混合梁獨塔單索面城市斜拉橋橋塔施工階段分析

榮立新

(國省干線公路管理站，黑龍江 賓縣 150400)

混合梁獨塔單索面城市斜拉橋橋塔施工階段分析

榮立新

(國省干線公路管理站，黑龍江 賓縣 150400)

以在建的某斜拉橋為研究背景，探討了勁性骨架對橋塔偏位的影響，分析了勁性骨架施工安全性問題。

混合梁斜拉橋；施工階段；勁性骨架

1 工程概況

研究背景為一在建的城市斜拉橋，主橋結構是跨徑為(130+85) m的混合梁獨塔單索面斜拉橋，斜拉索布設在橋梁中心線的位置，斜拉索的拉引為塔梁固結體系，邊、主跨之比為0.59。主跨、邊跨設置縱向放坡分別為為2.25%和3.306%，主邊跨之間通過半徑為1 800 m的豎向曲線平滑過渡連接。

主橋索塔類型是獨柱式“人”字形弧型塔，由主塔及副塔兩部分構成。塔柱總高度為89.5 m。橋塔為預應力鋼筋混凝土結構，拉索區設置的鋼錨箱除了用于塔端錨固外，亦在施工時綁扎鋼筋和提載塔柱模板時起到關鍵作用。

2 橋塔施工階段分析

2.1 下塔柱根部應力施工階段分析

由應力的動態變化情況，表明下塔柱根部在整個施工過程中始終處于受壓狀態，在CS6即塔梁固結段澆筑完成前，因為副塔有一定角度的內傾，所以在每一節段副塔施工完成后，副塔根部邊跨側的壓應力變小，而主跨側則相應的變大。在塔梁固結段澆筑完成后，因為塔梁的自重、施工荷載主要由滿堂支撐架承擔，塔梁自身強度不足。因此，下塔柱主塔及副塔底部應力變化不大。總體來說，整個橋塔施工階段下塔柱根部的壓應力相對較小，且始終沒有拉應力產生，也就是說橋塔施工過程中下塔柱受力一直處于安全狀態。

2.2 中塔柱根部應力施工過程分析

當塔梁固結段與下塔柱澆筑完成后，結構剛度將大大提高，而在進行橋面上的中塔柱施工時，可以將中塔柱視為一端固結，另一端為自由結構。

中塔柱主塔靠近主跨側在8#段橋塔饒筑(CS14)后，出現0.06 MPa拉應力，在9#橋塔節段澆筑完成，勁性骨架8安裝定位后達到0.30 MPa，但伴隨主塔副塔的合并，拉應力則呈減小趨勢。當施加張拉臨時橋塔預應力C1(CS26)時使主跨側產生0.05 MPa，施加張拉臨時預應力C2(CS33)后，使主跨側產生0.06 MPa的拉應力，而隨著橋塔節段澆筑逐漸呈現處于壓應力狀態。主跨側最大拉應力出現在張拉橋塔豎向預應力(CS38)后，達到了0.49 MPa。中塔柱主塔靠近邊跨側位置應力在橋塔澆筑過程中始終處于壓應力狀態，在橋塔主塔、副塔合并后應力的浮動趨于平緩。

由圖1可以看出，中塔柱副塔主跨側均呈現受壓狀態，而邊跨側則處于拉應力狀態，在9#橋塔節段澆筑完成后，勁性骨架8安裝定位后達到極值，0.09 MPa。伴隨著橋塔節段的澆筑逐過程的進行逐漸變小。而副塔全部呈現為受壓狀態的始點是在橋塔豎向預應力張拉后。綜上所述，即使中塔柱施工過程中在副塔柱底部有處于拉應力過程，但其值較小，且在豎向預應力張拉后整體受壓，因此施工過程中中塔柱受力滿足要求。

