刘 兵 杨 铮 吴 杰 颜全胜

(华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510641)

非对称独塔斜拉桥边跨合龙受力性能影响研究

颜全胜(1968- )，男，教授

刘 兵 杨 铮 吴 杰 颜全胜

(华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510641)

以广东潮州大桥为工程背景，介绍了主桥边跨合龙的施工方案，并按实际施工流程建立有限元模型模拟合龙各个阶段，在施工过程中对主梁的标高和应力、主塔偏位及斜拉索索力等关键影响内容进行监测，实测结果与理论吻合较好。

桥梁工程，混凝土斜拉桥，有限元模型，边跨合龙

斜拉桥的边跨合龙工作是斜拉桥施工过程中的关键步骤，随着合龙工作的进行，主梁的标高和应力、主塔偏位及斜拉索索力等关键影响内容不可避免的会发生变化，为使斜拉桥的后续建设工作更加有序的进行，需要在合龙过程中监测关键项的变化情况，以便对于出现的偏离情况及时作出调整措施。徐剑楠等[1]对现场主梁的标高和应力、主塔偏位及斜拉索索力进行测量和分析，结果表明随着合龙步骤的进行，尾索索力呈降低趋势，但未指出其他斜拉索索力的变化情况。胡正荣等[2]对合龙各阶段的索力和标高进行测量和控制，但未对数据进行详细的对比与分析。本文对斜拉桥边跨合龙各阶段主梁的位移、应力、主塔偏位及斜拉索索力进行全面监测，并与理论值进行对比分析，得出了一些结论，希望能为今后同类桥梁的合龙工作提供参考。

1 边跨合龙方案

1.1工程概况

潮州大桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，跨度组合为(180+100+50)m，主塔高度105 m，为纵向A型、横桥向门字形布置的混凝土结构。主梁标准索距为7 m，密索区索距5 m，悬浇节段每7 m一个节段，0号块长38.4 m，边跨59.3 m非悬浇部分采用钢管支架现浇。主梁采用预应力混凝土箱梁，单箱三室结构，桥面宽度30.5 m。根据主梁施工工艺的特点，最终采用牵索挂篮施工主梁箱梁节段。

潮州大桥的桥型布置图、合龙段结构图及主梁横断面图分别如图1～图3所示，断面9和断面10为主梁应力监测断面，M22-M1及S1-S22分别为主跨和边跨斜拉索编号，H1-H36为主梁节段编号，其中H35为边跨合龙段，H1为主跨现浇段，H36为边跨现浇段。

1.2合龙方案

边跨合龙段长度为1.5 m、重72 t，为了方便施工且考虑安全性，直接将边跨挂篮前移3.6 m，利用挂篮作为合龙段的作业平台。由于两侧挂篮都重达140 t，且边跨行走挂篮的同时主跨挂篮保持不动，并且未给予一定配重，因此在合龙各个阶段对斜拉索、主塔及主梁的各个关键项的监测就显得尤为重要，边跨合龙施工流程如图3所示。

在合龙段施工之前，先对整天的气温进行观察和记录，并在一天中温度最低时锁定合龙口两端劲性骨架，然后按等重量配重[3]的原则在两侧各配置重量为合龙段一半的水袋，并对称于主梁中心线。在合龙段进行浇筑时将水袋中的水以重量等同于混凝土浇筑的速度向外排放，以保证合龙段两端始终处于平衡状态，以避免对已浇混凝土的扰动，从而保证合龙段混凝土的浇筑质量。同时要使合龙段施工的时间段处于一天中气温最低的时间段，以保证混凝土在最初养护的时间里气温处于上升状态，从而使合龙段混凝土处于受压状态，直到达到一定强度。

2 理论与实测数据分析

2.1有限元模型

在施采用Midas/Civil建立全桥有限元模型，全桥共714个节点，627个单元，其中主梁、主塔及挂篮采用梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟，共划分为230个施工阶段。索梁及索塔间采用弹性连接中的刚性约束，主梁与桥墩之间在实际约束位置采用一般约束。全桥有限元模型如图4所示。

2.2主梁位移控制

斜拉桥施工过程中不确定因素众多，并且混凝土浇筑时超重的现象时有发生，为了使主梁的位移能够在安全合理的范围内，需要对主梁位移进行控制。由于边跨合龙后主梁标高的波动量很小，很难再对主梁线形进行调整，于是边跨合龙与主跨合龙前悬臂状态位移的控制对于主梁线形的控制就显得尤为重要。另外，主塔偏位的产生也会使两侧主梁发生转动，从而影响主梁位移，所以主塔偏位也需要进行控制。合龙过程中主梁竖向位移与主塔偏位的对比如图5所示。

