试议大跨度钢箱梁斜拉桥施工控制

摘要：斜拉桥施工工序多，工艺复杂，所以施工期间应对大跨度钢箱梁斜拉桥进行全过程控制，制定合理的控制原则，从施工计算分析开始，过程中各构件的现场安装及关键工序等均需严格控制，保证施工过程中结构始终处于安全范围内，成桥后线形及内力状态均要符合设计要求。本文以某某跨海大桥北汊主桥为例，对钢箱梁斜拉桥的施工控制要点进行研究。

关键词: 斜拉桥;钢梁;箱形梁;无应力状态控制法;中跨合龙;有限元法;施工控制

中图分类号：U445 文献标识码：A

1.工程背景

某某跨海大桥北汊主桥为主跨44800 cm的双塔双索面半飘浮体系钢箱梁斜拉桥，跨径布置为7000 cm +160000c m + 44800c m + 16000c m + 7000c m，双向6车道，钢箱梁全宽38 m。全桥钢箱梁划分成10类梁段、99个节段制作。斜拉索采用1670MPa级7 mm的平行钢丝，最长索长约409 . 1 m，全桥共200根斜拉索。桥塔为钻石形。

某某跨海大桥北汊主桥结构布置见图1。

图1某某跨海大桥北汊主桥结构布置

主梁为全断面整体式扁平流线型钢箱梁，顶、底板采用正交异性板结构。钢箱梁中心线处梁高3. 5m，含风嘴全宽38 m，不含风嘴宽34. 108 m 。钢箱梁标准横断面见图2。

图2钢箱梁标准横断面

2.施工控制原则

大跨度钢箱梁斜拉桥按照以下原则进行施工控制:①满足结构受力要求。桥塔、主梁、索在各施工阶段应处于弹性状态，成桥后的内力应与设计值相符。②满足施工过程及成桥线形要求。施工过程中桥塔、主梁的线形和位移应处于合理范围内，成桥后主梁线形满足设计要求。③在钢箱梁拼装阶段严格控制梁段的安装夹角，在考虑误差修正的基础上，对其进行微调。④在斜拉索张拉阶段严格控制梁段线形。由于钢箱梁刚度较小，斜拉索索力的微小变化将引起悬臂端挠度的较大变化，因此在施工控制中应以主梁线形控制为主，索力张拉不应超过容许范围。⑤在中跨合龙后实行线形与索力的双控。由于施工过程中累积的误差，需结合全桥实测线形及索力情况，对索力做适当调整。此时结构的刚度增大，索力调整时以索力控制为主，达到平滑各类误差的效果。

3施工控制计算分析

3.1有限元计算模型

某某跨海大桥北汊主桥施工控制计算采用无应力状态法。无应力状态法是以成桥状态下索、梁、塔的无应力尺寸为目标，根据钢箱梁的无应力曲率来确定拼装阶段钢箱梁的状态，由斜拉索的无应力长度控制索力张拉值。该方法利用两状态之间斜拉索无应力长度的差值作为调整依据，可避开施工临时-荷载及温度的影响，并能满足施工过程中多工序同步作业。

有限元计算分析是整个施工控制的核心，根据桥梁结构特点确定合理的成桥状态及施工阶段状态，对于大跨度钢箱梁斜拉桥，采用斜拉索“一次到位”张拉方案，能大幅减少现场工作量、缩短工期。

3.2非线性因素

大跨度钢箱梁斜拉桥计算需考虑的非线性影响因素主要包括：斜拉索垂度效应、结构大变形效应及弯矩一轴力组合效应。大跨度钢箱斜拉桥非线性增量及非线性效应随着施工过程不断增大。SCDS软件通过Ernst公式修正索的弹性模量，处理索的垂度效应影响，采用拖动坐标法处理结构大变形效应，通过几何刚度法计算弯矩一轴力组合效应。经计算，非线性因素对成桥线形及索力的影响见图3。

a)成桥线形b)成桥索力

图3非线性因素对成桥线形及索力的影响

3.3目标状态的确定

目标状态的确定主要包括成桥阶段及施工阶段合理状态的确定，合理成桥状态的确定可以不考虑施工阶段的影响。建立一次成桥模型，确定成桥状态的斜拉索无应力索长。

混凝土梁斜拉桥或小跨径斜拉桥的竖向刚度一般由梁和索共同提供，因此在梁的容许应力范围内，可以由梁的弯曲来克服一部分结构自重，减小斜拉索索力，使用索量减少。而大跨径钢箱梁斜拉桥的竖向刚度主要由斜拉索提供，主梁刚度非常小，可采用零位移法来确定成桥状态，即将自重及斜拉索拉力作用下主梁及桥塔的节点位移为零作为成桥目标。将梁、索交点处设以刚性支撑，计算出各支点反力，利用索力的竖向分力和刚性支点反力相等的条

