半漂浮體系鋼-混混合梁斜拉橋施工控制敏感參數分析

■陳智威

（福建省高速公路建設總指揮部 福州 350000）

1 工程概況

某高速公路跨江大橋為主跨818m 的雙塔雙索面混合梁斜拉橋， 其跨徑布置為70m+75m+84m＋818.0m＋233.5m+124.5m，箱梁全寬(含風嘴)38.9m。主梁東側邊跨及主跨索塔附近區域為混凝土主梁，主跨大部分及西側邊跨為鋼箱主梁；索塔采用 “H”形結構，分為下塔肢、中塔肢、上塔肢三部份，中、下塔肢為鋼筋混凝土結構，上塔肢(拉索錨固區)為鋼錨梁＋混凝土塔壁組合結構。斜拉索為空間扇形雙索面，材料采用Φ7 平行鋼絲，全橋共216 根。

圖1 橋梁結構布置圖

2 模型建立

本文以施工過程中出現的誤差對成橋后的結構影響為研究對象，不考慮施工階段進行模擬，建立兩套模型，一套為以設計圖紙為標準建立的基準模型，另一套為根據誤差假設建立的對比模型。兩套模型均采用以下參數。

2.1 單元劃分

計算采用西南交通大學橋梁結構計算程序NLABS，模型全橋實際結構主梁按斜拉所錨固節點進行結構離散，主梁及塔、墩采用二維梁單位進行模擬，斜拉索采用只能承受拉力的索單元模擬， 計算時考慮斜拉索垂度和大位移幾何非線性效應的影響。 整體坐標系建立以順橋向為x 軸，豎向為y 軸的坐標系。

2.2 主要材料屬性

主梁采用C55 混凝土，斜拉索采用高強平行鋼絲，鋼箱梁采用Q345C 橋梁結構用鋼，材料屬性見表1～3：

表1 混凝土材料屬性

表2 鋼箱梁材料屬性

表3 斜拉索材料屬性

2.3 邊界條件

成橋狀態結構邊界約束條件如表4 所示：

表4 成橋狀態結構邊界約束條件

3 計算對比結果

根據現有大跨度橋梁設計理論及經驗，橋梁動力特性為大跨度橋梁設計極限的控制因數，因此本文在計算結果對比時，對混凝土主梁以從力學角度分析為主，鋼箱主梁以線形控制為主。

3.1 拉索錨點未修正對成橋影響量計算結果

在施工塔柱時，塔柱拉索錨點的坐標由設計坐標決定，通過切實可行的測量措施和適當的施工工藝，在放樣時塔柱拉索錨點的坐標是可以達到設計要求的，但由于塔柱彈性壓縮和收縮、徐變等因素的影響，塔柱長度會較設計長度有所縮短，即使在放樣時塔柱拉索錨點的坐標與設計坐標重合，在主梁施工和成橋時，塔柱拉索錨點的標高也將比設計標高要矮，故在施工塔柱時需對塔柱拉索錨點進行預抬高。以下為修正前后對比。

3.1.1 索力影響量

索力影響量詳見表5 和圖2。

表5 索力影響絕對量統計表

圖2 索力影響相對量

3.1.2 混凝土主梁應力影響量

混凝土主梁應力影響量詳見圖3。

圖3 混凝土主梁應力增量(應力單位：MPa)

3.1.3 裸塔狀態塔柱與鋼錨梁變形差

主梁鋼錨施工施工過程中采用節段豎向拼裝方式施工，而主塔砼節段采用現澆施工，故在裸塔狀態砼節段與鋼錨梁將引起壓縮量差值。

由圖4 可知在26 號索套管處，鋼錨梁與對應塔柱混凝土節段出現14.1mm 高差。

圖4 砼節段與鋼錨梁壓縮量差值(差值單位：mm)

3.2 主梁混凝土彈性模量差異影響量計算結果

基準模型材料參數采用規范值，對比模型主梁混凝土彈模值采用工地實測值， 實測彈模值為4.26E4MPa，比規范值大20%，兩套模型其余參數均采用規范值及圖紙設計值。

