“斜拉—自錨式懸索組合體系”體系轉換施工優化

李海燕

摘要：在新型體系橋施工過程中，應對橋梁的結構體系形式進行分析、研究，根據橋梁特點對施工方案進行優化，以滿足施工的安全、合理、可操作性等諸方面要求，保證施工能安全、順利進行。文章對“斜拉—自錨式懸索組合體系”體系轉換施工優化進行了論述。

關鍵詞：體系轉換；施工優化；斜拉—自錨式；橋梁施工技術

中圖分類號：U448文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）04-0087-03

一、概況

在漢中市龍崗大橋的施工建設中，設計單位采用了“三塔斜拉－自錨式懸索組合體系橋”形式，結構形式獨特，結構體系及構造較復雜，設計為國內首創。

在橋梁的結構形式上，中間為單塔斜拉，兩側為自錨式懸索；在受力結構上，是利用橋梁橋面系來平衡主纜及斜拉索的水平力。橋梁的新型結構有其獨特的結構特點，為保證施工能安全、順利進行，施工前需對橋梁的結構體系形式進行分析、研究，將施工方案進行優化。

二、體系轉換的特點

按照設計施工方法及步驟，全橋主梁采用滿堂支架法施工，成橋過程需進行兩次體系轉換。

第一次轉換：通過張拉懸索主纜、吊索、斜拉背索及斜拉索，將自錨式懸索體系段和斜拉體系段主梁的自重由支架支承轉換為吊索及斜拉索支承（只保留合攏段支架），三橋各自獨立成橋。

第二次轉換：完成斜拉體系段與自錨式懸索體系段之間的合攏，通過解除臨時約束，釋放自錨式懸索橋梁體內的水平軸力，使水平軸力在跨中主塔墩處進行平衡，形成“三塔斜拉－自錨式懸索組合體

系橋”。

由兩次體系轉換過程可看出，體系轉換的重點均集中在兩側自錨懸索段主纜水平力的處理上。

三、體系轉換施工分析

按照先三橋獨立成橋，再進行合攏，釋放、平衡水平力的施工步驟，在單側懸索段獨立成橋時，主纜掛索施工時所產生的水平力必須進行臨時約束；全橋合攏成橋時，必須解除兩側水平力臨時約束，使全橋主梁受力平衡。根據設計提供的主纜索力及受力計算，主纜軸力經分解后水平分力通過背索提供的反向軸力抵消部分后，單塔側存在近30000kN的水平軸力。

在該橋結構設計上，主梁與懸索鋼副塔間采用的是漂浮結構形式（副塔墩處塔-墩固結、塔-梁分離，如下圖），在施工過程中此處為臨時約束的設置位置。結合體系轉換受力特點及施工現場情況進行分析，在施工中存在著一些難點和隱患。

首先，考慮梁體結構的安全性，在臨時約束處預留的施工空間有限，給臨時約束結構的安裝及后續解除約束操作帶來很大的影響；其次，由于臨時約束中存在非常大的水平軸力，在釋放時所采用的設備、施工操作均很難做到精細控制。如在臨時約束解除的過程中，水平推力在梁體傳遞平衡過程中若出現級差過大的不平衡情況時，將對梁體及中跨主墩產生破壞；不同側釋放達不到同步，會使箱梁梁體在受力不均的情況下產生梁體側彎等不利因素；在施工過程中，假如設備在受力時出現故障，將直接導致水平力的突然釋放，從而對橋梁結構產生破壞，因此這也是施工中存在的一個重要安全風險及隱患。

四、體系轉換方案優化

質量和安全是施工的重要保障條件，為消除施工中的重大安全風險及隱患，能更好、更有效地控制施工質量，對施工方案進行優化是必要的。

該橋梁施工采用的是搭建滿堂支架，符合自錨式懸索橋的施工特點。在此條件下，如果將三橋獨立成橋改變為全橋整體施工，主梁形成整體后進行掛索施工，在掛索施工過程中逐步平衡梁內水平力，施工則從多體系轉變為自錨式懸索橋體系施工方法，施工中水平力約束和釋放的過程及風險、隱患將消除。

全橋施工采用“先掛索，后合攏”或“先合攏，后掛索”的方案，關鍵在于工況改變后，各體系中索的索力、成橋后受力狀況、結構變形及成橋線形是否會發生改變，能否滿足設計成橋使用要求。

（一）原方案與優化方案索力及結構受力比較

采用優化方案時，隨著施工工序的改變使得施工工況有所不同，根據不同工況對斜拉、懸索中各索力及主要結構受力進行計算，得出結果如下表：

從比較結果看出，按兩種方案施工，各構件受力差別很小，且均滿足安全系數要求。

（二）原方案與優化方案結構變形比較

根據不同工況計算橋梁結構主要變形部位變形值，結果如下：

表 2施工最終階段（成橋后1000天收縮徐變完成）變形結果比較

主要變形部位 變形值

原設計方案 優化方案

主纜豎向變形：均在分纜處 -16.95cm -15.61cm

主梁邊跨的最大下撓量 -120.6mm -80.2mm

斜拉橋主梁跨中最大下撓量 -72.0mm -40.1mm

從比較結果看，兩種方案變形的最大差值僅為4.04cm，而撓度的差別在施工過程中通過預設反拱值很容易予以消除。

（三）原方案與優化方案成橋線形比較

先合龍主梁：主梁收縮徐變1000天的最終線形

后合龍主梁：主梁收縮徐變1000天的最終線形

由比較結果看，兩種方案施工后線形基本一致，均可滿足設計使用要求。

（四）施工方案選擇

經對上述計算結果進行分析，優化后的施工方案，在索的索力、成橋后受力狀況、結構變形及成橋線形等各方面均基本與原設計施工方案結果相符，且滿足設計及規范要求；成橋后狀態也能滿足使用階段要求，具有很強的可操作性，并且能簡化施工過程、消除安全隱患。

優化方案較原設計方案更適合施工、更加安全可靠，因此，優化后施工方案確定為施工實施方案。

五、結語

在施工方案制定過程中，在不改變設計方案的前提下，圍繞著全橋體系轉換的施工方法進行過多種設計、計算及比選，包括組合千斤頂、連桿、砂箱等多種釋放方式，但由于大噸位水平力釋放的特殊性，始終無法完全避免重大的安全風險。

在多方考慮下，換種思路從橋梁結構方式特點上著手，選擇調整體系轉換方式。由于改變了施工工序及施工工況，因此對全橋的施工及成橋狀態進行了模擬、計算、比較，最終確定了優化方案，并經論證后投入實施，成功地消除了隱患，順利地完成了

施工。

新型橋梁結構的施工，對橋梁結構特點的分析，對施工方案的優化是一個必要工作，只有通過方案優化研究，才能更好的理解橋梁的結構特點，從而更加安全、可靠地完成施工過程。

（責任編輯：趙秀娟）