斜拉桥施工讲义1—基础

斜拉桥施工监控综述及典型案例介绍每日一练

斜拉桥将拉索和主梁有机地结合在一起，不仅桥型美观，而且根据所选的索塔型式以及拉索的布置能形成多种多样的结构形态，易与周边环境融合，是符合环境设计理念的桥梁形式之一。但是，斜拉桥对设计和施工技术的要求非常严格，斜拉桥的结构分析与设计与其它桥梁形式有很大不同，设计人员需具有较深厚的理论基础和较丰富的设计经验。在斜拉桥设计中，不仅要对恒荷载和活荷载做静力分析，而且必须做特征值分析、移动荷载分析、地震分析和风荷载分析。为了决定各施工阶段中设置拉索时的张力，首先要决定在成桥阶段自重作用下的初始平衡状态。

本篇文档将先介绍建立斜拉桥分析模型的方法，然后再计算拉索初拉力的方法，并查看分析结果的方法。分析软件选用MIDAS Civil 2019（V2.1）。软件MIDAS Civil是通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，MIDAS Civil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能：具有直观的操作界面，并且采用了尖端的计算机显示技术；提供菜单、表格、文本、导入CAD和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能，并尽可能使鼠标在画面上的移动量达到最少，从而使用户的工作效率达到最高；提供刚构桥、板型桥、箱型暗渠、顶推法桥梁、悬臂法桥梁、移动支架/满堂支架法桥梁、悬索桥、斜拉桥的建模助手；提供中国、美国、英国、德国、欧洲、日本、韩国等国家的材料和截面数据库，以及混凝土收缩和徐变规范和移动荷载规范；集成了静力分析、动力分析、几何非线性分析、屈曲分析、移动荷载分析、PSC桥分析、悬索桥分析、水化热分析等分析设计功能。目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。

构件自重由程序自动计算。分析中重点考虑桥面铺装、护墙等二期恒载，同时使用软件MIDAS Civil自带的优化法则计算相应拉索的初拉力。

文章编号:1671-2579(2005)04-0120-05岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥施工控制刘 建,李传习,刘 扬,夏桂云,张建仁(长沙理工大学,湖南长沙 410076) 摘 要:岳阳洞庭湖大桥是我国建成的第一座三塔PC斜拉桥,该文介绍了该三塔斜拉桥施工控制的原则、控制精度和控制内容及其控制效果。关键词:斜拉桥;施工控制;参数识别;控制效果

收稿日期:2005-02-20作者简介:刘 建,男,博士研究生,讲师.1 前言岳阳洞庭湖大桥位于湖南省岳阳市,是跨越洞庭湖口的一座特大型桥梁,桥梁全长5747.82m,其主桥为130+310+310+130m的三塔不等高双索面PC斜拉桥,纵向全漂浮体系,主梁采用整体肋板式断面,宽23m,梁高2.5m,其桥型布置见图1。由于斜拉桥施工远比一般梁桥复杂,为确保主桥施工过程中的安全、大桥顺利合龙及成桥线形与内力满足设计和规范要求,必须对其进行施工控制。

