矮塔斜拉橋邊跨合龍施工工序調整分析

王 迪

（中交第三航務工程局有限公司，上海 200030）

對矮塔斜拉橋的主梁來說，采用懸臂施工法有許多優點，施工方便，經濟效益高，在橋梁工程建設中廣泛應用[1-2]。懸臂施工過程中應嚴格把控各個節段的高程控制工作，保證成橋后結構的線形滿足設計要求[3]。但是，當橋塔兩側結構不對稱時，會產生不平衡彎矩，不平衡彎矩超過容許范圍可能會導致梁體傾覆。除此之外，還應避免施工過程中主梁出現過大的應力，保證施工狀態與設計狀態最大程度吻合。

合龍段的施工是橋梁施工的重要環節。該文對一采用懸臂澆筑施工方法的（94.2+220+94.2） m矮塔斜拉橋在邊跨合龍時的施工工序進行調整，并對施工工序調整前后的梁體線形變化、結構受力情況進行了計算和分析。該文的研究成果可為類似斜拉橋懸臂施工工序的調整提供參考。

1 工程概況

潁上特大橋主橋橋型為預應力混凝土雙矮塔斜拉橋，全長410 m，計算跨度為（94.2+220+94.2） m。主梁采用單箱雙室直腹板變高度連續箱梁，中支點處橋面寬度11.6 m，其他部位橋面寬14.1 m。采用塔梁分離的半漂浮體系，橋塔為縱向“A”型、空間桁架式橋塔，主塔高66.50 m，分為塔座、下塔柱、縱向系梁、上塔柱及上橫梁。斜拉索采用雙索面布置，每個索塔設8對斜拉索。橋梁總體布置圖見圖1。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：m）

全橋采用先塔后梁的施工工藝，主梁施工與斜拉索施工交叉進行，主梁施工采用懸臂澆筑法，斜拉索錨固于主梁腹板外側。

該橋兩邊跨配跨相同，為對稱結構，因此該橋的施工方案：先對稱懸臂施工，再邊跨合龍，最后中跨合龍[5]。

主梁共分為97個節段。其中，邊跨分20個懸臂澆筑節段、1個邊跨支架現澆段以及1個邊跨1.50 m合龍段，從0#塊到邊墩分別命名為1#~20#、邊跨合龍段和21#塊；中跨分為51個懸臂澆筑節段（包括中跨2.0 m合龍段），最大懸臂澆筑長度為4.50 m，從0#塊到中跨合龍段分別命名為1'#~20'#、22'#~26'#和中跨合龍段。

主梁頂、底板及腹板內布置縱向預應力鋼束，主梁支點橫隔板及斜拉索橫梁內設置橫向預應力鋼束，0號段布置豎向預應力束。邊跨合龍段截面預應力鋼束布置見圖2。

圖2 邊跨合龍段預應力鋼束布置示意圖

2 施工工序調整方案

2.1 原設計方案

原設計邊跨合龍施工步驟：1）安裝邊跨合龍段臨時剛性連接構造，并臨時張拉合龍束，邊跨合龍須張拉2根T21b、2根B3鋼束，每根鋼束的臨時張拉力均為200 MPa。2）在吊架上現澆邊跨合龍段，養生。3）待混凝土強度和彈性模量達到設計要求后，依次張拉（或補張拉）并錨固縱向預應力束B7、B6、B5、T21a、B4、B3。4）邊跨掛籃暫不拆除（按2000 kN計），移動中跨側掛籃至下一節段。5）懸臂澆筑22節段，待混凝土強度和彈性模量達到設計要求后，張拉并錨固22'#塊的頂板預應力鋼束T22。

2.2 工序調整方案

擬調整的邊跨合龍施工步驟：1）懸臂澆筑22節段。2）安裝邊跨合龍段臨時剛性連接構造，并臨時張拉合龍束，邊跨合龍須張拉2根T21b、2根B3鋼束，每根鋼束的臨時張拉力均為200 MPa。3）在吊架上現澆邊跨合龍段，養生。4）待混凝土強度和彈性模量達到設計要求后，先張拉并錨固22'#塊的頂板預應力鋼束T22，然后依次張拉（或補張拉）并錨固縱向預應力束B7、B6、B5、T21a、B4、B3。5）邊跨掛籃暫不拆除（按2000 kN計），移動中跨側掛籃至下一節段。

