唐 勇,馬繼兵,范興貴,李曉軍

(金堂縣城鄉(xiāng)建設(shè)局，四川成都610400)

文章以毗河三橋主橋?yàn)槔?，對預(yù)應(yīng)力混凝土單索面非對稱斜塔斜拉橋的施工控制要點(diǎn)進(jìn)行了研究，通過施工控制計(jì)算與現(xiàn)場監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，研究該類橋梁主梁線形、內(nèi)力控制和溫度監(jiān)控、斜拉索索力測試等。在施工過程中進(jìn)行了有效的管理和控制，確保斜拉橋在施工過程中結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和變形始終處在安全范圍內(nèi)，以及成橋后的主梁線形逼近設(shè)計(jì)線形，受力處于最優(yōu)狀態(tài)。對類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工具有良好的參考價(jià)值和借鑒意義。

1 工程背景

毗河三橋及連接線工程位于成都市金堂與青白江交界地。橋跨布置設(shè)計(jì)為南引橋(3×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁)+主橋(60 m+90 m預(yù)應(yīng)力混凝土單索面非對稱斜塔斜拉橋)+北引橋(8×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁)。主橋基礎(chǔ)采用群樁承臺(tái)基礎(chǔ)，索塔、主梁均采用搭架現(xiàn)澆施工方法。主橋主梁為整幅現(xiàn)澆單箱四室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，主梁中心處高2.9 m。索塔為斜塔，與鉛垂線成11°夾角，索塔與主梁固結(jié)，澆筑索塔時(shí)同時(shí)澆筑墩頂實(shí)心段主梁。索塔上塔柱采用實(shí)心矩形截面，下塔柱采用實(shí)心“十”字形截面。全橋共11對斜拉索，縱向設(shè)計(jì)為平面索，采用單索面、扇形布置方式，主梁上邊跨索距4.3 m，主跨索距7.0 m。斜拉索采用一次張拉，拆除滿堂支架后，根據(jù)斜拉索實(shí)際內(nèi)力再進(jìn)行局部調(diào)整。全橋主橋總體布置見圖1。

圖1 毗河三橋主橋總體布置

2 施工控制計(jì)算分析

確定斜拉橋成橋狀態(tài)及施工階段狀態(tài)的內(nèi)力和線形是施工控制中最基本的內(nèi)容。必須通過合理的計(jì)算方法和理論分析來確定橋梁結(jié)構(gòu)在每個(gè)施工階段的內(nèi)力及線形，結(jié)合參數(shù)敏感性分析及誤差識(shí)別等手段控制施工過程中結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使最終成橋線形和受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。因此建立有限元模型的計(jì)算預(yù)測、誤差分析和調(diào)整工作是施工控制的核心內(nèi)容。毗河三橋主橋施工控制實(shí)時(shí)計(jì)算采用 MIDAS空間分析軟件進(jìn)行，計(jì)算模型如圖2所示，按照設(shè)計(jì)施工順序及施工方法共建立38個(gè)施工階段。建立模型時(shí)充分考慮了分階段施工、預(yù)加力效應(yīng)、混凝土收縮徐變效應(yīng)、溫度效應(yīng)等各種情況。

圖2 全橋結(jié)構(gòu)整體空間分析模型

3 施工控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工控制原則

施工控制是對成橋目標(biāo)進(jìn)行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標(biāo)的參數(shù)誤差，確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計(jì)要求。本橋梁按照以下原則進(jìn)行施工控制:(1)滿足結(jié)構(gòu)受力要求。主梁、拉索在各施工階段應(yīng)處于彈性狀態(tài)，成橋后的內(nèi)力應(yīng)與設(shè)計(jì)值相符。(2)滿足施工過程及成橋線形要求。施工過程中主梁的線形和位移應(yīng)處于合理范圍內(nèi)，成橋后主梁線形滿足設(shè)計(jì)要求。(3)在斜拉索張拉階段嚴(yán)格控制梁段線形。(4)斜拉索采用一次張拉，在拆除滿堂支架后，實(shí)行線形與索力的雙控。(5)具體調(diào)控手段：施工控制采用預(yù)測控制法。對于主梁和斜拉索內(nèi)力(或應(yīng)力)的調(diào)整，通過嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力束張拉力和斜拉索張拉力實(shí)現(xiàn)。對于主梁線形的調(diào)整，通過調(diào)整立模標(biāo)高實(shí)現(xiàn)，將參數(shù)誤差以及其他因素引起的主梁標(biāo)高的變化通過立模標(biāo)高的調(diào)整予以修正。

3.2 施工階段主梁標(biāo)高的確定

主梁預(yù)拱度及立模標(biāo)高控制是主梁線形控制的重要工作。毗河三橋主橋主梁線形控制實(shí)施過程是：理論計(jì)算主梁預(yù)拱度，并發(fā)布主梁預(yù)拱度指令，由施工單位根據(jù)滿堂支架預(yù)壓數(shù)據(jù)自行將相關(guān)變形反號(hào)疊加在預(yù)拱度值中。預(yù)拱度設(shè)置值按施工期主梁撓度、竣工后一段時(shí)間(考慮3 a)的混凝土收縮徐變撓度及1/2活荷載靜撓度，相加取反號(hào)而得。