图1 桥型布置图(单位:m)2 施工控制的原则针对三塔PC斜拉桥结构体系新颖、技术先进、结构体系与独塔或双塔斜拉桥相比其整体刚度小、主梁施工过程应力大、结构受力性能复杂、施工控制难度大的特点,确定的施工控制原则是:对成桥目标进行有效控制,修正在施工过程中各种影响产生的应力和变位,确保成桥后结构内力分布合理,线形满足设计要求。2.1 受力要求反映斜拉索受力的因素应包括主梁、索塔和索三大部分的截面内力。通常起控制作用的是主梁的上、下缘正应力。在恒载已定的情况下,成桥索力是影响主梁正应力的主要因素,成桥索力微小的变化都会对其产生较大影响。塔的受力情况与梁有些不同,索力对塔的影响不如梁敏感,塔中应力容易得到满足。索力要满足最大最小索力要求,最大索力要求即钢丝强度要求,最小索力要求即拉索垂度要求。2.2 线形要求线形主要是主梁的标高,成桥后主梁的标高要满足设计要求。2.3 控制手段对于主梁或塔的内力调整,最直接的手段是调整索力。由于索力较小的变化就会在主梁中引起较大的内力变化,而索力本身又有一定的允许变化范围,因此,拉索索力可作为成桥目标中受力调控手段。对于主梁或塔的线形调整,调整立模标高是最直接的手段。将参数误差及索力调整引起的主梁标高变化通过立模标高的调整进行修正。因此,本桥的施工控制手段确定为索力标高双控,在悬臂施工阶段以主梁标高控制为主,兼顾索力;在后期调索阶段,以索力控制为主,兼顾主梁标高。3 施工控制精度施工控制的目标是结构成桥内力和线形满足设计和规范要求,同时还要确保施工过程中的安全,这些目标涉及到主梁、塔和斜拉索的应力,主梁标高及临时120 中 外 公 路 第25卷 第4期2005年8月墩、边墩反力等。综合考虑三塔斜拉桥受力特点、设计要求、目前施工技术水平和监控手段,确定该桥施工控制精度见表1。表1 洞庭湖大桥三塔斜拉桥施工控制精度控制内容控制精度备注立模标高?5mm索力张拉?5%梁段超重?4%应扣除实际容重因素已浇梁段标高?40mm,或小于L/5000L为主跨跨径主梁轴线偏位?10mm主塔偏位H/3000,且不大于30mmH为塔高4 施工控制主要内容4.1 理论计算通过理论计算以复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态。按施工和设计所确定的施工顺序,以及设计所提供的基本参数,通过正装计算和利用人工神经网络理论进行参数误差估计,使计算程序自适应施工过程,得到各施工状态及成桥状态下的结构内力及变形等控制数据作为斜拉桥施工控制的理论依据。计算内容主要包括:(1)各施工状态及成桥状态下状态变量的理论值:包括主梁标高、主塔偏位、索力及控制截面应力等;(2)施工控制数据理论值:包括立模标高及索力。4.2 施工过程监测本桥施工步骤为:¹各塔桩基、承台施工,再施工下塔柱和下横梁;º支架上浇注主梁0#、1#块,完成中、上塔柱施工;»将前支点挂篮安装到已浇主梁上,逐段对称悬浇主梁;¼支架上浇注边跨主梁尾端混凝土;½边跨合龙,解除边塔与主梁的临时固接,拆除边跨挂篮;¾继续浇注中塔主梁混凝土;¿两主跨同时合龙,解除中塔与主梁的临时固接,拆除主跨挂篮;À施工桥面铺装、防撞栏杆、灯柱等;Á调整部分未张拉到位的斜拉索至成桥索力。主梁一个标准节段为8m,施工一个梁段为一个阶段,为改善施工过程中挂篮和主梁的受力,每个阶段分9个工况,施工顺序见表2。斜拉桥施工控制是一个/施工)监测)计算分析)修正)预告0的循环过程,最根本的是在确保结构安全施工的前提下,做到结构内力和主梁线形符合设计表2 主梁标准梁段施工顺序步骤施工内容步骤施工内容1挂篮前移并立模6第三次张拉前支点斜拉索2第一次张拉前支点斜拉索7混凝土浇注完毕3主梁混凝土浇注1/38预应力张拉,降挂篮4第二次张拉前支点斜拉索9斜拉索第四次张拉至安装索力5主梁混凝土浇注2/3和规范要求。而监测是施工控制中的重要环节,主要内容包括主梁线形、主塔变位、拉索索力、结构应力和温度测试等。本桥具体的监测内容如下:(1)标高监测三塔斜拉桥为悬臂浇注施工,而且体系刚度相对较小,挂篮自重、混凝土自重、预应力大小、施工荷载、结构体系转化、混凝土收缩和徐变、日照和温度等对主梁挠度影响很大。为确保主梁线形平顺和主桥顺利合龙,每一段梁从立模、混凝土浇注、预应力张拉、斜拉索张拉、挂篮前移等工况都要进行悬臂前端5段梁标高测试和控制,根据实测标高和目标标高进行比较,若存在较大偏差,则可通过调整下节施工梁段的立模标高或在索力控制范围内进行调索,使实测标高和目标标高尽量吻合。为减少日照及气温对主梁标高的影响,立模时间一般要求在凌晨2B00~6B00,其他工况下标高测试时间也应在晚间进行;温度对主梁标高影响通过理论计算修正后计入立模标高内。(2)主塔偏位监测主塔在施工和成桥状态通过斜拉索承担梁体重量。在不平衡荷载、大气温差和日照影响下,均会使主塔产生不同程度的偏位。该主桥为三塔斜拉桥,走向基本为东西向,主塔偏位受不平衡荷载和日照影响与独塔或双塔斜拉桥相比明显偏大,主塔偏位对主梁标高变化影响大。为避免日照对塔柱偏位产生的影响,主塔偏位观测均安排在日出前进行;需对各梁段混凝土浇注、斜拉索张拉、合龙前后等工况进行测试;选择不同季节的晴天进行24h连续观测,以了解主塔在日照条件下的变位规律。