为方便比较，在图5中将所有起点位移值归为零，在边跨合龙阶段的第二步，边跨挂篮向前行走3.6 m，主跨挂篮保持不动，由于边跨挂篮重达140 t，边跨侧主梁H34端头在边跨挂篮移动后变形较大，实测其变形值达到10 mm，但由于主塔在纵桥向的抗弯刚度较大，所以挂篮的移动对主塔偏位的影响较小；在合龙阶段的第三步，劲性骨架锁定，合龙段两侧各配重36 t，浇筑合龙段的同时保持两侧配重同步卸载，直至合龙段浇筑完成。在合龙过程的各个阶段，实测值与理论值在趋势上比较吻合。

2.3索力控制

斜拉索是斜拉桥在建设过程中以及成桥以后的重要承重构件，是施工中控制的重点和难点，斜拉索索力控制的精准度直接影响主梁的受力状态、位移以及中轴线偏位，同时索塔的横向、纵向位移以及扭转程度也会受到不同程度的影响。

影响矩阵法通过广义影响矩阵将目标函数与索力变量联系起来，可以同时对多个目标函数进行优化，从而快速得到满足要求的索力值[4]，因此该斜拉桥成桥索力和合理施工阶段索力都采用影响矩阵法进行计算，成桥索力如图6所示。为了保证混凝土浇筑和挂篮受力的安全性，主梁每节段分两次进行浇筑，斜拉索分三次进行张拉。合龙阶段斜拉索索力的变化与主梁的受力密切相关，该斜拉桥边跨合龙各阶段实测与理论边跨索力变化见图7。

为使图形更加清楚的反映出实测索力的变化规律，图7中的索力值取为上下游索力平均值。在边跨合龙之后，相对于11号索终拉后的索力，边跨S1-S6索力有所下降，编号越靠近S1索力下降越多，相反S7-S11索力上升，并且编号越靠近S11索力上升越多，这是因为悬浇段与现浇段合龙成为整体前，合龙段一直是以荷载的形式作用在主梁上，直到进入并保持真正意义上的合龙状态，所以越靠近尾索，悬浇段端头下挠越多，同时索力也就增加越多。由于悬浇段端头下挠，主塔也向边跨侧发生轻微倾斜，同时斜拉桥具有一定的柔度，这就使得边跨主梁以编号为S6的位置为中心发生转动，靠近S11处下挠幅度越大，靠近S1处上挠幅度越大，所以呈现出以S6为中心，向两侧索力变化值逐渐增大。当卸下边跨挂篮时，边跨索力都出现不同程度的下降，由于越靠近辅助墩主梁竖向变形越小，同时边跨挂篮靠近辅助墩，所以主梁反弹最大的位置并不是边跨跨中，也不是编号为S11的斜拉索处，而是偏向跨中一些的S9处，由此处向两侧延伸，索力的变化量逐渐减小。实测索力与理论索力误差较小，大部分索力误差控制在3%以内，少部分索力误差控制在4%以内，同时在合龙各阶段，实测索力与理论索力的变化趋势吻合较好。

3 结语

本文以广东潮州大桥为工程背景，研究了边跨合龙对主塔偏位、斜拉索索力和主梁挠度与应力的影响，得出以下主要结论。

1)由于主塔沿主桥纵向的抗弯刚度较大，所以边跨合龙时主梁端头挠度与主塔偏位关联性并不大，在边跨合龙的各个阶段主塔偏位变化较小，而主梁悬浇段端头挠度相对较大。

2)边跨完成合龙之后，跨中斜拉索索力变化较小，越靠近长索，索力增加越多，越靠近短索，索力减小越多。

[1] 徐剑楠,夏争志,杜鹏刚,等.混凝土斜拉桥大跨度合龙施工控制研究[J].中外公路，2016(3)：168-172.

[2] 胡正荣,汪跃武.独塔四索面空间异形斜拉桥施工控制技术分析[J].中外公路，2015(1)：155-160.

[3] 张新志,张永水,朱慈祥,等.预应力混凝土连续刚构桥中跨合龙段配重方法探讨[J].施工技术，2008(2)：90-92.

[4] 杨 兴,张 敏,周水兴.影响矩阵法在斜拉桥二次调索中的应用[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2009(3)：508-511.

Researchonimpactofthemechanicsperformanceofsidespanclosureforasymmetricsinglepyloncable-stayedbridge

LiuBingYangZhengWuJieYanQuansheng

(SchoolofCivilEngineeringandTransportation，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510641，China)

Based on the engineering background of the Chaozhou bridge in Guangdong, this paper introduces the construction scheme of the side span closure of main bridge. According to the actual construction process, the finite element model is established to simulate the closure of all stages. In the process of construction, the key influence content, such as elevation and stress of main girder, deviation of main tower and cable force, are monitored and the measured results are coincident with the theoretical values.

bridge engineering, concrete cable-stayed bridge, finite element model, side span closure

1009-6825(2017)29-0161-02

2017-08-03

刘 兵(1993- )，男，在读硕士； 杨 铮(1989- ),男,在读博士; 吴 杰(1988- ),男,在读博士；

U448.27

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