件，可以确定斜拉索索力。

3.4参数敏感性分析

大跨度斜拉桥施工过程中，材料参数、结构参数均会与设计取值有所差异，需对其进行敏感性分析及识别，以便修正理论计算模型，使理论计算与实际结构状态相吻合。这些结构参数主要有:桥塔刚度、主梁刚度、斜拉索弹性模量、梁段重量、温度影响等。某某跨海大桥北汊主桥结构参数变化对成桥状态主梁线形的影响见图4。

图4结构参数变化对成桥状态主梁线形的影响

4施工控制关键技术

4.1施工阶段主梁标高的确定

桥梁设计竖曲线一般为圆曲线，钢箱梁制造时，一般以多段折线代替曲线形成无应力曲率，在无应力状态下，梁段间夹角应为定值。

4.2索力张拉控制

索力张拉控制包括标准循环阶段的斜拉索到位张拉及全桥调索阶段。在施工阶段，索力张拉以控制标高、线形为主，兼顾索力与应力，根据参数敏感性分析结果，到位张拉时需对桥面临时荷载进行严格控制，临时荷载需与计算模型保持一致。某某跨海大桥北汊主桥施工控制过程中，斜拉索索力均能控制在5%以内。

在边、中跨合龙前，当线形及索力误差较大时，需进行全桥调索，根据实测结果进行平差计算得到斜拉索的拔出量，在现场即可控制拔出量完成平差调索。利用拔出量控制张拉索力，施工现场张拉斜拉索可与其他工序同步作业，不影响进度。

4.3现场参数识别

在桥梁施工过程中，大多数的参数与设计值有差异，设计参数误差是引起施工误差的主要因素之一。因此，施工控制中需对这些参数进行识别，对模型进行修正，使实际结构状态与理论状态相吻合。

下面针对某某跨海大桥北汊主桥施工至8号块节段浇筑完毕，进行的参数识别进行举例论述。将弹性模量增加1%，节段端部中轴线底板处的变形变化量见下表示。

节段号 变形（m）

5号块A 0.001

6号块A 0.001

7号块A 0.001

节段实测标高与理论标高的差值

节段号 变形（m）

5号块A 0.002

6号块A 0.007

7号块A -0.013

得：

所以：经过参数识别可知，可知某某跨海大桥北汊主桥在7号块浇筑完成前后一段时间内，计算模型中采用弹性模量为2.073x105MPa，可达到很好的线形控制效果。在后续施工过程中，及时进行参数修正，能使得全桥线形控制良好。

经过参数识别及数据分析，某某跨海大桥北汊主桥全桥施工过程，在计算型中采用弹性模量为2.073x105MPa，达到了很好的线形控制效果。

4. 4中跨合龙

某某跨海大桥北汊主桥合龙时间在7月初，由于厦门地区气温变化较大，合龙口状态对气温变化非常敏感，存在合龙段无法嵌入合龙口或焊缝过宽的风险，为确保中跨合龙的可控性，确定了单侧顶推为主、配切为辅的合龙方案。

大跨度斜拉桥中跨合龙时，合龙口间距变化量大，合龙时间紧迫。顶推辅助合龙方式提前将合龙段吊入合龙口，能够有较充裕的时间留给后续工作，同时能很容易控制焊缝宽度，又由于匹配后将主梁顶推回原位，对成桥结构的线形和索力无不利影响。在理论上可以按照设计尺寸制造合龙段，在现场只需考虑己安装梁段的误差对合龙段进行修正。

结束语

某某跨海大桥北汊主桥边跨合龙后，墩顶梁段轴线偏差3 mm，高程偏差上游为1mm、下游为6mm。由于梁段自身变形的影响，中跨合龙时合龙段与一侧悬臂端为顺接，与另一侧悬臂端测点高差上游侧为1mm、下游侧为12mm，合龙段环缝宽度均在6~10 mm，高差通过马板调平后，满足合龙焊接要求。在中跨合龙后进行全桥调索，调索后主梁线形平均误差为+9.5 mm，索力误差平均为+2.7%。

参考文献:

【1】何畏，唐亮，强士中，等大跨度焊接钢箱梁斜拉 桥施工控制技术研究及应用[J]桥梁建设，2002,(5）:14—18

【2】乐云祥，常英人跨钢箱梁斜拉桥施工控制要点分 析[J]国外桥梁，2000 , (3) :72一74

【3】李永乐，周述华，强士中.大跨度斜拉桥三维脉动风 场模拟厂[J]土木工程学报，2003,36(10) ;60-65.

【4】曾宪武，韩大建.大跨桥梁风致抖振时域分析及在ANSYS中的实现厂[J].桥梁建设,200(1);9-12.