李 丹 肖永久 王常峰

（煙臺(tái)大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264005）

0 引言

斜拉橋因其外形優(yōu)美，構(gòu)造輕柔且具有較大的跨越能力而倍受人們的喜愛(ài)。斜拉橋在大跨徑橋梁中占據(jù)了極其重要的地位，成為現(xiàn)代橋梁技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向[1]。部分斜拉橋是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外新興的一種介于連續(xù)梁和斜拉橋之間的過(guò)渡橋型，具有梁剛、塔矮、索傾角小、無(wú)索區(qū)段大等特點(diǎn)[2-3]。部分斜拉橋在施工過(guò)程中施工監(jiān)控的最根本要求是要保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，具體表現(xiàn)為確保施工過(guò)程中部分斜拉橋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形變化始終處于可控的安全范圍內(nèi)[4]。

王軍璽[5]、張善等[6]都建立了以主梁線形控制為主斜拉索索力和主梁應(yīng)力兼顧的監(jiān)控系統(tǒng)；李忠三等[7]對(duì)荊岳長(zhǎng)江公路大橋的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，優(yōu)化了計(jì)算模型，保證了大跨度混合斜拉橋的施工控制的精度；劉榕等[8]研究了影響溫州甌江特大橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形和自振特性等設(shè)計(jì)參數(shù)的變化情況并定量地了解各參數(shù)對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響程度；楊輝[9]介紹了四川涪江五橋主梁懸臂施工過(guò)程中線形控制的主要內(nèi)容及其方法，詳細(xì)講解了斜拉橋大跨徑線形控制的要點(diǎn)和關(guān)鍵工序；孫建淵等[10]結(jié)合漳州戰(zhàn)備大橋的施工控制的特點(diǎn)，介紹了漳州戰(zhàn)備大橋施工控制的基本原理以及實(shí)驗(yàn)方法。

本文以（35+168+136+35）m斜拉橋?yàn)楣こ虒?shí)例，分析斜拉橋的線形控制影響因素，以促進(jìn)斜拉橋施工控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣和應(yīng)用，也為類似斜拉橋的研究提供重要的參考價(jià)值。

1 工程概況

新建上海經(jīng)蘇州至湖州鐵路跨常臺(tái)高速蘇嘉航線（35+168+136+35）m預(yù)應(yīng)力混凝土非對(duì)稱獨(dú)塔部分斜拉橋，全長(zhǎng)375.7m，其主跨168m跨越常臺(tái)高速，邊跨136m跨越蘇嘉運(yùn)河。箱梁最低點(diǎn)梁高在梁端及跨中4.5m，主跨輔助墩處6.5m，橋塔處8.5m。橋塔處墩、塔、梁固結(jié)，其他支墩處縱向活動(dòng)。梁體采用外側(cè)斜腹板單箱雙室混凝土箱梁，頂寬14.3m，其控制斷面寬度和梁高按圓曲線變化。斜拉索采用空間雙索面體系，梁上間距6.0m，與主梁采用成品梁端錨具形式，主梁內(nèi)設(shè)置錨固梁，張拉端設(shè)置在梁上，斜拉索采用單根張拉[11]。

該橋?yàn)榉菍?duì)稱結(jié)構(gòu)，施工工序復(fù)雜，小里程邊跨采用滿堂支架現(xiàn)澆施工、大里程邊跨采用懸臂澆筑施工、主跨采用掛籃懸臂澆筑施工，大里程主跨的合攏段與小里程主跨的合攏段澆筑時(shí)間不一致，先合攏大里程側(cè)再合攏小里程側(cè)。主梁立面布置圖如圖1所示。

圖1 主梁立面布置圖

2 有限元模型

通過(guò)有限元軟件Midas∕civil建立了非對(duì)稱獨(dú)塔部分斜拉橋的施工仿真模型，其中包括410個(gè)節(jié)點(diǎn)，52個(gè)受拉索單元，310個(gè)梁?jiǎn)卧?30個(gè)施工階段。有限元模型如圖2所示。

圖2 斜拉橋空間有限元模型

3 線形控制參數(shù)敏感性分析

該橋采用懸臂施工，施工過(guò)程中每個(gè)施工步驟如澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力、張拉斜拉索對(duì)結(jié)構(gòu)的變形均有較大的影響。高速鐵路對(duì)梁面的線形要求較高，因此施工過(guò)程中需要確定重要的影響因素，對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)控制。

對(duì)于大跨度非對(duì)稱部分斜拉橋，其線形控制的影響因素很多，為了解這些設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)斜拉橋線形監(jiān)控的影響程度，本文選取材料彈性模量、材料容重、預(yù)應(yīng)力管道摩擦系數(shù)、控制應(yīng)力這四個(gè)主要因素進(jìn)行探討，選取斜拉橋施工的成橋階段（二期恒載加載完成）作為研究對(duì)象，在原設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上分別增大以及減小5%和10%，然后分析各參數(shù)對(duì)累計(jì)位移的影響[11]，對(duì)施工監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，以便為斜拉橋施工誤差的修正提供科學(xué)依據(jù)。

3.1 混凝土容重對(duì)主梁線形控制的影響

斜拉橋有限元模型中主梁采用 C60 混凝土，混凝土容重的規(guī)范值為25kN∕m3。為分析混凝土容重對(duì)主梁線形控制的影響，以規(guī)范值為基準(zhǔn)，分別取容重標(biāo)準(zhǔn)值按照偏差-10%，-5%，0%，5%，10%進(jìn)行分析，得出主梁成橋十年階段累計(jì)位移數(shù)據(jù)?；炷寥葜氐淖兓瘜?duì)主梁累計(jì)位移的影響見(jiàn)圖3。該階段不同混凝土容重偏差與混凝土容重規(guī)范值的位移差值見(jiàn)圖4。

