■王新剛，董佳鵬，樊士廣

■1.中交天津港灣工程研究院有限公司結(jié)構(gòu)所，天津市 300222;2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002

1 引言

矮塔斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，其施工方法與成橋后的主梁線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力有密切關(guān)系，特別是在施工中如果要進(jìn)行索力調(diào)整，這勢必引起主梁內(nèi)力和標(biāo)高的變化，再加上混凝土徐變、收縮的影響，使得混凝土矮斜拉橋在施工過程中受力十分復(fù)雜。因此，必須對矮塔斜拉橋拉索張拉噸位對主梁撓度、塔柱位移等施工控制參數(shù)的理論計算值，以及施工程序做出明確規(guī)定，并在施工中加以有效的管理和控制，以確保矮塔斜拉橋在施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)始終處于安全范圍內(nèi)，并在成橋后使主梁的線形符合設(shè)計要求，受力處于最優(yōu)狀態(tài)。由此可見，矮塔斜拉橋的施工監(jiān)控是十分重要的。

本文結(jié)合廣東省南澳大橋，在研究現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)上，應(yīng)用midas/Civil 橋梁結(jié)構(gòu)專業(yè)有限元軟件對矮塔斜拉橋施工過程進(jìn)行仿真模擬，結(jié)合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，研究開發(fā)能夠推廣應(yīng)用的矮塔斜拉橋施工監(jiān)控技術(shù)。

2 矮塔斜拉橋施工監(jiān)控內(nèi)容及方法

2.1 矮塔斜拉橋施工監(jiān)控的監(jiān)測內(nèi)容

(1)幾何變形監(jiān)測。矮塔斜拉橋的幾何變形測量包括主梁標(biāo)高測量、軸線測量和主塔變位測量，并對測量結(jié)果進(jìn)行分析、處理，提出相應(yīng)的控制意見。

(2)混凝土應(yīng)力監(jiān)測。主要目的是了解梁、塔控制截面的應(yīng)力狀況，確保結(jié)構(gòu)施工安全。結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化不像變形控制那樣易于發(fā)現(xiàn)，若應(yīng)力控制不力將會給結(jié)構(gòu)造成危害，嚴(yán)重者將發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，所以，它比變形監(jiān)測顯得更加重要。

(3)斜拉索索力監(jiān)測。斜拉索索力值將直接影響主梁的線形及結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和施工安全，因此在施工過程中必須準(zhǔn)確掌握索力的實際狀態(tài)。

(4)溫度監(jiān)測。溫度監(jiān)測主要針對日照引起的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)由表及里的表層溫度梯度，使混凝土產(chǎn)生非均勻變形，對橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響是極為復(fù)雜的，尤其在施工階段，對主梁變形和主塔水平位移的影響尤為顯著。

2.2 矮塔斜拉橋施工階段控制的主要方法

在矮塔斜拉橋施工過程中，主要采用自適應(yīng)控制系統(tǒng)［1］

2.3 矮塔斜拉橋施工過程模擬分析方法

矮塔斜拉橋施工過程模擬，必須模擬現(xiàn)場施工過程，詳盡地分析各施工階段的受力特性和變形。施工監(jiān)控中橋梁結(jié)構(gòu)的模擬分析計算方法主要有倒拆計算法、正裝計算法和倒拆一正裝計算法。

3 南澳大橋施工過程仿真分析計算

3.1 工程概況

南澳大橋為連接汕頭市南澳縣與汕頭市區(qū)的一座跨海大橋，主橋為(126 +238 +126)m 矮塔斜拉橋。主梁為單箱單室斷面，根部梁高8m，跨中及邊跨現(xiàn)澆段梁高4m，以路線中心線為基準(zhǔn)呈2.0%雙面坡構(gòu)造，梁高按2 次拋物線變化。主橋預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用C60 混凝土，主塔墩采用C50 混凝土。主梁頂面寬14.4m，兩側(cè)懸臂寬度為1.1m。

3.2 南澳大橋分析計算模型的建立

應(yīng)用橋梁專業(yè)有限元軟件Midas/Civil，按照設(shè)計圖紙和實際施工階段的劃分，建立有限元分析模型。

3.3 南澳大橋的仿真分析計算

施工監(jiān)控實施前必須進(jìn)行詳細(xì)的施工監(jiān)控仿真分析計算，對該橋在給定的成橋索力值作用下進(jìn)行計算復(fù)核，復(fù)核主梁截面應(yīng)力在成橋狀態(tài)時使用荷載作用下是否滿足要求。經(jīng)過計算，成橋狀態(tài)時主梁截面上下緣混凝土最大的壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力均滿足C60 混凝土的容許值。

