迫龍溝特大橋主梁線型控制研究

董軍

摘 要：橋梁線形控制不僅是橋梁施工技術的重要組成部分，也是確保橋梁施工宏觀質量控制的關鍵及橋梁建設的安全保證，它在施工過程中起著安全預警以及施工指導，鑒于橋梁線型控制在大跨度橋梁中的重要性，本文對在建的迫龍溝特大橋的主梁線型控制進行研究，制定了一系列針對性措施，以達到線型控制目的

關鍵詞：主梁線型；控制；研究

1 工程概況

迫龍溝特a大橋位于G318國道西藏境內通麥至105道班段內，是西藏境內最大跨度的斜拉橋，結構布置為（156+430+156）m雙塔雙索面混合梁式斜拉橋， 半漂浮結構體系。

本橋上部結構采用混凝土梁+組合梁的混合梁形式，其中主梁中跨采用鋼主梁與混凝土板共同受力的組合梁結構，中間用剪力釘將兩者結合。鋼主梁截面為雙工字型截面，橫橋向鋼主梁的間距為13.0m，橋面混凝土板厚28cm。主梁全寬16.8m，主梁外側設置風嘴。邊跨采用雙邊肋式斷面混凝土梁，梁高2.62m，肋板寬標準段為1.7m，橋梁全寬14.3 m。中垮組合梁及邊跨混凝土主梁標準斷面分別見下圖。

根據邊、中跨主梁結構特點和現場條件，采用邊跨主梁牽索掛籃懸臂澆筑與中跨架梁吊機懸拼同步進行施工。由于懸臂澆筑混凝土和懸臂拼裝組合梁的施工工序完全不同、且邊中跨兩端混凝土梁重有很大偏差，十分不利于施工階段的線形控制和結構安全，線形未能控制好直接影響橋梁的結構內力偏離設計意圖，會給橋梁的結構安全和耐久性埋下隱患。

2 影響主梁線型因素分析

2.1 梁體自身結構

邊跨混凝土主梁總重約7343t，半中跨鋼混組合梁總重約3550t，重量存在較大的不均衡，加上邊跨和中跨索距不等，其懸臂施工階段就存在較大不平衡力矩，節段對稱懸臂施工時其最大不平衡力矩達521423.6KN·m，具體見“表2.2-1節段對稱懸臂施工的不平衡力矩”。

2.2 邊跨混凝土主梁、中跨組合梁豎向剛度和索塔的縱向剛度，也是影響線型控制主因，邊跨混凝土主梁豎向剛度較大受斜拉索的影響較小，中跨組合梁豎向剛度相對較小對索力的變化比較敏感，索塔的剛度越大越便于線型控制；

2.3 索力作為索、塔、梁的內力，對主梁線型控制起著控制性作用，優化各階段索力和調索能夠得到更合理的線型；

2.4施工過程控制也是影響線型的主因，主要包括合理的施工工序、組合梁制作線型控制、混凝土主梁結構尺寸控制、施工荷載布置、索力張拉控制、測量監控等；

2.5主梁預應力張拉、合理的體系轉換、混凝土的收縮徐變等，同時也影響主梁線型控制，混凝土的收縮徐變對橋梁運營期線型影響較大，故在施工預拱度設置時必須考慮；

2.6環境溫度場對大跨度橋梁的線型控制影響也較大；

表2-1節段對稱懸臂施工的不平衡力矩

3 控制主梁線型可采取措施分析

3.1中跨超前邊跨一個節段施工

由表2-1可見當施工14節段時，邊、中跨對主塔不平衡力矩達521423.6KN·M，當按此施工步驟施工時安全風險性極大且主梁線型極不容易控制，只有采取措施盡量減小該數值。施工時采取中跨主梁超前邊跨一個節段懸臂施工，即邊跨懸澆Bi混凝土梁時中垮同步施工Zi+1組合梁，采用該方案時邊、中跨對主塔不平衡力矩見下表。

