某公路塔柱斜拉橋項目的施工控制技術分析

摘要 某斜拉橋設計采用異形雙塔雙斜拉索結構形式，設計跨徑為300 m，組合形式為70 m+160 m+70 m，主梁采用支架現澆施工工藝，主梁混凝土強度達到設計標準后，通過斜拉索張拉實現主梁承載體系的轉換。為確保施工階段全程可控，文章借助MidasCivil有限元分析工具，建立實橋的有限元模型，通過施工過程模擬分析，給出了斜拉橋結構承載體系轉換施工的控制參數，為保證橋梁施工的總體質量提供了理論支撐。

關鍵詞 公路橋梁項目；雙塔雙索面；異形塔柱斜拉橋；施工控制；預拱度

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0143-03

0 引言

斜拉橋通過斜拉索將大部分荷載傳遞至主塔，在主梁截面尺寸合理的前提下，實現了橋梁大跨徑、高承重的設計標準，是工程技術含量最高的橋型之一[1]。在斜拉橋施工過程中，如何保障主梁承重由支架向斜拉索主塔轉換過程中的安全性與可靠性，是斜拉橋施工控制的關鍵[2]。為提高斜拉橋承載體系轉換施工階段的精細化控制能力，該文以某異形雙塔雙斜拉索橋梁為研究對象，借助MidasCivil有限元分析工具，重點就斜拉橋承載體系轉換過程中的主塔、斜拉索及主梁的荷載變形及應力響應進行研究，為斜拉橋現場的施工控制提供重要支撐[3]。

1 工程概況

該文選取某雙塔雙索型斜拉橋為研究對象，其主塔采用非常規幾何形態設計，橋梁跨徑組合形式為70 m+160 m+70 m，全橋設計跨徑為300 m，橋面橫向凈寬36 m，主梁采用鋼-混凝土組合結構形式，主梁設計標高2.6 m，頂腹板凈寬0.5 m，底腹板凈寬0.8 m，橋面板有效厚度為0.26 m。斜拉橋主塔采用非常規幾何形體設計，外形似水滴狀，牽引斜拉索的主塔設計標高為69.75 m，主塔結構形式以鋼管混凝土為主，沿主塔共計敷設斜拉索32對，敷設形式按雙索面扇形分布；下部結構采用雙柱式橋墩，基礎采用鉆孔灌注樁，設計標準為19φ2.0 m。

從跨徑角度分析，該橋主跨300 m；按跨徑大小劃分，屬大橋；經現場勘察后，該項目認為施工現場空間滿足主梁施工要求，故確定先主梁后主塔的施工順序，具體施工流程大體分為以下幾個環節：（1）主塔、橋墩的基礎施工，鋼-混凝土組合梁預制施工、主塔分段吊裝預位、主梁施工支架搭設；（2）施工現場布置主梁頂退施工平臺，主梁現場拼接施工；（3）縱梁、挑梁及橋面系施工，橋梁濕接縫澆筑、組合梁混凝土結構部分采用預應力張拉、斜拉索布設；（4）斜拉索張拉、拆除臨建設施；

（5）配套結構及附屬設施施工，斜拉索索力調整。

2 橋梁有限元模擬分析

成橋后橋梁結構各構件的應力水平是否合理是確保橋梁正常服役的關鍵。從施工流程上看，成橋后的構件應力狀態與施工階段的斜拉索應力調整及上部結構預應力張拉有關，因此，為了確保成橋后的應力狀態滿足設計條件，應根據實橋施工工況，建立相應的有限元分析模型。借助有限元模型模擬，包括主塔施工、上部結構施工、結構轉換施工等關鍵工序在內的各項施工流程，獲取有限元模型反饋的主塔節段變形、主梁上拱度、上部結構不同階段內的應力等相關參數[4-7]。

該文利用Midas Civil通用有限元分析工具，建立實橋的有限元模型，其中上部結構采用梁單元、主塔采用實體單元、斜拉索采用桿單元分別模擬，整個施工階段借助Midas Civil的正裝分析模塊完成。該文根據實橋構建的有限元模型如圖1所示：

3 橋梁主塔拼裝施工控制

該項目中的主塔外形似水滴狀，主塔結構以鋼管混凝土為主，橫向采用鋼板連接，以起到橫向加勁功能。考慮主塔高度較大，為了保證施工安全，施工現場采用分節段吊裝的拼裝方式，按照施工方案計劃，主塔共劃分28個節段，節段標號依次為A1～A28。

為避免因受力不均衡可能導致的主塔傾覆事故，主塔節段施工按照左右對稱進行同步吊裝，待同一節段全部吊裝完畢后，統一澆筑混凝土，管內混凝土強度達到設計標準后，再開展下一節段的吊裝流程。通過建立主塔結構的有限元模型，實現施工階段的主塔變形及位移模擬。根據模擬分析結果，在施工前提前預留位移偏差，確保主塔合龍后的變形和位移指標滿足設計要求。經有限元模型計算可知，主塔施工全過程中涉及的變形累計最大值為縱向24.3 mm、橫向12.3 mm、豎向9.5 mm。

考慮主塔節段在制作階段產生的偏離較小，故可忽略此部分的位移和變形，應重點加強節段吊裝階段的位移和變形控制，尤其是加強對主塔斜拉索的分絲管的變形及位移控制。根據設計要求，在斜拉橋主塔合龍后，控制截面的位移和變形與設計標準的偏差應控制在±10 mm以內[8]。

