楊 軍

（新疆路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，新疆 喀什 844000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大跨度橋梁建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多，分階段施工是必然的選擇，尤其是對(duì)大跨度斜拉橋。這主要是因?yàn)榇罂缍刃崩瓨虺蓸蚝爿d狀態(tài)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形是相對(duì)固定的，施工過(guò)程中的索力控制難度比較大，在這種情況下分階段施工可以減少控制的難度，保證工程建設(shè)的質(zhì)量。

1 無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法的原理

分階段施工的橋梁結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)的內(nèi)力和位移，主要是由4個(gè)條件決定的：（1）外載荷作用的位置和大小；（2）橋梁組成結(jié)構(gòu)構(gòu)成單元的幾何尺寸、位置和剛度；（3）邊界條件；（4）構(gòu)件單元無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下的幾何長(zhǎng)度和曲率。只要上述4個(gè)條件確定了，整個(gè)橋梁的內(nèi)力和變形也就確定了。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)單元的安裝過(guò)程，即便采用的是幾何非線形結(jié)構(gòu)的橋梁，對(duì)于其內(nèi)力和變形也沒(méi)有影響。也就是說(shuō)，對(duì)于分階段施工的橋梁結(jié)構(gòu)而言，最終狀態(tài)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移主要受幾何長(zhǎng)度和曲率的影響。所以，無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制的基礎(chǔ)是一定的外荷載、結(jié)構(gòu)體系、支承邊界條件以及單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和無(wú)應(yīng)力曲率組成的結(jié)構(gòu)。例如某斜拉大橋有兩個(gè)施工段，這兩個(gè)施工段的過(guò)程狀態(tài)可以用圖1來(lái)表示。

圖1中，兩個(gè)過(guò)程狀況可以分別用公式（1）和公式（2）表示：

圖1 兩階段無(wú)應(yīng)力狀態(tài)變化（單位：kN）

前后兩個(gè)階段的應(yīng)力變化為公式（1）減公式（2），用公式（3）表示為：

同時(shí)，在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法當(dāng)中，橋梁結(jié)構(gòu)單元的內(nèi)力是隨著結(jié)構(gòu)的加載不斷變化的，同時(shí)受到體系轉(zhuǎn)化和斜拉索張拉變化的影響。如果斜拉橋的荷載和結(jié)構(gòu)體系相對(duì)固定，無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度的變化應(yīng)該與單元軸力的變化保持一致。在斜拉橋分段施工中應(yīng)用無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法，必須以上述基本原理為基礎(chǔ)。

2 無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法在斜拉橋分段施工中的應(yīng)用

2.1 工程簡(jiǎn)介

牧華路錦江斜拉橋位于四川省雙流縣，橋長(zhǎng)730m，其中主橋?yàn)閱嗡p索斜拉橋，長(zhǎng)215m，引橋長(zhǎng)515m，橋?qū)?2.5m，塔高88m，總投資1.5億元人民幣，工期24個(gè)月。錦江斜拉橋是目前國(guó)內(nèi)第二寬的斜拉橋，僅次于江蘇淮安宿淮高速公路五河口大橋。為了保證工程的順利進(jìn)行，該大橋采用的是分段施工方案，為了保證分段施工的質(zhì)量，在施工當(dāng)中運(yùn)用了無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法。

2.2 無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法在該工程中的應(yīng)用

2.2.1 斜拉橋安裝計(jì)算

通過(guò)前文的分析可以看出，影響斜拉橋最終狀態(tài)內(nèi)力和線形的因素有4個(gè)，即外載荷、結(jié)構(gòu)體系、支撐邊界條件和單元無(wú)應(yīng)力曲率。結(jié)合該工程，對(duì)各影響因素分析如下。

（1）外載荷。在該橋的施工中，結(jié)構(gòu)恒載一般是分次施加，但是最后的構(gòu)建單元恒載施加完畢以后，會(huì)去掉臨時(shí)荷載，導(dǎo)致荷載和位置都會(huì)發(fā)生一定的變化，但是在計(jì)算過(guò)程中，外荷載是確定的，需要按全部拆除以后的荷載進(jìn)行計(jì)算。

（2）結(jié)構(gòu)體系。該橋雖然是分段施工，但是在施工過(guò)程中也有兩套方案，決定了它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)體系上的差異，尤其是在分段施工中，結(jié)構(gòu)體系具有多邊形的特征，但是一旦施工結(jié)束以后，結(jié)構(gòu)體系就會(huì)固定不變，達(dá)到理想的狀態(tài)。