3.2 邊跨設置臨時支墩

在上述第一條措施的基礎上為進一步減小邊、中跨對主塔不平衡力矩并對主梁線型控制創造主動條件，可在邊跨側設置一鋼管混凝土結構輔助臨時支墩，支墩頂設置千斤頂主動控制邊跨主梁的變形。臨時支墩結構形式見下圖。

3.3 利用成熟的專業計算軟件計算提供反拱值和斜拉索安裝控制張拉力

根據前述調整的施工步驟，在考慮臨時支墩的情況下，采用Midas根據施工工序將施工過程模擬為一系列施工階段，考慮混凝土梁的時間效應如收縮、徐變和預應力松弛等進行模擬運算，根據運算結果提供反拱值來進行立模標高的調整。同時在施工過程中，若計算結果與實際情況相差較大時，可根據該計算結果在臨時支墩處采取支頂措施和調整索力來控制主梁線型。

同時利用Midas在確定滿足成橋目標需要的施工過程中理想狀態時，利用結構構件單元的無應力長度和無應力曲率建立中間施工過程與最終成橋狀態之間的聯系，直接求解斜拉橋中間過程斜拉索張拉到位的索力值，并且通過基于斜拉索無應力長度調整的錨頭伸縮量來調整斜拉索目標索力，以消除施工指令執行時全橋大范圍調索時間較長帶來的臨時施工荷載變動和日照溫差的影響。

總之，對本座大跨度斜拉橋進行線型控制，需要根據具體情況采用無應力狀態法、倒拆計算法及正裝計算法這三種計算方法進行靈活的交替運用，互為補充，以求解出不同階段、不同施工狀態下的理想控制目標。

本橋Midas建模時，對于主梁、主塔采用三維梁單元模擬，其截面特性按照實際情況定義相應的截面。斜拉索在整體計算中，采用桁架單元模擬，其截面特性按照實際截面模擬。

橋塔塔底節點采用固結約束，拉索單元節點與主梁、塔柱節點聯系均采用彈性連接中的剛性連接，塔梁臨時固結約束采用彈性連接中的剛性連接模擬；臨時支墩、塔旁托架約束采用節點彈性支承輸入豎向剛度。

3.4 組合梁制造控制措施

對組合梁而言，由于主梁節段間的轉角調整受節點拼裝等因素的影響，其調整量非常有限。為了保證懸拼節段間精確匹配及主梁達到設計線形，需準確計算主梁的制造線形，即主梁的無應力線形。

主梁制造線形計算步驟如下：

（1）按照設計線形進行有限元分析，然后根據設計提供的成橋索力進行一次成橋計算，得出結構初步線形及索力；

（2）進行施工拼裝過程計算分析，按照擬定的控制方法進行拼裝至合龍過程計算，按照初步線形進行調整，使調整后（成橋狀態下一定年限后）的線形與初步線形基本相同，得出施工階段分析線形及索力，在此線形基礎上加活載的一半的反拱值得出制造線形；

（3）將主梁制造線形帶入原始模型進行正裝，按照步驟（2）的控制計算方法，得到結構一定年限收縮徐變后的結構線形及索力，作為斜拉索無應力索長的計算參數。

鋼結構制造過程中的控制要針對制造商確定采用、并已獲批準的施工工藝進行，如鋼梁采用多節段連續匹配組裝、預拼裝同時完成的施工工藝等。制造時除重點控制預拼裝線形、梁段尺寸（長度、錨點位置）、和梁段重量外，還需將上述重要制造參數及時傳遞給監理或監控單位，根據對已造橋梁構件的誤差分析，必要時在后續批次的鋼梁制造中做出相應調整，減少誤差累積放大。

