張光亮， 孫立新， 張建國

（1. 中交第三航務(wù)工程局有限公司，上海 200000；2. 京福鐵路客運(yùn)專線安徽有限責(zé)任公司，安徽合肥 230001）

0 引言

矮塔斜拉橋是介于連續(xù)梁橋和斜拉橋之間的過渡橋型，由于優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能和良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在高速鐵路200～300 m 的跨徑范圍內(nèi)有明顯優(yōu)勢［1-2］。矮塔斜拉橋的斜拉索可看作體外預(yù)應(yīng)力筋［3-4］，主梁有索區(qū)梁段的施工步驟較多［5］，包括掛籃行走、外錨塊及橫梁制作、索導(dǎo)管預(yù)埋、梁段的鋼筋綁扎、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、斜拉索掛索與張拉。施工工序不同，對橋梁的變形、受力和工期的影響也不同。在保證施工安全的前提下，選擇合適的施工順序，對橋梁質(zhì)量和施工進(jìn)度非常重要［6］。

目前國內(nèi)外對于斜拉橋有索區(qū)梁段的施工順序研究較少［1-7］。結(jié)合國內(nèi)已建成的最大跨度半漂浮體系高鐵矮塔斜拉橋—商合杭高鐵跨潁河矮塔斜拉橋［7］，對比分析2種有索區(qū)梁段施工順序?qū)χ髁簯?yīng)力、變形及工期的影響。

1 工程概況

商合杭高鐵潁上特大橋跨潁河主橋，設(shè)計(jì)為雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋（見圖1）。采用塔梁分離的半漂浮結(jié)構(gòu)體系，塔和梁設(shè)有縱向活動支座和多向活動支座，邊支點(diǎn)采用雙向活動拉壓支座，并安裝大型粘滯阻尼器和橫向限位裝置。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，箱梁分布縱橫向及豎向預(yù)應(yīng)力，采用菱形掛籃懸澆施工，單邊掛籃質(zhì)量155 t。橋塔采用縱向A形、橫向H形的格構(gòu)式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋塔支座橫梁布置橫向預(yù)應(yīng)力，主塔采用爬模施工。斜拉索設(shè)計(jì)扇形布置，為AT-55群錨體系［8-9］。橋跨布置為（94.2+220+94.2）m。

2 設(shè)計(jì)工序與優(yōu)化工序

有索區(qū)梁段設(shè)計(jì)工序流程見圖2。按設(shè)計(jì)工序施工時(shí)，斜拉索掛索張拉位于關(guān)鍵工序上，有索區(qū)梁段工期為15 d，工效不佳。設(shè)計(jì)工序的有索區(qū)梁段工效見表1。

在確保工程質(zhì)量和安全的前提下，對有索區(qū)梁段的工序進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化后的工序見圖3。

圖1 潁上特大橋跨潁河主橋立面示意圖

圖2 設(shè)計(jì)工序流程圖

表1 設(shè)計(jì)工序的有索區(qū)梁段工效表

在優(yōu)化工序中，將掛籃行走前移到斜拉索掛索張拉之前，即先行走掛籃，掛索張拉與節(jié)段鋼筋模板施工同步進(jìn)行，優(yōu)化工序的有索區(qū)梁段工效見表2。

由表2 可知，有索區(qū)梁段工期為11 d，可縮減4 d；8個有索區(qū)梁段可節(jié)省32 d。

表2 優(yōu)化工序的有索區(qū)梁段工效表

3 結(jié)構(gòu)受力影響

3.1 對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移影響

采用Midas/Civil通用軟件，將實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行單元離散，全橋共劃分節(jié)點(diǎn)555個，單元526個。計(jì)算模型見圖4。

圖3 優(yōu)化工序流程圖

圖4 模型立體圖

按設(shè)計(jì)工序和優(yōu)化工序分別建立模型施工步驟。因A1斜拉索所在的節(jié)段為有索區(qū)梁段中質(zhì)量最大，對主梁應(yīng)力和位移影響最大，具有代表性。因此，以A1斜拉索張拉前后工況為例，針對2種工序分別進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果如下所示。