3.4 斜拉索初拉索力的確定

斜拉橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)體系，所以計算拉索初拉力需要多次的反復(fù)計算。

MIDAS/Civil 的未知荷載系數(shù)功能使用了索力優(yōu)化法則，可以計算出特定約束條件的最佳荷載系數(shù)，在計算斜拉橋拉索初拉力非常有效［2］。

3.5 主梁立模標(biāo)高的確定

立模標(biāo)高應(yīng)滿足成橋時的主梁標(biāo)高與設(shè)計成橋標(biāo)高一致的要求。本橋立模標(biāo)高的計算方法。立模標(biāo)高按下式確定:。其中，H 為主梁的立模標(biāo)高;H0 為成橋后3 年主梁的設(shè)計標(biāo)高;H1 為施工過程因施工荷載及混凝土在施工階段的收縮徐變等的累積撓度;從為成橋后3 年混凝土收縮徐變的撓度值(不包括施工階段的)和1/2 活載撓度值之和。

4 南澳大橋的施工監(jiān)控

4.1 施工監(jiān)控的目標(biāo)

施工監(jiān)控總的來說有兩方面的目標(biāo):一是實現(xiàn)設(shè)計文件所規(guī)定的成橋狀態(tài);另一目標(biāo)是保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全。

4.2 斜拉索索力的調(diào)整

在斜拉橋的施工過程中，斜拉索的索力在不斷地發(fā)生變化，為使實測索力值達(dá)到設(shè)計索力值，可以充分利用斜拉索的“主動受力”的特征，通過多次張拉斜拉索使最終調(diào)索后的成橋索力與合理成橋狀態(tài)的索力相近。

4.3 主梁標(biāo)高的控制

矮塔斜拉橋的主梁剛度較大，不能利用索力調(diào)整進(jìn)行主梁線形調(diào)整，在箱梁混凝土澆筑過程中，必須對立模標(biāo)高控制，即對主梁施工線形進(jìn)行嚴(yán)格控制。在矮塔斜拉橋施工中，進(jìn)行線形控制的目的不僅是為保證橋梁線形符合設(shè)計要求，而且關(guān)系到梁上索導(dǎo)管與拉索相對位置是否準(zhǔn)確，拉索能否在索導(dǎo)管內(nèi)自由活動，拉索在承受活載時是否受剪等問題。如果拉索抵死索導(dǎo)管，使得拉索承受額外的剪力，則橋梁的耐久性將大大降低。主梁標(biāo)高測點布置在每節(jié)段梁距前端30cm 處，在橫斷面布置6 個測點，即主梁中心處和上、下游處。

4.4 溫度和應(yīng)力的監(jiān)測

結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測是反映結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)的最直觀的指標(biāo)。因此在索塔及主梁的重點部位設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測斷面。主塔共設(shè)置3 個測試截面，分別在上橋塔相連處、塔與主梁相連處及橋塔根部。主梁共布置8 個應(yīng)力監(jiān)測截面。

5 施工監(jiān)控成果綜述

南澳大橋主梁于2010 年4 月開始施工，于2014 年9 月進(jìn)行主跨合攏。南澳大橋在施工控制的實施過程中，業(yè)主單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、監(jiān)控單位、施工單位緊密配合，使得施工控制工作能夠順利進(jìn)行。從本橋目前施工控制的整個過程來看，無論是主梁線形，還是索力和主梁應(yīng)力，都得到了很好的控制，達(dá)到了規(guī)定的要求。下面給出主梁施工完畢后的標(biāo)高、應(yīng)力、索力的計算值與實測結(jié)果。

6 結(jié)論

本文結(jié)合南澳大橋工程，對矮塔斜拉橋的施工監(jiān)控進(jìn)行了開發(fā)研究。從整個施工監(jiān)控過程來看，無論是索力、主梁應(yīng)力和主梁線形都得到了很好的控制，達(dá)到了施工監(jiān)控的目的和要求，證明了本橋施工監(jiān)控的原則和方法的合理性，為今后類似的混凝土矮塔斜拉橋施工監(jiān)控提供了有益的參考和借鑒。

［1］袁震東.自適應(yīng)控制理論及其應(yīng)用.華東師范大學(xué)出版社，1988.

［2］葛俊穎.橋梁工程軟件midas Civil 使用指南.北京:人民交通出版社，2013.