(3)索力监测预应力混凝土斜拉桥一般在/最优0索力的条件下主梁的材料应力容许值已所剩不多,索力较小的偏差都会引起不利的弯矩,可能使截面应力超限,因此索力测试与控制是预应力混凝土斜拉桥施工控制中的一项最关键的工作之一,它不仅关系到主梁施工过程的安1214期 岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥施工控制 全,而且还影响到成桥线形和内力分布。索力测试精度要求高,难度大。本桥采用频率仪进行索力监测,为了控制好索力,主要采取了以下措施:对张拉千斤顶和油表进行定期标定;为避免日照及气温对斜拉索索力的影响,索力测试一般在晴天的晚间或阴天进行;斜拉索各次张拉、挂篮前移等工况测试悬臂前端5对索的索力,合龙前后进行全桥索力测试。同时通过对该桥斜拉索的固有振动进行非线性有限元分析,进一步考虑斜拉索垂度、斜度、抗弯刚度、边界条件的影响。研究发现:斜拉索垂度对基频影响较大,斜拉索斜度、抗弯刚度、边界条件对索力影响在5%以内,通过修正频率仪的索力测试系数来保证频率仪索力测试精度。(4)应变监测三塔斜拉桥施工过程中主梁应力和应力幅值都大。为随时了解主梁施工过程中结构应力的变化,确保主梁施工过程的安全,在多个结构控制断面布设多只经标定的应变计,组成一套和计算机联网的数据采集系统,实现了数据的自动采集、存储、分析和预报,以随时了解各工况结构各控制断面的应变变化情况,以便指导施工控制。为了及时、准确了解各工况结构各控制断面的应力变化情况,选择了主梁施工过程最大正、负弯矩截面,成桥状态最大正、负弯矩截面,主塔应力控制截面等共12个截面进行应力测试;在所埋应变计梁段张拉预应力之前,测试该梁段应变计应变初值;各梁段混凝土浇注、预应力张拉前后、挂篮前移、合龙前后进行应变测试。(5)温度监测温度变化,特别是日照温差的变化,对于斜拉桥结构内力和变形的影响很大,尤其是对于结构整体刚度偏小的三塔斜拉桥,在施工阶段,日照温差对主梁挠度和塔柱偏位的影响更是显著。因此需要对结构梁柱体温度进行测试,把采集的温度数据输入计算机进行分析处理,实时了解结构当时的温度梯度。为准确、及时采集结构体温度场数据,选择了几个有代表性的测温断面,对梁、塔温度场分布进行分析,建立了0形主梁温度模型,为分析温度对结构内力及主梁线形影响提供了理论指导。4.3 参数识别的仿真分析对于悬臂施工的斜拉桥,主梁梁体参数(如弹性模量和容重)、斜拉索参数(如弹性模量和容重等)等物性参数的合理估计是整个施工监控目标最后实现的基本前提。由于斜拉索的制造过程一般在工厂完成,其物理参数较稳定,因此斜拉索的物性参数离散性均不大。考虑到桥梁施工控制正分析时各构件均按其设计截面取其大小和形状,实际结构与设计结构在刚度(涉及主梁线形和立模标高值)、内力分布(涉及施工和成桥安全)、徐变性质(涉及线形、内力随时间的变化情况)等方面的差异主要可以通过主梁弹性模量、容重、徐变系数、挂篮刚度等参数来反映。而徐变系数和挂篮刚度可分别通过实测应变增量、某些阶段的挠度增量、挂篮现场试验用正分析软件试算确定。因此,选择主梁弹性模量、容重作为本桥施工控制中参数估计的对象。在本桥施工控制中利用人工神经网络的三层前馈性网络,改进BP算法,对主梁弹性模量、容重等物性参数实时估计。主要计算步骤如下。(1)原始数据前处理原始数据前处理包含从所测得的位移增量数据中消除测量差错、扣除温度影响两个方面的内容。在岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥施工控制过程中,为了保证原始测量数据的准确性,现场标高由施工方、监理方和施控方分别同时利用各自的测量仪器进行测量,经三方现场核对后,若三方测量结果之间的差异超过规定标准,则三方分别同时重新测量,从而将现场测量的随机误差控制在容许范围(3mm)之内。温度变化对前述的位移增量的影响较大,在确定输入向量的大小时必须予以扣除。为此,在施工控制过程中,通过预先埋设的测温元件,每个季节均对梁体、索塔和斜拉索的温度场进行了大量的24h连续测试,为消除温度变化影响提供了大量的现场测试的基础资料。同时,混凝土浇注前的测试和斜拉索第四次张拉前、后的测试尽量安排在日照影响较小的凌晨或阴雨天进行,以尽量减少温度变化对测试结果的影响。(2)主梁参数识别将扣除温度影响、消除测量差错的位移增量的测试数据作为输入向量,通过已训练好的三层神经网络对主梁弹性模量和容重进行估计。表3列出了12#塔主梁物性参数的估计结果。从表3可知,12#塔主梁弹性模量、容重分别在4.3@107kPa和26.5kN/m3附近波动。5 控制效果5.1 主梁标高全桥合龙,调索完成后对主梁标高进行了测量(图2),标高容许误差L/5000=6.6cm,合龙时全桥主梁122 中 外 公 路 25卷 表3 12#塔主梁物性参数估计结果梁段号岳阳侧华容侧弹性模量E/@104MPa容重C/kN#m-3弹性模量E/@104MPa容重C/kN#m-3梁段号岳阳侧华容侧弹性模量E/@104MPa容重C/kN#m-3弹性模量E/@104MPa容重C/kN#m-32#4.36926.164.35526.2513#4.33926.334.37026.283#4.29426.394.37626.2814#4.35925.994.36026.154#4.40326.584.34425.8315#4.34826.074.30225.935#4.34526.164.34126.0616#4.35226.574.41926.166#4.35426.424.37426.6417#4.36426.444.35126.297#4.34226.47