3.5 組合梁安裝控制措施

主梁的安裝線形計算就是根據實際確定的施工順序和施工荷載情況，計算各施工階段和成橋活荷載的結構變形，并據此計算相應階段懸拼梁段的安裝高程。

上述確定斜拉索施工張拉力的迭代收斂結果即可用于主梁安裝線形的計算，但是由于施工過程中實際的斜拉索張拉力、施工荷載條件如橋面吊機重量、支點位置等，以及實際結構參數如梁段重量、構件剛度和材料彈模等均可能與初始計算的預定值不同，因此必須在施工中控制主梁恒載準確稱重，根據實際條件、并結合施工監測系統的反饋結果對模型進行修正后，才能用于后續工況的安裝線形計算。

組合梁安裝過程中還要特別加強控制起始段鋼梁的安裝誤差。

3.6 確保主梁線型的測量措施

（1）主梁幾何測量

主梁標高測量采用精密水準儀進行，標高測量結果不僅反映了鋼梁線形是否正確，同時用于計算各主要施工過程鋼梁產生的變形以判斷結構安全性和索力張拉的合理性。主梁變形監測的控制點設置在鋼主梁頂板，每個控制斷面設置三個控制點。

主梁軸線偏位測量根據現場架設梁段中線標志，采用坐標法進行中軸線空間曲線測量。

主梁節段測量應在節段拼裝階段、拉索張拉階段進行。此外，每拼裝4～5個鋼梁段、或合龍前等重要工序需安排一次的高程、軸線兩岸聯測和水準點閉合測量。對于節段安裝匹配階段還進行多次密集測量以確保數據準確。鋼梁合龍前進行48小時合龍口高程、軸線的連續測量，并在夜間安排兩次幾何線形通測。連續觀測時間間隔為2小時。

控制施工階段的線形測量安排在相應施工階段結束且在日落后1～2小時（夏季、秋季為日落后2～3小時）以后至次日清晨日出前進行。

（2）索力測量

斜拉橋拉索索力是設計中重要參數，索力大小，直接影響到主梁的線形、主梁內力分布以及主塔的偏位和扭轉。在整個主梁施工及調索全過程、成橋后索力測試過程中，都需要對索力進行測量，測量的方法是采用頻譜分析法與壓力環相結合的方式。

（3）溫度測量

本橋主梁跨度大、主塔高，隨著溫度環境的不斷變化，主梁和主塔將產生較大的變形和內力變化。而同時橋梁結構由不同材料組成，其導熱系數不一樣，同時受日照、風向等的影響，主梁、主塔和斜拉索之間存在溫差，而且主梁內外、頂底板、主塔兩側也存在溫差，因此橋梁結構處在一個相當復雜的溫度場中。

環境溫度的大小及日照溫差會影響到結構體系的線形及內力分布，結構的溫度變形還影響到施工中構件的架設精度及測量精度。對日照溫差影響較大的情況，要求測量在清晨日出前進行，即使如此也不能完全消除溫度分布不均勻的影響，因此建立溫度監測體系對于修正溫度給施工帶來的誤差也是必要的。在施工中針對不同季節的特征天氣狀況（晴天、陰天、雨天），選擇代表性的時段進行構件溫度場及橋址環境溫度場的連續觀測，以掌握該條件下的主塔、混合梁及斜拉索的溫度分布規律，模擬各構件的特征數值溫度場，為施工監控計算中的溫度修正計算提供科學的特征數據，并為合龍時機選擇提供參考。

監測內容為環境溫度及主塔、主梁、斜拉索的溫度場。結構溫度場監測采用溫度傳感器，輔以紅外測溫儀進行，要求測溫精度達±0.5℃。

施工過程中選擇在主梁節段拼裝階段與線形、索力及應力測量同步進行，溫度測量與應力測量同步。

連續溫度場觀測原則上全橋進行每個季度2種天氣情況的測量，同時同步進行主塔線形、主梁線形、應力的測量，并找出上述參數與溫度場分布的規律，用于修正計算模型的溫度影響計算方式及參數，并指導指令參數的溫度修正。

4 結語

本文運用質量管理的理論和方法，通過對迫龍溝特大橋主梁線形質量的因素和控制措施進行了研究，可為同類型斜拉橋施工提供一定的參考價值。