（3）支撐邊界條件。在斜拉橋的分段施工中，施工完成以后其支撐邊界才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)狀態(tài)。

（4）單元無(wú)應(yīng)力曲率。由于施工中采用預(yù)制拼裝的方案，臺(tái)座預(yù)制過(guò)程中要在外型上滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)及該階段無(wú)應(yīng)力曲率的要求。

結(jié)合上述4個(gè)因素，牧華路錦江斜拉橋安裝計(jì)算過(guò)程首先根據(jù)設(shè)計(jì)方案計(jì)算成橋目標(biāo)狀態(tài)各斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度，然后根據(jù)斜拉橋的施工方案以及分段施工方案，對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行計(jì)算。

2.2.2 過(guò)濾溫度計(jì)臨時(shí)荷載的影響

在牧華路錦江斜拉橋的施工中，溫度對(duì)于施工有著重要影響。在施工中必須在橋上設(shè)置應(yīng)力、索力、線形和溫度測(cè)點(diǎn)，以掌握其變化情況。在測(cè)量過(guò)程中，施工人員選擇日出前溫度相對(duì)比較恒定的時(shí)間同時(shí)測(cè)量，如果橋上正在施工，必須詳細(xì)測(cè)算臨時(shí)荷載的大小并記錄其位置。在溫度相對(duì)恒定的情況下，測(cè)試應(yīng)力、索力、線形、溫度、臨時(shí)荷載之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在計(jì)算時(shí)，將測(cè)得的結(jié)果與設(shè)計(jì)時(shí)的理想狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，以此判斷當(dāng)前結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，為下一階段提供依據(jù)。從理論上來(lái)講，根據(jù)收集到的信息來(lái)確定控制對(duì)策，能夠達(dá)到比較理想的效果。但是，在此基礎(chǔ)上的信息反饋以及監(jiān)控指令的執(zhí)行是一個(gè)難題。在牧華路錦江斜拉橋施工中，實(shí)際溫度不可能與設(shè)計(jì)中的理想溫度保持一致，并且在施工中每個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度都可能存在差異，這會(huì)直接影響到監(jiān)控指令的實(shí)施效果。為了解決這一問(wèn)題，施工人員將不同階段下的斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度的差值作為依據(jù)，如果無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度差值有所調(diào)整，可以讓結(jié)構(gòu)溫度和橋上臨時(shí)荷載與設(shè)計(jì)條件保持一致，此時(shí)計(jì)算的索力變化值會(huì)無(wú)限接近理想的設(shè)計(jì)目標(biāo)值，從而避免在計(jì)算的過(guò)程中出現(xiàn)偏差。

2.2.3 施工過(guò)程中的同步作業(yè)問(wèn)題

牧華路錦江斜拉橋主梁采用的是混凝土澆筑施工的方式，在施工過(guò)程中為了保證混凝土澆筑完成以后主梁上緣拉應(yīng)力水平，在混凝土澆筑之前先張拉斜拉索，這樣能夠使主梁的上緣保持一定的壓應(yīng)力，避免混凝土澆筑時(shí)下部應(yīng)力變化對(duì)上緣內(nèi)力及位置產(chǎn)生影響。同時(shí)，新澆筑階段混凝土體積比較龐大，在澆筑之前預(yù)張拉的過(guò)程中，下部應(yīng)力受到控制，上部會(huì)出現(xiàn)預(yù)壓應(yīng)力不足的問(wèn)題，因此在主梁澆筑過(guò)程中需要適當(dāng)增加一次調(diào)索，使上部預(yù)壓應(yīng)力達(dá)到混凝土澆筑的要求。在斜拉橋的同步作業(yè)過(guò)程當(dāng)中，本質(zhì)上是同步調(diào)整斜拉索索力，這既有利于提高斜拉橋的施工質(zhì)量，還能保證施工作業(yè)效率。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，分階段施工橋梁的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制是現(xiàn)代大跨度斜拉橋施工當(dāng)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，在施工過(guò)程中必須處理好斜拉橋安裝計(jì)算、溫度、臨時(shí)荷載因素的影響等問(wèn)題，只有這樣才能保證施工建設(shè)質(zhì)量。

[1]中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司.分階段施工橋梁的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制法與工程實(shí)踐[R].武漢：中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，2007.

[2]黃曉航.武漢白沙洲大橋斜拉橋施工監(jiān)控[C]//中國(guó)公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)2000年橋梁學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京：人民交通出版社，2000：409-412.