3.2.1 索力影響量

索力影響量詳見表6 和圖5。

表6 索力絕對影響量統計表

圖5 索力影響相對量

3.2.2 混凝土主梁應力影響量

混凝土主梁應力影響量詳見圖6。

圖6 混凝土主梁應力增量(應力單位：MPa)

3.2.3 成橋線形影響量

成橋線形影響量詳見圖7。

圖7 主梁成橋線形增量(單位：m)

3.2.4 鋼箱梁制造線形影響量

鋼箱梁制造線形影響量詳見圖8。

圖8 鋼主梁制造線形增量(單位：m)

3.3 斜拉索彈性模量差異影響量計算結果

基準模型材料參數采用規范值，對比模型斜拉索彈模模值為2.00E5MPa，兩套模型其余參數均采用規范值及圖紙設計值。

3.3.1 索力影響量

索力影響量詳見表7 和圖9。

表7 索力影響絕對量統計表

圖9 索力影響相對量

3.3.2 混凝土主梁應力影響量

混凝土主梁應力影響量詳見圖10。

圖10 混凝土主梁應力增量(應力單位：MPa)

3.3.3 主梁成橋線形影響量

主梁成橋線形影響量詳見圖11。

圖11 主梁成橋線形增量(單位：m)

3.3.4 鋼主梁制造線形影響量

鋼主梁制造線形影響量詳見圖12。

圖12 鋼主梁制造線形增量(單位：m)

3.4 混凝土主梁澆筑超方2%影響量計算結果

基準模型主梁混凝土方量采用設計方量，對比模型方量按超方2%考慮，兩套模型其余參數均采用規范值及圖紙設計值。

3.4.1 索力影響量

索力影響量詳見表8 和圖13。

表8 索力影響絕對量統計表

圖13 索力影響相對量

3.4.2 混凝土主梁應力影響量

混凝土主梁應力影響量詳見圖14。

圖14 混凝土主梁應力增量(應力單位：MPa)

3.4.3 成橋線形影響量

成橋線形影響量詳見圖15。

圖15 主梁成橋線形增量(單位：m)

3.4.4 鋼箱梁制造線形影響量

鋼箱梁制造線形影響量詳見圖16。

圖16 鋼主梁制造線形增量(單位：m)

3.5 鋼箱梁整體超重2%影響量計算結果

基準模型鋼箱梁重量采用設計值，對比按超重2%考慮，兩套模型其余參數均采用規范值及圖紙設計值。

3.5.1 索力影響量

索力影響量詳見表9 和圖17。

表9 索力影響絕對量統計表

圖17 索力影響相對量

3.5.2 混凝土主梁應力影響量

混凝土主梁應力影響量詳見圖18。

圖18 混凝土主梁應力增量(應力單位：MPa)

3.5.3 成橋線形影響量

成橋線形影響量詳見圖19。

圖19 主梁成橋線形增量(單位：m)

3.5.4 鋼箱梁制造線形影響量

鋼箱梁制造線形影響量詳見圖20。

圖20 鋼主梁制造線形增量(單位：m)

4 各種影響參數計算結果

各種影響量計算結果見表10。

從表10 可得出：

(1)混凝土主梁及主塔拉索錨點是否修正對混凝土主梁應力及索力影響極小， 考慮施工便利性及控制方法，施工過程中未對其修正。

(2) 主梁混凝土彈模修正對主梁成橋線形、 索力、砼主梁應力及鋼梁制造線形影響極小，對已發布的混凝土主梁立模及鋼梁制造線形不會帶來誤差，對混凝土主梁壓縮量影響明顯，后期將根據實測主梁砼彈模修正計算模型。

(3)拉索彈模修正對主梁成橋線形、索力、砼主梁應力及鋼梁制造線形影響極小，但對無應力索長影響顯著，無應力索長指令將根據實測值進行修正。

(4)主梁混凝土超方對索力影響明顯，在施工過程中，嚴格控制混凝土澆筑方量。

(5)鋼梁超重對索力、成橋線形及制造線形影響極大，而目前加工廠的稱重精度低，無法滿足控制要求，建議在吊裝過程中采用高精度的稱重辦法，校核梁重。

表10 各種影響量統計表

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