3.1.1 主梁應(yīng)力

設(shè)計(jì)工序中的主梁應(yīng)力見圖5。

優(yōu)化工序中的主梁應(yīng)力見圖6。

由圖5 及圖6 比較可知，掛籃行走工序前移到斜拉索張拉之前，主梁未出現(xiàn)張拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，對主梁中的應(yīng)力影響極小。

圖5 設(shè)計(jì)工序中主梁應(yīng)力

圖6 優(yōu)化工序中主梁應(yīng)力

對主梁施工進(jìn)行全過程仿真計(jì)算發(fā)現(xiàn)，全橋共8個有索區(qū)節(jié)段在澆筑下一節(jié)段前，2種工序的主梁上下緣應(yīng)力基本一致，滿足規(guī)范要求。

3.1.2 主梁變形

按照設(shè)計(jì)工序施工，完成A1 斜拉索張拉后，并在澆筑n+1 節(jié)段前的主梁變形情況見圖7；按照優(yōu)化工序施工，主梁變形情況見圖8。由圖7、圖8 可知，主梁變形在2種工序下基本一致。

經(jīng)計(jì)算分析，在預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制力及斜拉索張拉力不變的情況下，掛籃行走與斜拉索張拉順序的調(diào)整，對主梁線形及應(yīng)力無影響，施工順序的調(diào)整是可行的。

3.2 對索力張拉的影響

圖7 設(shè)計(jì)工序主梁變形

圖8 優(yōu)化工序主梁變形

根據(jù)無應(yīng)力狀態(tài)控制法，在構(gòu)件單元無應(yīng)力長度和無應(yīng)力曲率不變的前提下，結(jié)構(gòu)的最終內(nèi)力和位移與結(jié)構(gòu)的形成過程無關(guān)［10-11］。因此不需要在施工過程模擬計(jì)算中調(diào)整張拉索力值。但掛籃模板、鋼筋施工，可能會使橋梁結(jié)構(gòu)受力和振動，影響斜拉索張拉的準(zhǔn)確性。為此，對A1 斜拉索梁段進(jìn)行了試驗(yàn)：實(shí)際按優(yōu)化工序進(jìn)行施工，斜拉索張拉完成后，停止掛籃模板鋼筋作業(yè)，測試斜拉索索力，結(jié)果見表3。

表3 A1斜拉索張拉理論值和實(shí)測值

由表3可見，掛籃模板鋼筋作業(yè)對斜拉索施加索力的影響均在規(guī)范要求的1%以內(nèi)，滿足精度控制要求。在全橋合龍后，需要進(jìn)行全橋斜拉索二次張拉，一次張拉時(shí)的誤差可以在二次張拉時(shí)得到調(diào)整［12-13］。

4 結(jié)論

以商合杭高鐵跨潁河矮塔斜拉橋施工為例進(jìn)行了2個工序比較，得出如下結(jié)論：

（1）將掛籃行走前移到斜拉索張拉之前，對每個節(jié)段循環(huán)過程中的橋梁應(yīng)力進(jìn)行仿真驗(yàn)算，對主梁影響很小，可確保結(jié)構(gòu)安全。

（2）鋼筋作業(yè)時(shí)，荷載變化較小且無大型機(jī)械，因此對斜拉索張拉力的控制基本沒有影響。

（3）采用優(yōu)化后的施工工序，可同時(shí)開展上一節(jié)段的斜拉索張拉與本節(jié)段的主梁施工，斜拉索掛籃和張拉不處于關(guān)鍵施工工序上，實(shí)現(xiàn)了主梁快速流水節(jié)拍施工，每節(jié)段可縮短4 d工期。

商合杭高鐵跨潁河（94+220+94）m 矮塔斜拉橋，有索區(qū)主梁在實(shí)際施工組織中均采用優(yōu)化工序進(jìn)行。過程監(jiān)控采集的主梁應(yīng)力及變形數(shù)據(jù)，與仿真計(jì)算數(shù)值基本一致，均處于安全狀態(tài)。成橋后的橋梁線形和索力與目標(biāo)值相比，均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。橋梁已于2019年11月全部完工，經(jīng)檢測，成橋狀態(tài)良好。