斜拉桥塔梁同步施工过程中主塔线形控制影响因素分析_杨天伟.pdf

公路 年月第期 收稿日期：文章编号：（）中图分类号：文献标识码：斜拉桥塔梁同步施工过程中主塔线形控制影响因素分析杨天伟，肖广生（中交一公局厦门工程有限公司厦门市 ）摘要：为分析塔梁同步施工时主梁、主塔线形及内力状况，探究拉索张拉次数、张拉力及主塔温度变化对索塔线形的影响，以某大桥为工程依托，采用 有限元软件对其塔梁同步施工全过程进行仿真模拟。研究结果表明：采用塔梁同步施工方法能够保证桥梁成桥状态下主梁、主塔线形及主塔受力在安全范围内；塔梁同步施工期间，拉索张拉次数对索塔线形影响较小；对比分析索塔在不同温度工况下的位移变化，发现温度效应对主塔偏位影响很大，在实际工程中应予以考虑。关键词：斜拉桥；塔梁同步施工；索塔偏位；温度梯度；可行性研究工程概况清水江大桥位于贵州剑河县，主桥跨越清水江，大桥主桥为塔、梁、墩固结的双塔中央双索面预应力混凝土斜拉桥，跨径布置为（），主桥全长 ，见图。单位：图清水江大桥桥型布置主桥采用大悬臂单箱五室 主梁，混凝土为 ，箱梁中心高度 ，横隔梁间距，在有索区与拉索对应布置。主桥索塔下塔柱采用双薄壁空心断面，上塔柱采用矩形空心断面。号、号索塔总高度分别为 、，索塔上塔柱共划分为 个施工节段。索塔两侧各布置 对拉索，中跨及边跨拉索梁上标准间距为，边跨尾索区拉索标准间距为。拉索在主梁和索塔上均采用混凝土齿块锚固。该桥主梁号、号、边跨现浇段采用落地支架现浇施工，其余节段采用挂篮悬臂浇筑施工；主塔采用爬模施工。该大桥为剑榕高速公路进度控制性工程，按照原有“先塔后梁”的施工流程无法满足工期进度要求，经各参建方商量后决定采用塔梁同步施工，即在施工主塔上塔柱号 号节段的同时完成主梁号主梁号节段的施工。按照初步工期计算，上塔柱施工节段的工期约为，主梁施工节段的工期约为，采用塔梁同步的施工方案可为该桥节省约 工期。塔梁同步施工研究 塔梁同步实施方案大桥主梁号节段前为对称施工节段，主梁号节段后边跨侧节段为压重节段，对塔偏影响较大，因此，选择在主梁号节段前完成塔梁同步施工。同时考虑到塔梁同步施工过程中上塔柱塔底应力储备较小的特点，确定实施的塔梁同步施工方案如下：主梁号节段施工完成施工上塔柱号号节段施工上塔柱号节段主梁挂篮拼装完成施工主塔号、号节段，同步施工主梁号节段施工主塔 号、号节段，同步施工主梁号节段施工主塔 号、号节段，同步施工主梁号节段进入常规挂篮悬臂浇筑施工流程。先塔后梁施工与塔梁同步施工方案对比 对于塔梁同步施工，需要关注以下两个重点问题（）采用先塔后梁施工或塔梁同步施工方案时，在不考虑收缩徐变的情况下，由于二者间的无应力状态量不变，其理论成桥状态应该一致，但由于实际主梁及主塔均为混凝土结构，其收缩徐变效应不可忽略，因此，需要对“先塔后梁”与“塔梁同步”这两个方案进行模拟正装分析计算，以对比二者在成桥阶段下主梁线形、塔偏位等参数的差异性。（）采用塔梁同步施工方案时，由于主梁施工时仅完成了部分上塔柱施工，上塔柱的压应力储备较采用“先塔后梁”施工方案低，因此，需要对施工过程中上塔柱的应力储备进行考量。对于上述关键问题，依靠 有限元结构分析软件建立有限元模型并分别模拟大桥先塔后梁和塔梁同步施工的过程，见图，通过对两种不同施工方法下的成桥状态对比来验证该桥塔梁同步施工的可行性，同时对塔梁同步施工阶段塔柱的受力情况进行重点关注。图大桥有限元计算模型 成桥线形（）成桥 年后，即结构收缩徐变完成后，以高塔侧为例，“先塔后梁”与“塔梁同步”两种方案主梁线形及主塔偏位对比情况见图和图，由图和图可以看出，在成桥 年状态下，二者主梁线形最大差值为 ，塔偏最大差值为 ，表明 这 两 种 施 工 方 法 的 差 异 性 对 成 桥 的 线 形 影响较小。图不同方案成桥 年主梁位移对比（）按照塔梁同步施工方案对塔梁同步施工期间上塔柱薄弱处受力进行计算分析，见图。由图可以看出，在整个塔梁同步施工期间上塔柱江侧、岸侧应力值均为压应力，未出现不良受力变化趋势；在主梁号节段施工后，江侧、岸侧应力值开始出现不 公路 年第期 年第期杨天伟肖广生：斜拉桥塔梁同步施工过程中主塔线形控制影响因素分析图不同方案成桥 年塔偏位对比对等的趋势，但在塔梁同步施工完成后其最大差值仅为 ，表明采用塔梁同步施工方案时，上塔柱受力能满足规范及设计要求，同时塔梁同步施工时对上塔柱的不对称受力影响较小。