大跨度組合梁斜拉橋拉索施工控制研究

陳政 ，韓洋洋 （安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概況

某大跨度組合梁斜拉橋主橋全長為1250m，主跨638m，為半漂浮結構體系，共設112對斜拉索，斜拉索索長91～337m（圖1）。主梁采用分離式雙箱組合梁結構，梁高3.3m，寬35.2m，中間通過鋼橫梁連接，鋼梁上疊合混凝土面板，并通過剪力釘連接以形成組合截面。全橋共123個梁段，標準梁段長度10.8m、邊跨區梁段長度7.2m，主梁沿縱向每3.6m設置一道橫梁，采用橋面吊機最大起吊梁段重量392.3t，單個標準梁段重量383.5t。

主要技術標準為：雙向六車道，設計速度100km/h，橋梁結構設計基準期100年，設計安全等級Ⅰ級，車輛荷載公路Ⅰ級。

圖1 橋梁結構布置圖

2 標準梁段常規施工方法及力學計算結果

2.1 常規二次張拉施工方法

標準梁段吊裝時采用二次張拉方法的施工步驟為：起吊i+1梁段；i梁段與i+1梁段間鋼結構連接并第一次張拉i+1梁段斜拉索；澆筑梁段間濕接縫，張拉i+1梁段混凝土內預應力；吊機前移至i+1梁段，并第二次張拉i+1梁段斜拉索（圖2）。

圖2 標準梁段常規施工步驟（斜拉索兩次張拉）

2.2 力學計算結果

通過有限元軟件對橋梁采用二次張拉的吊裝施工方案進行力學計算，按照實際施工過程分為約80個主要施工階段，梁段橋面板混凝土及鋼結構的最大組合應力計算結果如圖3所示。

圖3 常規二次張拉施工方法混凝土及鋼結構的最大組合應力

因組合梁斜拉橋梁段起吊重量遠大于鋼箱梁斜拉橋，在橋面吊機前后支點反力作用下，最不利工況出現在懸臂吊裝階段的第i+1梁段起吊過程中，最危險截面位于之前已起吊梁段內。受此吊裝產生的負彎矩作用，梁段混凝土橋面板的最大受拉應力為1.9MPa，主梁鋼結構的最大受壓應為140MPa。該計算結果雖滿足規范相關要求，但考慮施工安全等風險因素，需對常規二次張拉的施工方案進行優化。

3 標準梁段三次張拉施工方法及力學計算結果

3.1 三次張拉施工方法

保持傳統二次張拉施工方法前三個施工步驟不變（圖2步驟a、b、c不變），增加斜拉索的二次超張和三次放張的施工步驟。即在第二次張拉第i梁段斜拉索時進行超張拉（同圖4步驟b），而在吊裝第i+1梁段時對第i梁段斜拉索進行第三次放張（圖4步驟a），具體施工步驟如圖4所示。

圖4 標準梁段三次張拉施工步驟

由于斜拉橋屬于高次超靜定結構體系，第i梁段斜拉索進行第三次放張的同時會在梁段內產生附加正彎矩，同時該梁段產生向下的附加位移。在該附加正彎矩作用下，梁段橋面板內產生附加壓應力，該附加壓應力與橋面板內由斜拉索水平分力和預應力筋產生的壓應力疊加，將在梁段橋面板內形成更大的預壓應力，增大橋面板混凝土的安全儲備。

圖5 三次張拉施工方法混凝土及鋼結構的最大組合應力

3.2 力學計算結果

通過有限元軟件對橋梁采用三次張拉的吊裝施工方案進行力學計算，梁段橋面板混凝土及鋼結構的最大組合應力計算結果如圖5所示。

根據上述計算結果，采用三次張拉施工方案后，混凝土橋面板的最大受拉應力約為1MPa，主梁鋼結構的最大受壓應為130MPa，較二次張拉施工方案的計算結果均有明顯減小，故采用三次張拉的吊裝方案具有明顯優勢。

4 結論

大跨度組合梁斜拉橋在懸臂吊裝施工過程中，主梁混凝土橋面板在斜拉索索力水平分量和橋面板體內預應力筋的作用下形成預壓應力儲備。組合梁斜拉橋的梁段重量遠大于鋼箱梁斜拉橋，在橋面吊機最不利施工起吊荷載的作用下，梁段受負彎矩作用，主梁混凝土橋面板內出現拉應力。

為降低施工過程中的安全風險，同時避免配置施工臨時預應力筋，結合斜拉橋超靜定的結構特性，改變常規斜拉索二次張拉的施工方法，增加斜拉索的二次超張和三次放張的施工步驟，在相鄰斜拉索索力的豎向分力差作用下使梁段內產生附加正彎矩，從而在梁段橋面板混凝土內產生附加壓應力，形成更大的預應力安全儲備。理論計算和實測結果均表明，大跨度組合梁斜拉橋在懸臂吊裝施工中采用斜拉索三次張拉法，梁段整體受力更為合理，具有明顯的技術優勢。