分階段施工橋梁的無應力狀態控制方法

楊 軍

（新疆路橋建設集團有限公司，新疆 喀什 844000）

0 引言

隨著經濟的快速發展，大跨度橋梁建設項目越來越多，分階段施工是必然的選擇，尤其是對大跨度斜拉橋。這主要是因為大跨度斜拉橋成橋恒載狀態的結構內力和線形是相對固定的，施工過程中的索力控制難度比較大，在這種情況下分階段施工可以減少控制的難度，保證工程建設的質量。

1 無應力狀態控制法的原理

分階段施工的橋梁結構最終狀態的內力和位移，主要是由4個條件決定的：（1）外載荷作用的位置和大小；（2）橋梁組成結構構成單元的幾何尺寸、位置和剛度；（3）邊界條件；（4）構件單元無應力狀態下的幾何長度和曲率。只要上述4個條件確定了，整個橋梁的內力和變形也就確定了。對于橋梁結構單元的安裝過程，即便采用的是幾何非線形結構的橋梁，對于其內力和變形也沒有影響。也就是說，對于分階段施工的橋梁結構而言，最終狀態的結構內力和位移主要受幾何長度和曲率的影響。所以，無應力狀態控制的基礎是一定的外荷載、結構體系、支承邊界條件以及單元的無應力長度和無應力曲率組成的結構。例如某斜拉大橋有兩個施工段，這兩個施工段的過程狀態可以用圖1來表示。

圖1中，兩個過程狀況可以分別用公式（1）和公式（2）表示：

圖1 兩階段無應力狀態變化（單位：kN）

前后兩個階段的應力變化為公式（1）減公式（2），用公式（3）表示為：

同時，在無應力狀態控制法當中，橋梁結構單元的內力是隨著結構的加載不斷變化的，同時受到體系轉化和斜拉索張拉變化的影響。如果斜拉橋的荷載和結構體系相對固定，無應力長度的變化應該與單元軸力的變化保持一致。在斜拉橋分段施工中應用無應力狀態控制法，必須以上述基本原理為基礎。

2 無應力狀態控制法在斜拉橋分段施工中的應用

2.1 工程簡介

牧華路錦江斜拉橋位于四川省雙流縣，橋長730m，其中主橋為單塔雙索斜拉橋，長215m，引橋長515m，橋寬42.5m，塔高88m，總投資1.5億元人民幣，工期24個月。錦江斜拉橋是目前國內第二寬的斜拉橋，僅次于江蘇淮安宿淮高速公路五河口大橋。為了保證工程的順利進行，該大橋采用的是分段施工方案，為了保證分段施工的質量，在施工當中運用了無應力狀態控制法。

2.2 無應力狀態控制法在該工程中的應用

2.2.1 斜拉橋安裝計算

通過前文的分析可以看出，影響斜拉橋最終狀態內力和線形的因素有4個，即外載荷、結構體系、支撐邊界條件和單元無應力曲率。結合該工程，對各影響因素分析如下。

（1）外載荷。在該橋的施工中，結構恒載一般是分次施加，但是最后的構建單元恒載施加完畢以后，會去掉臨時荷載，導致荷載和位置都會發生一定的變化，但是在計算過程中，外荷載是確定的，需要按全部拆除以后的荷載進行計算。

（2）結構體系。該橋雖然是分段施工，但是在施工過程中也有兩套方案，決定了它們在結構體系上的差異，尤其是在分段施工中，結構體系具有多邊形的特征，但是一旦施工結束以后，結構體系就會固定不變，達到理想的狀態。

（3）支撐邊界條件。在斜拉橋的分段施工中，施工完成以后其支撐邊界才能達到設計要求和目標狀態。

（4）單元無應力曲率。由于施工中采用預制拼裝的方案，臺座預制過程中要在外型上滿足設計目標及該階段無應力曲率的要求。

結合上述4個因素，牧華路錦江斜拉橋安裝計算過程首先根據設計方案計算成橋目標狀態各斜拉索無應力長度，然后根據斜拉橋的施工方案以及分段施工方案，對各個階段進行計算。

2.2.2 過濾溫度計臨時荷載的影響

在牧華路錦江斜拉橋的施工中，溫度對于施工有著重要影響。在施工中必須在橋上設置應力、索力、線形和溫度測點，以掌握其變化情況。在測量過程中，施工人員選擇日出前溫度相對比較恒定的時間同時測量，如果橋上正在施工，必須詳細測算臨時荷載的大小并記錄其位置。在溫度相對恒定的情況下，測試應力、索力、線形、溫度、臨時荷載之間存在的對應關系。在計算時，將測得的結果與設計時的理想狀態進行對比分析，以此判斷當前結構的狀態，為下一階段提供依據。從理論上來講，根據收集到的信息來確定控制對策，能夠達到比較理想的效果。但是，在此基礎上的信息反饋以及監控指令的執行是一個難題。在牧華路錦江斜拉橋施工中，實際溫度不可能與設計中的理想溫度保持一致，并且在施工中每個測點的溫度都可能存在差異，這會直接影響到監控指令的實施效果。為了解決這一問題，施工人員將不同階段下的斜拉索無應力長度的差值作為依據，如果無應力長度差值有所調整，可以讓結構溫度和橋上臨時荷載與設計條件保持一致，此時計算的索力變化值會無限接近理想的設計目標值，從而避免在計算的過程中出現偏差。

2.2.3 施工過程中的同步作業問題

牧華路錦江斜拉橋主梁采用的是混凝土澆筑施工的方式，在施工過程中為了保證混凝土澆筑完成以后主梁上緣拉應力水平，在混凝土澆筑之前先張拉斜拉索，這樣能夠使主梁的上緣保持一定的壓應力，避免混凝土澆筑時下部應力變化對上緣內力及位置產生影響。同時，新澆筑階段混凝土體積比較龐大，在澆筑之前預張拉的過程中，下部應力受到控制，上部會出現預壓應力不足的問題，因此在主梁澆筑過程中需要適當增加一次調索，使上部預壓應力達到混凝土澆筑的要求。在斜拉橋的同步作業過程當中，本質上是同步調整斜拉索索力，這既有利于提高斜拉橋的施工質量，還能保證施工作業效率。

3 結語

總之，分階段施工橋梁的無應力狀態控制是現代大跨度斜拉橋施工當中的一項重要技術，在施工過程中必須處理好斜拉橋安裝計算、溫度、臨時荷載因素的影響等問題，只有這樣才能保證施工建設質量。

[1]中鐵大橋勘測設計院有限公司.分階段施工橋梁的無應力狀態控制法與工程實踐[R].武漢：中鐵大橋勘測設計院有限公司，2007.

[2]黃曉航.武漢白沙洲大橋斜拉橋施工監控[C]//中國公路學會橋梁和結構工程學會2000年橋梁學術討論會論文集.北京：人民交通出版社，2000：409-412.