4 橋梁主梁架設過程施工控制

上部結構施工流程包括鋼-混凝土梁預制加工、主梁現場頂推施工、預制橋面鋪筑吊裝、濕接縫澆筑、主梁預應力張拉施工。

4.1 主梁預拱度的確定

為確保斜拉橋成橋后的線形滿足設計要求，需借助有限元模型計算主梁在自重及各種施工荷載條件下的控制截面撓度及變形值，進而為主梁施工階段的預拱度設置提供參考。借助有限元模型，定量計算鋼-混凝土組合梁在不同施工階段對應的豎向變形。經計算，主梁成橋后的累計豎向變形如圖2所示：

4.2 主梁架設過程的線形控制

根據施工流程，斜拉橋上部結構施工需經過主梁頂推、橋面系吊裝、預應力張拉等關鍵環節。通過對比發現，采用有限元模型的計算結果與現場實測結果基本相符，誤差滿足規范要求。此外，在具體施工階段，應加強現場施工監控，全程關注結構應力的波動情況[9]。上部結構施工階段主梁應力的有限元模型計算值和現場實測值如表1所示。

5 橋梁體系轉換施工過程控制

斜拉橋主塔完工后，在斜拉索尚未張拉前，上部結構由支架承載，在施工現場需通過體系轉換，將上部結構從支架承載轉變為斜拉索承載。具體的體系轉換又可劃分為斜拉索張拉、臨時支撐結構拆除、Ⅱ期荷載施加、斜拉索拉力調整等四個基本流程。

5.1 斜拉索體系轉換的確認

經現場勘察后發現，該斜拉橋結構共布設64條斜拉索，根據有限元模擬試算可知，不同斜拉索的分批次張拉順序直接影響整個主塔和上部結構的內力變化。為了提高施工現場斜拉索張拉過程及結構承載體系轉換過程的施工安全，該文借助有限元模型對不同張拉方案進行試算，以期獲取最佳的斜拉索張拉施工方案。根據有限元試算可知，科學可行的張拉方案需滿足以下條件：第一，成橋后的斜拉索、主塔、上部結構的內力應滿足設計及規范要求；第二，承載體系轉變過程中的橋梁各構件安全防護設計標準應滿足施工要求；第三，在確保技術達標的前提下，合理優化斜拉索張拉的施工組織，以最大限度地降低施工成本[10]。

借助有限元模型對斜拉橋承載形式的轉變過程進行模擬分析，進而獲取斜拉橋不同構件在整個過程中的應力、變形響應。根據設計文件要求，斜拉橋斜拉索的最大張拉荷載為3 649 kN，分析模擬計算結果可知，整個施工過程中的主塔受力基本保持平衡，不存在結構傾覆風險。

經有限元模擬分析，在結構承載體系轉換過程中，斜拉塔頂部的縱向位移最大值為19.5 mm，結構承載體系轉換完畢后，斜拉塔頂部縱向位移回零。通過分析整個結構承載體系轉換過程中的斜拉塔及主梁的應力變化情況，如圖3所示，該文認為斜拉塔和主梁的應力變化范圍滿足設計及規范要求。

根據結構受力變形特點可知，在斜拉橋斜拉索張拉過程中，上部結構主梁將產生一定程度的向上預拱度，受上拱變形影響，橋面板濕接縫容易受拉開裂，因此如何科學制定結構承載體系轉換的施工方案對保證橋面系的完整具有重要意義。由圖4可知，正常狀態下，橋面系混凝土結構以受壓為主，該項目提出的斜拉索張拉方案有效降低了橋面板的受拉作用，提高了橋面板的整體性，避免了成橋前的開裂病害。

5.2 斜拉索體系轉換施工過程的控制

該文基于有限元模擬分析給出的應力及變形數據，對實橋承載體系的轉變施工進行了全程模擬。經現場實測可知，在二期恒載全部施加完畢后，所有斜拉索的實際拉應力與設計指標的誤差均大于10%的限定要求，故在施工現場進行張拉力的調整工作。經復測后，調整完的斜拉索張拉力與設計要求的偏差均低于限值要求。由圖5可知，結構承載體系轉變后上部結構的實際變形與模擬結果相吻合，故最終成橋狀態滿足設計要求。

6 結語

綜上所述，該文借助Midas Civil有限元分析工具，對某雙塔雙索型斜拉橋施工項目進行了全過程的模擬和施工控制工作，得到以下基本結論：

（1）以有限元模擬結果為依據，給出了斜拉索主塔在斜拉索張拉前的預偏離指標和上部結構主梁的預拱度指標；通過現場施工控制，重點就主塔吊裝和主梁架設兩個施工環節過程中出現的變形進行了有效控制，確保了施工過程的安全推進。

（2）根據模擬仿真分析結果，在充分考慮施工現場安全及工程經濟性的前提下，針對斜拉索張拉提出了采用“先長索、后短索”“先初張、再精調”的基本方案。

（3）基于有限元模型分析結果，給出了該項目中的施工控制相關參數，保障了斜拉橋成橋后的準確性和可靠性，以上施工控制經驗可為類似斜拉橋施工提供有益借鑒。

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