2.3 上塔柱根部應力施工階段分析

上塔柱包含鋼錨箱段，重心向外偏移，為防止橋塔主跨側表面放生拉應力過載，因此在施工開展是應對橋塔施加臨時預應力。由圖2中可以得到，在張拉臨時橋塔預應力C1(CS28)后，主跨側壓應力由-0.12 MPa增大到-0.73 MPa，張拉臨時預應力C2(CS33)后，主跨側由拉應力轉變成壓應力，從0.25 MPa變成-0.35 MPa，為隨后進行的塔段澆筑施工提供足夠的預應力。

圖1 中塔柱副塔根部應力

圖2 上塔柱根部應力

3 勁性骨架分析

3.1 勁性骨架構造說明

橋塔內勁性骨架的結構形式是傳統的三角形桁架結構，其結構材料主要是Q235鋼。整體骨架由加勁柱、主弦和桿間組合而成。加勁柱包括三角加勁柱和矩形加勁柱兩種。構件截面規格如表1所示。

表1 勁性骨架構件規格

3.2 勁性骨架對橋塔偏位的影響

選取每一段橋塔澆筑完成后該節段頂部的實際位移，即由自重及外荷載引起的位移與由切向施工而引起的虛擬位移疊加，進行分析對比。其中，由于10#塔段主塔與副塔已經合并為一個剛度較大的結構，可以視為一個整體，因此副塔只需只選取1#～9#節段進行對比分析。縱向橋塔偏離的位移在有勁性骨架比無勁性骨架的情況下相對較小，可以看出勁性骨架在一定程度上可以增強橋塔縱向剛度，但增強量效果不明顯，其主要作用還是作為臨時支撐結構，在橋塔澆筑時，用以提升鋼筋、模板、波紋管、預埋構件自重及承擔工人等施工活荷載。因此在建立全橋模型的時，可以忽略勁性骨架對橋塔剛度的有利影響。

在實際橋塔澆筑過程中會對橋塔進行預偏，并在主塔副塔之間設置臨時支撐，以避免橋塔偏位過大。

3.3 勁性骨架施工安全性分析

橋塔勁性骨架施工在混凝土橋塔節段攀升之前進行，此時已完成搭建的勁性骨架的構造、剛度及施工期間穩定性將對橋塔的施工質量與安全有直接影響，因此，必須對橋塔勁性骨架開展精確的射設計與施工。并實時監測橋塔施工過程中勁性骨架的應力。

在每一節段橋塔澆筑完成后，繼而進行勁性骨架施工，并將各種施工荷載施加在勁性骨架上，選取該工況狀態下結構最大拉應力、壓應力、剪應力、彎曲應力及組合應力進行分析，以驗證這一狀態下勁性骨架的安全性。

圖3 勁性骨架應力

每一節段勁性骨架施工時的應力如圖3所示。根據分析可知，當第四節段勁性骨架安裝后勁性骨架出現最大剪應力，為37.42 MPa；在第三節段副塔勁性骨架安裝后，出現最大軸向應力、最大彎曲應力及最大組合應力，分別為50.82 MPa、133.00 MPa、140.50 MPa。同時，該節段副塔內傾角度相對較大，且橋面以上橋塔橋截面寬度變小，加勁柱根數相對其他截面也較少，因此該截面為結構此狀態下的最不利截面。根據《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》，Q235鋼的軸向容許應力[σ]=140 MPa，容許彎曲應力[σw]=145 MPa,容許剪應力[γ]=85 MPa，此時勁性骨架施工全程應力值都較規范要求容許值小。另外，本模擬計算的結果都處于偏安全考慮，也就是說，第三節段勁性骨架出現的較大應力也將會在該節段混凝土澆筑完成后減小。因此勁性骨架在施工過程中受力滿足要求。

[1] 姚玲森.橋梁工程(第二版)[M]．人民交通出版社，2010.

[2] 秦順全．橋梁施工控制一無應力狀態法理論與實踐[M]．北京：人民交通出版社，2007.

[3] 祖祥勝．鋼絞線拉索與鋼絲拉索體系的比較[J]．安徽建筑，2010.

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1008-3383(2017)10-0105-01

2017-08-10