钢桁梁斜拉桥施工技术及质量要点控制

【摘要】在现代的大桥设计和建造的过程当中，最常见的大桥就是钢桁梁斜拉桥，为了能够更加了解钢桁梁斜拉桥的具体施工情况，保证钢桁梁斜拉桥的施工质量和技术，本文要结合具体的钢桁梁斜拉桥对钢桁梁斜拉桥的施工技术和质量要点的控制进行简要的探究和分析。

【关键词】钢桁梁；斜拉桥；施工技术；质量

引言

在钢桁梁斜拉桥当中，桁架指的是一些杆件在通过焊接、螺栓以及铆接等多种不同的方式或者方法制作成的支撑横梁结构，具有承受压力或者拉力的作用，同时应用桁架的杆件还能够节约不少建筑材料，显著减轻结构的重量，更加成分的发挥材料的作用，因此以桁架为基本材料的钢桁架以众多的优点被广泛应用。本次就结合具体的一座桥对钢桁梁斜拉桥的施工技术以及质量要点的控制进行简要的探究和分析。

1工程概况

鸭池河大桥（建成通车后的效果图如图1所示）是一座双塔双索面半漂浮体系的混合梁斜拉桥，这做桥的中跨就属于钢桁梁斜拉结构，本文以这段钢桁梁斜拉结构为例，进行钢桁梁斜拉桥的施工技术和质量要点的控制方法和措施进行简要的探究和分析。这段钢桁梁结构的采用的钢桁架是“N”型钢架，横向的桁架有2片主桁，钢桁架的中心间距大约为27m，桁架高度为8m，节点间的长度为16m，采用的边跨是预应力混凝土箱梁，由于钢桁梁结构等相关材料的运输条件会受到一定的限制的原因，因此，钢桁架的杆件、节点、正交异性桥面板单元等这些材料和结构都需要在厂内进行制作并完成预拼装，完成预拼装之后再将主桁杆件运输到施工现场，并在施工现场的拼装场地进行梁段组装，同时将桥面板的单元件也运到施工现场，当桥位梁段通过吊装的方式就位之后，就可以直接在桥上完成桥面板的组装、拼装、焊接，并完成，面漆的涂装等其他相关工作。