3 線形與受力分析

3.1 計算模型

要判斷工序調整方案是否可行，須從主梁線形和結構受力性能2個方面論證調整后的方案能夠滿足設計要求。該文采用MIDAS/Civil空間有限元軟件建立（94.2+220+94.2） m矮塔斜拉橋的全橋模型，見圖3。通過定義不同的施工階段可模擬全橋施工全過程的變形與受力情況[4]。

圖3 全橋模型

3.2 22'#塊上、下緣應力

在預應力混凝土結構中，根據《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》（TB10002.3-2005）中6.4.4條，在傳力錨固或存梁階段，C55混凝土壓應力σc≤22.2MPa，拉應力限值為σct≤1.848 MPa。

按照調整后的施工工序，計算頂板預應力束T22張拉并錨固后，22'#塊的上、下緣應力，計算結果見圖4~圖5。從圖可知，中跨22'#塊上緣最大應力為-1.4 MPa，下緣最大應力為0.2 MPa，其中拉應力為正，壓應力為負。顯然，T22頂板束張拉后，中跨22#塊上、下緣的應力均小于規范限值。

圖4 22'#塊的上緣應力（單位：MPa）

圖5 22'#塊的下緣應力（單位：MPa）

3.3 不平衡彎矩對比

在不考慮斜拉索作用的情況下，計算在自重作用下產生的不平衡彎矩。圖6和圖7分別為按照原設計和工序調整后方案計算得到的塔梁臨時固結處彎矩示意圖。

圖6 原設計方案塔梁臨時固結處彎矩圖（單位：kN·m）

圖7 工序調整后塔梁臨時固結處彎矩圖（單位：kN·m）

由圖6可知，按原設計方案施工時，邊跨側臨時固結處彎矩為-2.930×106kN·m，中跨側臨時固結處彎矩為-2.693×106kN·m，即不平衡彎矩為2.37×105kN·m（前兩項數值之差）。由圖7可知，調整施工工序后，邊跨側臨時固結處為-2.930×106kN·m，中跨側臨時固結處為-2.901×106kN·m，即不平衡彎矩為2.9×104kN·m（前2項數值之差）。

對比2種施工工序產生的不平衡彎矩，發現先澆筑22'#塊的工況比原設計工況產生的不平衡彎矩小2.08×105kN·m，對結構受力更有利。

3.4 徐變引起的線形變化量

22'#塊的澆筑順序不同，梁體由于徐變影響引起的線形變化量也會發生改變。施工步驟調整前后，主梁成橋累計變形分別如圖8、圖9所示。

圖8 原設計主梁成橋累計變形（單位：mm）

圖9 工序調整后主梁成橋累計變形（單位：mm）

經計算分析，主梁變形在施工階段調整前后，最大變化量為15.4 mm，因此在計算立模標高中，須對相應預拱度做相應調整。

3.5 斜拉索索力

施工步驟調整前后，張拉并錨固T22鋼束后的斜拉索索力大小及其比較結果見表1，其中A、B分別表示0#塊兩側的斜拉索。

表1 工序調整前后斜拉索索力（單位：kN）

不難發現，施工步驟調整前后，在張拉并錨固T22鋼束后索力的變化很小，斜拉索索力差值的最大變化率僅為0.47%，且同根索的不平衡力均小于抗滑裝置所能承擔的275t不平衡力限值。

4 結論

該文針對1個（94.2+220+94.2） m矮塔斜拉橋，在邊跨合龍時提出對原設計施工工序進行調整，并對中跨梁體上、下緣應力、不平衡彎矩、線形變化量和斜拉索索力4項參數進行計算和分析，驗證調整方案的可靠性。得出如下結論：1）工序調整后，先澆筑中跨22'#塊，再進行邊跨合龍，22'#塊頂板預應力束T22張拉并錨固后，22'#塊上、下緣應力仍滿足規范要求。2）工序調整后的不平衡彎矩比原設計小2.08×105kN·m；工序調整前后斜拉索索力變化很小；與原設計相比，主梁變形最大變化量為15.4 mm，立模標高計算時需調整預拱度的大小。

從分析結果來看，該文提出的工序調整方案在受力性能和主梁線形2個方面都可以滿足設計要求，甚至在不平衡彎矩上具有一定優勢，可為今后同類工程的施工方案優化提供參考。