（1）空间线型。大桥的主塔采用A型的钢筋混凝土的结构，总共由六个部分构建，分别为上塔柱、中塔柱、下塔柱、上横梁、中横梁、下横梁。塔高140m。塔柱顺桥向和横桥向的宽度分别是6.5～8.5m和4～5.5m。上横梁、中横梁、下横梁和上塔柱、中塔柱、下塔柱顺桥向沿中心设立直径为10cm，间距3m的通风孔，孔向下倾斜5°。另外，塔柱空间的线形对劲性骨架和预埋索导管的定位标准要求非常高。

（2）梁段质量大。图1为叠合梁斜拉桥的标准长度6m的效果图，而本桥的TBO节段长度为14m，已经超出标准长度，并且整体的质量为233吨，而标准的梁段则为200吨，因此在设计起重的相关方面和安全时应当重视。所以针对提升的装置要做好力学的检查测试，并重视桥面吊机的非弹性变形所造成的影响，确保桥梁施工的安全性。

图1 标准梁段三维效果图

（3）主梁宽度宽。主梁的宽度达到33.6m，当下国内使用的单片主梁基本不高于30m，因此存在剪力滞后的效应情况。所以需要有效的监测桥面板预应力的张拉和施工中的荷载以及索力等情况。

（4）项目地址温度场变化大。大桥建造在热带的季风气候区域，昼夜的温差十分大，因此在施工时对监控产生较大的影响，因此需要将重要的施工段选择温度场稳定的时间进行施工，进一步避免由温度变化而造成塔偏和钢梁收缩等对线型造成不利的影响。

3.识别和调整造成影响的参数

3.1 参数识别

在施工过程中对桥梁受力造成影响的参数众多，主要为：梁段的质量；斜拉索的张拉力；混凝土收缩；梁、塔、索的刚度；施工荷载的变化；温度；预应力等等。而在上述的因素内，梁段的质量、施工荷载、斜拉索的索力、温度等是对结构造成影响最大的部分，因此需要重点关注。

3.2 参数调整

在具体正式实施时必须提高对上述参数分析的频率，仔细识别存在的误差，并预测后续施工中的相关参数。构建有效控制目标的函数，设定斜拉索的索力作为自变量，主梁的标高及截面的弯矩设定为因变量，然后进行一系列的优化调整。通过对剩余的钢梁索力以及安装的标高进行调整，进一步确保合龙的状态符合线型，在施工时一定要确保安全可靠。如出现已施工的梁段存在偏差的情况则应当对已施工段的索力再次调整。

4.仿真计算分析

当下使用正装和倒退的分析法是施工时的两个主要方法。本次研究的主桥使用现场收集的相关参数开展有限元计算，使用BDCMS开展整体主算，并利用MIDAS和TDV进行整体的复核。主桥有限元使用非线性的理论，并且考虑到拉索的垂度和结构位移的情况，自动计算主梁在无应力的线形和拉索无应力的长度。在计算时以正装分析法为主，现利用迭代修正法对过程进行模拟。把计算的结果代入仿真内对计算的参数加以修正。如果修正后还存在偏差，则根据上一步的计算结果对下一步进行纠偏。表1是第5片梁的指标参数和应用的最终结果。

5.重点部位的施工监控

（1）主梁的施工。依据钢梁设计的安装方案计算正装迭代，并得出桥梁主梁理论的标高，对桥机的刚度和强度加以验算，如果出现误差的情况则利用正装选代加以相应的修正计算。

在对钢梁进行实际施工中，有效的监控各梁段的钢梁顶标高、梁端的出丝量、塔端的出丝量、张拉力、荷载。对梁段的标高和塔偏以及索力的理论值与误差进行有效的确定。在施工时实时监测索力和桥面的预应力以及面板接缝浇注。对斜拉索的索力和主梁标高以及平面坐标等相关的数据进行量测，确保实际的施工和方案的模拟值完全相同，并保障各项指标能够有效的控制在标准之内。为了有效的避免累积误差的情况，如果发现超过设计误差时则立即进行相应的调整，进一步保障后续的施工线型与合龙。

（2）二次调索。在实际施工时，为确保桥梁结构的现实情况和理想状态不存在偏差，需要针对荷载的偏差和混凝土收缩等因素进行重点关注。如果斜拉桥的整体线型和设计出现过大的误差时则应当对斜拉索的索力进行相应的调整。

由于对斜拉索进行大量的调整会对后续的施工造成严重的影响，在第一次进行斜拉索的张拉时在中间的施工状态时进行，如果出现结构需要调整则将把需要进行调整的索力变化值，进一步转换为各斜索在无应力长度的相应调整值，在调整时利用锚头伸缩量进行有效的控制，在调索时可以同时开展其它正常的施工作业。

第二次进行张拉则在成桥之后，首先对斜拉索索力开展全面详细的检测，并在线形合理基础之上确保合龙的索力与桥梁与设计的理想状态符合。

（3）斜拉索安装。斜拉索于大桥的主梁基本索距12m，而边跨的尾索区则是7.1m；塔上的索距2.0m，大桥一共使用了120根的斜拉索，最长为205m。图2为斜拉索的实际布置图，一共使用了七种平行的钢丝斜拉索，分别是PES7的139、163、199、211、283、301、313。

大桥对斜拉索进行第一次的张拉时，张拉每一根斜拉索之后会致使钢梁与塔柱间的空间和位置均产生变化。并会导致前一根的斜拉索出现松弛的情况，因此，为确保全部索力的应力均相同，对先安装的斜拉索应当调整其索力比后安装的高，经运行的电算分析得出不同的斜拉索的索力，进而促使120根斜拉索完成张拉以后的索力均基本一致。在实施时应当将线形的控制当作首要控制的目标，斜拉索的索力则为辅助控制的目标。在保证大桥钢梁的线形以及斜拉索在无应力状态下的长度时，和上一偏梁段的误差进一步结合，把索力的误差有效控制于标准中，桥址建设在候恶劣的区域，并且平均风力为6级，受风力荷载对斜拉索造成的影响较大，与此同时对悬臂的安装也造成了较为严重影响，因此要在索导管的位置设立木楔来临时的减震措施。

表1 参数和应用的结果

图2 斜拉索布置

6.结论

通过上述的深入分析，只有对线形与应力开展有效的监控，才能确保桥梁的线形符合设计的标准和规范。经过利用正装分析法与症状迭代纠偏的有效分析，最终得出有效的参数确保合龙的整体线形更加的直顺与合理。