图1鸭池河大桥

2钢桁梁斜拉桥的施工技术 对于鸭池河大桥的高度比较高，要实现钢桁梁结构的搭建，从钢桁梁斜拉桥的施工技术要求来看，有以下几个方面的特点和难点，具体如下所示：第一，这座桥的桥址位于江边，因此地形比较复杂，施工场地也相对狭小，这种现状增加了钢桁梁结构的施工难度；第二，桁架的高度大约为8米，这座桥在精度测量的时候，难度会稍微比较大一点；对于鸭池河大桥的具体施工过程，最先施工的是GX段，然后再进行边跨的合拢施工，再然后是完成Z0节段的吊装施工，第四是进行Z1-Z23标准段的施工，最后完成Z24段的合拢；进行这几段的施工时，GX段的施工需要利用塔吊在桥位上进行瓶装，因此施工的技术难度比较大，与GX段相比，Z0-Z23段的施工和拼装就容易许多，只需要在拼装场地按照吊装顺序将其拼装成吊装节段，然后将运输到绳索吊吊装区域即可；进行Z24段的合拢时，需要配合桁架桥位配孔进行合拢，同时将桥面板分为二岸施工，随着节段顺序进行安装并将其焊接成桥面板[1]。

斜拉桥的施工概论

第一节概述

斜拉桥的施工，一般可分为基础、墩塔、梁、索等四部分,其中基础施工与其他类型的桥梁没有什么两样，墩塔和梁的施工也可在本书其他各章找到适当的方法。只有索的施工，包括索的制造、架设和张拉具有其特殊性。

但是斜拉桥作为一个整体，它的塔、梁、索的施工必须互相配合，服从工程设计意图。因此本章的讲述只将基础施工除外，对于塔和梁的施工不能不有所涉及，而以梁、索和各种具有代表性的斜拉桥上部结构的施工为本章叙述的主线。

近代第一座斜拉桥当属1955年的瑞典斯特姆松特桥(strem—sund)，它是一座稀索辐射式的斜拉桥，中孔跨度185.5752m，边孔74.676m。钢塔由梁上吊机安装，边跨钢梁在脚手架上拼装，中跨采用悬臂拼装法。斜拉索也是利用梁上吊机安装，随着钢梁的逐节悬臂前进，先连结下端，然后吊机退回至桥塔处安装上端，用千斤顶张拉。

从1955年至1957年世界上约有60座斜拉桥建成或正在设计中，几乎都是钢斜拉桥。直至1962年才有第一座砼斜拉桥建成，它就是委内端拉的马拉开波湖桥。我国自1975年建成第一座四川云阳的汤溪河桥后，斜拉桥总数据不完全统计，至今已达50座以上，大部分是砼斜拉桥。表11—1、11—2分别介绍了国内、外近年来建成的著名斜拉桥的施工概况。

一、塔的施工

索塔的材料可用金属、钢筋砼或预应力砼。索塔的构造远比一般桥墩复杂，塔柱可以是倾斜的，塔柱之间可能有横梁，塔内须设置前后交叉的管道以备斜拉索穿过锚固，塔顶有塔冠并须设置航空标志灯及避雷器，沿塔壁须设置检修攀登步梯，塔内还可能建设观光电梯。因此塔的施工必须根据设计、构造要求统筹兼顾。

索塔承受相当大的轴向力，还可能有弯矩，因此对索塔的尺寸和轴线位置的准确性应有一定的要求。

允许偏差值应考虑以下两个原则：①偏差值对结构物受力的影响甚微；②施工中经过努力可以达到的精度。参考国外资料，沿塔高每米高度允许偏差0.5mm，即倾角正切值tga=1/2000。我国斜拉桥塔施工精度现在尚无统一规定，上海柳港桥允许倾斜度为1／200，徐浦大桥允许偏差值如表11—3所示。