圖3 混凝土容重對(duì)主梁累計(jì)位移的影響曲線圖

圖4 混凝土容重的主梁位移差值曲線圖

由圖3可以看出，混凝土的容重發(fā)生變化時(shí)，主梁累計(jì)位移變化明顯。隨著混凝土容重的增加，主梁的累計(jì)位移也隨之增加。

由圖4可以看出，混凝土容重偏差與規(guī)范值的位移差值變化隨混凝土容重的增大而增大，混凝土容重增大或減小5%和10%時(shí)，主梁撓度差分布大致對(duì)稱，且具有類似變化趨勢(shì)，混凝土容重減小10%時(shí)主梁撓度下?lián)献兓淖畲笾禍p小了61.79mm，混凝土容重增大10%時(shí)主梁撓度上撓變化的最大值增加了61.42mm。

3.2 混凝土彈性模量對(duì)主梁線形控制的影響

材料彈性模量是影響橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最重要因素，并隨時(shí)間的推移而變化，與結(jié)構(gòu)變形有著直接關(guān)系。以規(guī)范值為基準(zhǔn)，分別取彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值按照偏差-10%，-5%，0%，5%，10%進(jìn)行分析，得出主梁成橋十年階段累計(jì)位移數(shù)據(jù)。主梁彈性模量的變化對(duì)主梁累計(jì)位移的影響見(jiàn)圖5。該階段不同混凝土彈性模量偏差與規(guī)范值的位移差值見(jiàn)圖6所示。

圖5 混凝土彈性模量對(duì)主梁累計(jì)位移的影響曲線圖

圖6 混凝土彈性模量的主梁位移差值曲線圖

由圖5可以看出，當(dāng)混凝土的彈性模量降低時(shí)，主梁撓度隨之增加。但混凝土彈性模量的變化對(duì)斜拉橋的影響效果并不顯著。

由圖6可以看出，混凝土彈性模量偏差與規(guī)范值的位移差值變化隨混凝土彈性模量的增大而減 小，混凝土容重增大或減小5%和10%時(shí)，主梁撓度差分布基本對(duì)稱，且具有類似的變化趨勢(shì)，混凝土彈性模量減小10%時(shí)主梁撓度下?lián)献兓淖畲笾禍p小了3.66mm，主梁撓度上撓變化的最大值增加了4.02mm。

3.3 摩阻系數(shù)與孔道偏差系數(shù)對(duì)主梁線形控制的影響

該橋的孔道摩阻系數(shù)μ=0.23，孔道偏差系數(shù)k=0.0025，為計(jì)算分析孔道摩阻系數(shù)和孔道偏差系數(shù)的改變對(duì)主梁線形控制的影響，分別取μ=0.20、k=0.0020；μ=0.23、k=0.0025；μ=0.26、k=0.0030；μ=0.29、k=0.0035四種工況進(jìn)行分析，得出主梁成橋十年階段累計(jì)位移數(shù)據(jù)。主梁孔道摩阻系數(shù)和孔道偏差系數(shù)的改變對(duì)主梁累計(jì)位移的影響見(jiàn)圖7所示。

圖7 混凝土摩阻系數(shù)與孔道偏差系數(shù)對(duì)主梁累計(jì)位移的影響曲線圖

由圖7可以看出，混凝土摩阻系數(shù)與孔道偏差系數(shù)取值不同時(shí)，主梁的累計(jì)位移變化很小，混凝土摩阻系數(shù)與孔道偏差系數(shù)的變化對(duì)斜拉橋主梁線形的影響幾乎可以忽略，可以不做考慮。

3.4 張拉控制應(yīng)力對(duì)主梁線形控制的影響

斜拉橋預(yù)應(yīng)力鋼束采用公稱直徑為15.20mm的高強(qiáng)度鋼絞線，該斜拉橋主梁鋼絞線有17-Φs15.2 和22-Φs15.2兩種類型，縱向預(yù)應(yīng)力體系的錨下張拉控制應(yīng)力為1302MPa，張拉方式采用兩端張拉。

為分析張拉控制應(yīng)力對(duì)主梁線形控制的影響，以預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值為基準(zhǔn)，分別計(jì)算超張拉5%、10%以及欠張拉5%、10%時(shí)，主梁成橋十年階段預(yù)應(yīng)力對(duì)主梁累計(jì)位移的影響。其張拉控制應(yīng)力變化對(duì)主梁累計(jì)位移的影響見(jiàn)圖8所示。

圖8 混凝土張拉控制應(yīng)力對(duì)主梁累計(jì)位移的影響曲線圖

由圖8可以看出，混凝土張拉控制應(yīng)力取值不同時(shí)，主梁的累計(jì)位移變化很小，張拉控制應(yīng)力的變化對(duì)斜拉橋主梁線形的影響幾乎可以忽略，可以不做考慮。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該斜拉橋的主梁施工線形控制影響因素分析，經(jīng)分析四種參數(shù)變化的情況可發(fā)現(xiàn)，混凝土容重對(duì)主梁線形影響顯著，其余參數(shù)相對(duì)影響較小。

采用懸臂施工的非對(duì)稱部分斜拉橋，容重對(duì)結(jié)構(gòu)變形影響較大，需要考慮梁內(nèi)普通鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)容重的影響。在容重偏差約5%的情況下（體積配筋率大約為 0.29%），影響已達(dá)到129.5mm，已超出規(guī)范限值，所以需要重點(diǎn)分析，在施工中需要重點(diǎn)控制。因此，在橋梁的澆筑施工過(guò)程中必須嚴(yán)格按照規(guī)定控制混凝土的容重，以確保橋梁的設(shè)計(jì)撓度。