3.3 索力張拉控制

索力張拉控制包括斜拉索到位張拉及全橋調(diào)索階段。在施工階段，索力張拉以控制標(biāo)高、線形為主，兼顧索力與應(yīng)力，根據(jù)參數(shù)敏感性分析結(jié)果，到位張拉時(shí)需對橋面臨時(shí)荷載進(jìn)行嚴(yán)格控制，臨時(shí)荷載需與計(jì)算模型保持一致。毗河三橋主橋施工控制過程中，斜拉索采用一次張拉，斜拉索索力誤差均能控制在5 %以內(nèi)。在拆除滿堂支架后，當(dāng)線形及索力誤差較大時(shí)，需進(jìn)行全橋調(diào)索，再對索力做適當(dāng)?shù)木植空{(diào)整。

3.4 現(xiàn)場參數(shù)識(shí)別

在橋梁施工過程中，大多數(shù)參數(shù)與設(shè)計(jì)值有差異，設(shè)計(jì)參數(shù)誤差是引起施工誤差的主要因素之一。因此施工控制中需對這些參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，對模型進(jìn)行修正，使實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)與理論狀態(tài)相吻合。在毗河三橋主橋施工控制過程中，重點(diǎn)對混凝土容重和彈性模量、斜拉索彈性模量進(jìn)行了分析識(shí)別，同時(shí)對主梁剛度、結(jié)構(gòu)溫度等參數(shù)進(jìn)行識(shí)別、修正，對橋面臨時(shí)荷載進(jìn)行嚴(yán)格控制，使理論計(jì)算與實(shí)橋測試結(jié)果較為吻合。

4 施工控制主要成果

4.1 主梁應(yīng)力

主梁應(yīng)力測試截面為：(1)主跨：索塔處主梁截面、1/4跨主梁截面、跨中主梁截面、3/4跨主梁截面；(2)邊跨：跨中主梁截面、索塔處主梁截面；同時(shí)在計(jì)算最不利截面布置應(yīng)力傳感器，全橋布置6個(gè)測試截面。每個(gè)主梁截面埋設(shè)12個(gè)傳感器，箱梁頂板埋設(shè)6個(gè)，底板埋設(shè)6個(gè)，主梁埋設(shè)傳感器個(gè)數(shù)共計(jì)72個(gè)。主梁每個(gè)截面所有傳感器的導(dǎo)線均引至橋面翼緣板，傳感器布置示意見圖3，主梁應(yīng)力監(jiān)測截面編號(hào)見圖4。

圖3 主梁應(yīng)力監(jiān)測截面?zhèn)鞲衅鞑贾?單位： cm)

圖4 主梁應(yīng)力監(jiān)測截面布置

主梁應(yīng)力實(shí)測值與理論計(jì)算值對比如圖5所示。頂板最大應(yīng)力實(shí)測值和理論值分別為-13.14 MPa和-12.2 MPa(負(fù)值表示壓應(yīng)力)，出現(xiàn)在C-C截面；底板最大應(yīng)力實(shí)測值和理論值分別為-12.11 MPa和-11.00 MPa(負(fù)值表示壓應(yīng)力)，出現(xiàn)在D-D截面。成橋?qū)崪y應(yīng)力與理論計(jì)算值基本吻合，誤差在±1.5 MPa以內(nèi)，施工過程中主梁應(yīng)力控制斷面法向最大壓應(yīng)力為-13.14 MPa，未現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，整個(gè)施工過程中主梁應(yīng)力是安全的。

圖5 主梁各截面應(yīng)力

4.2 主梁線形

影響主梁線形的因素主要有溫差、施工誤差、設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)測參數(shù)不符、外荷載、混凝土收縮和徐變等。主要選取主梁邊跨L/4截面、L/2截面、3L/4截面以及主跨L/4截面、L/2截面、3L/4截面共6個(gè)斷面進(jìn)行主梁變形監(jiān)測。全部斜拉索張拉完畢后的主梁變形實(shí)測與理論計(jì)算誤差對比如圖6所示：斜拉索張拉階段主梁實(shí)測變形與理論計(jì)算值吻合較好，軸線標(biāo)高誤差在-4.2～5.6 mm之間，說明主梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形行為與理論預(yù)測值相符性較高，主梁變形控制達(dá)到了預(yù)期成果，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6 主梁變形實(shí)測與理論值(L/4為近橋塔側(cè)， 3L/4為近過渡墩側(cè))

4.3 成橋索力

圖7給出了各斜拉索整體實(shí)際張拉力與施工控制理論張拉力的對比情況，可知各斜拉索實(shí)際張拉力均稍大于理論張拉力，采取索力控制措施后，最大相對偏差為4.2 %，斜拉索實(shí)際張拉力得到了較好控制，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖7 斜拉索索力(編號(hào)自橋塔側(cè)開始編號(hào))

5 結(jié)論

(1)斜拉橋施工控制須堅(jiān)持以主梁線形為主，兼顧斜拉索索力與梁體合理應(yīng)力的原則。

(2)有限元計(jì)算分析是整個(gè)施工控制的核心，而確定成橋目標(biāo)狀態(tài)和施工目標(biāo)狀態(tài)是施工控制兩項(xiàng)至關(guān)重要的工作，應(yīng)先確定成橋目標(biāo)狀態(tài)，然后以成橋目標(biāo)狀態(tài)為基礎(chǔ),根據(jù)施工工序確定各施工目標(biāo)狀態(tài)。

(3)所建立的施工過程計(jì)算模型準(zhǔn)確，對主橋施工過程結(jié)構(gòu)受力控制起到了良好作用。整個(gè)施工過程主梁構(gòu)件控制斷面應(yīng)力、變形均處于受力安全范圍，成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)合理。

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