注：每个塔梁同步施工周期按个工序提取理论值，如：同步表示主梁号节段挂篮移出，同步表示主梁号节段浇筑完成，同步表示号索终张拉完成。图塔梁同步施工期间上塔柱受力情况塔梁同步施工主塔线形影响因素分析无论是先塔后梁施工还是塔梁同步施工，施工控制的目标都是为了使成桥时结构内力线形符合要求，塔梁同步施工的成桥线形合理，现对塔梁同步施工 过 程 中 可 能 对 主 塔 线 形 产 生 影 响 的 因 素 进行分析。拉索张拉次数对主塔偏位的影响 斜拉桥施工时多采用分批次张拉拉索的方式，现在考虑种工况来比较塔梁同步施工时拉索分级张拉对主塔偏位的影响，工况（现场实际工况）：拉索边跨与中跨同时张拉，分次张拉到位（初张力、终张力，张拉时间为空挂篮、预应力张拉后）；工况：拉索边跨与中跨同时张拉，次张拉到位；工况：拉索边跨与中跨同时张拉，分次张拉到位（张拉力分别为、，张拉时间为空挂篮、节段混凝土浇筑后、预应力张拉后）。运用模型模拟种工况下每对拉索张拉完成时主塔的偏位情况，分析数据见表。表各工况终张拉后主塔偏位对比数据塔端锚固点不同工况下主塔偏位数据对比工况工况工况号索终张后 号索终张后 号索终张后 号索终张后 号索终张后 号索终张后 注：以偏向岸侧为“”，偏向江侧为“”。由表可得，在塔梁同步时，拉索分级张拉（次张拉到位、次张拉到位、次张拉到位）对主塔偏位影响较小。考虑到现场实施时，拉索同步张拉过程中，索塔两侧的索力很难同时张拉到位，分级张拉后每一级的张拉索力较小，张拉过程更便于控制，分级张拉还是很有必要的。日照温差对主塔纵向偏位的影响为了探究局部不同日照温差的影响，选取索塔个典型控制截面并设定种温度工况作用进行对比研究，控制截面分别为塔顶截面、上塔柱中部、上塔柱底部截面，设定、共个温度梯度，利用模型并依靠其自带的梁单元温度梯度分析功能计算日照温差对索塔偏位的影响，分析结果见表。表日照温差对主塔偏位的影响温度梯度索塔纵向偏位塔顶上塔柱中部上塔柱底部 注：以偏向岸侧为“”，偏向江侧为“”。由表分析可知，日照温差对主塔纵向偏位的最大影响约为 ，位于塔顶处，该项目实际塔梁同步施工时间为月，受温度影响较大，因此，需在日出前或晚上：后等温度变化较小的时间段进行放样，以尽量避免日照温差对主塔偏位的影响。升降温对主塔线形的影响大桥桥位位于峡谷处，冬季、夏季温度变化明显，夏季温度可达，冬季温度可达。为了探究在不同季节下升降温的影响，拟定升温、升温、降温、降温 共个工况，通过有限元软件分析在塔梁同步施工期间主塔线形受升降温影响趋势，分析结果见表和表。表升降温对索塔偏位的影响升降温工况索塔纵向偏位塔顶上塔柱中部上塔柱底部升温 升温 降温 降温 注：以偏向岸侧为“”，偏向江侧为“”。表升降温对索塔高度的影响升降温工况索塔竖向位移值塔顶上塔柱中部上塔柱底部升温 升温 降温 降温 注：以偏向岸侧为“”，偏向江侧为“”。分析表和表可知，桥梁结构系统升降温对索塔偏位几乎无影响，而对索塔竖向位移值影响较大，在塔顶处达到了 ，在实际施工时必须考虑这部分影响，可通过在温度变化均匀的时间段放样并计入温度影响修正值对索塔标高及塔端拉索锚固点进行精确控制。结语塔梁同步施工作为一种新型的施工工艺具有明显的优势，一旦技术成熟将会大大缩短斜拉桥的建设周期。通过实际建设工程清水江大桥塔梁同步施工实例，通过有限元软件的分析，得出结论如下。（）通过有限元模拟计算对比分析两种施工工艺成桥状态下的线形，塔梁同步施工方法相比于先塔后梁施工，主梁线形最大差值为 ，塔偏最大差值为 ，表明这两种施工方法的差异性对成桥的线形影响较小；同时对塔梁同步施工期间的上塔柱薄弱处受力进行计算分析，结果表明，该方法能保证施工期间的受力要求，具有较好的可行性与合理性。（）在塔梁同步时，拉索分级张拉（次张拉到位、次张拉到位、次张拉到位）对主塔 偏位影响较小。（）温度的变化对于主塔线形的影响不可忽略，该项目具体表现为：日照温差对索塔塔顶处纵向偏位的影响约为 ，桥梁结构系统整体升降温对索塔塔顶处竖向位移的影响约为 ，考虑到温度影响，在实际工程中应该采取相应措施。参考文献：孙全胜，孙永存斜拉桥塔梁同步施工与控制技术的研究公路，（）熊邵辉，卓静马岭河斜拉桥塔梁同步施工技术控制公路，（）张淑坤，张向东，陆启珂 大跨度斜拉桥塔梁同步施工技术 广西大学学报：自然科学版，（）龙志林，李龙，等 大跨度预应力混凝土斜拉桥温度效应研究中外公路，（）罗晓兵，冯荣华，何运飞 塔梁同步施工技术 交通工程建设，（）公路 年第期