马岭河斜拉桥塔梁同步施工可行性研究

熊邵辉,卓 静

(重庆交通科研设计院国家山区公路工程技术研究中心,重庆 400067)

1 工程概况

马岭河特大桥主桥为(155+360+155)m三跨预应力混凝土双塔双索面斜拉桥,半漂浮体系。主梁采用π型截面,纵横双向预应力体系。主塔采用宝石型结构,上下两个横系梁[1]。大桥以跨中为界分为两个不同的施工合同段。由于种种原因造成两个合同段施工进度相差 6个月。为了缩小两岸的施工进度差距,8号墩改变了原来的施工方案,在主梁 1～9号节段施工期间采用塔梁同步施工。9号墩仍然采用先主塔后主梁的非塔梁同步施工。

2 塔梁同步施工可行性分析

在设计者已经确定合理成桥状态的前提下,一旦确定了施工方法,就可以确定与此施工方法相对应的合理施工状态[2]。对于这两种不同的施工方法,当然就有与之相对应的两种合理施工状态。我们最关心的是这两种合理施工状态之间的差异,因为这种差异决定了是否能够达到设计者所确定的合理成桥状态。为此笔者分别建立了这两种施工方法的空间有限元施工模拟计算模型[3],通过这两种计算模型计算结果的对比来分析塔梁同步施工的技术可行性。图 1和图 2分别是这两种不同施工方法的计算模型。

图1 塔梁同步施工计算模型

图2 塔梁非同步施工计算模型

2.1 主梁成桥索力、线型和应力比较

索力和主梁应力息息相关,成桥索力是否合理决定了主梁应力能否达到合理成桥应力状态;预拱度是主梁线型控制的重要参数,所以预拱度是否合理决定了主梁能否达到合理成桥状态下的线型[4]。图 3～图 5分别给出了两种不同模型计算出的成桥索力差值、预拱度差值和主梁应力差值。

从图 3～图 5可以看出,两种施工方法的成桥索力差值、预拱度差值和主梁节段应力差值分别为为 3.3 kN、4mm和0.001 MPa。由此可见,塔梁同步施工对成桥索力、主梁线型和应力影响都非常小。

2.2 主塔应力位移比较

图3 同歩施工 -非同步施工成桥索力差值变化

图4 同歩施工 -非同步施工主梁节段预拱度差值变化

图5 同歩施工 -非同步施工主梁应力差值变化

1、2号索在塔上的锚固位置在上横梁下面,所以其索力对上塔柱的位移和应力影响不大。3～9号拉索在塔上的锚固位置都在上横梁上面,索力沿三维方向的分力会对上塔柱底面截面应力、塔支顶端的顺桥向和横桥向位移产生重大影响。此外同步施工的压应力储备较小也会影响上塔柱底面截面的应力安全。表 1给出了两种施工方法的上塔柱底面截面应力、塔支顶端顺桥向和横桥向位移的模拟计算结果。

从表 1可以看出同步施工的上塔柱底面截面最小压应力为 0.18MPa,非同步施工的最小压应力为 1.21 MPa。塔梁同步施工塔支顶端最大顺桥向、横桥向位移都发生在 9号索张拉完工况,其值分别为 4.8mm和 26 mm。非塔梁同步施工塔支顶端顺桥向、横桥向位移都很小。

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从前面理论计算结果看,塔梁同步施工对主塔的影响远大于对主梁的影响。与非塔梁同步施工相比,塔梁同步施工除了要对主梁线型、应力和索力控制之外,还必须对主塔最不利截面应力、塔支顶端位移和垂直度进行控制[4、5]。

3 塔梁同步施工控制措施[6、7]

由于塔梁同步施工对主梁的影响比较小,且该施工方法施工成桥后对索力、主梁线型和内力影响都不大,完全可以达到合理成桥状态。所以,可以按斜拉桥常规主梁施工方法进行主梁施工。

对主塔施工的控制是塔梁同步施工控制的重点和难点,所采取的控制措施应该主要针对主塔。因此从某种意义上讲,主塔施工控制的成败也就决定了塔梁同步施工控制的成败。为了能保障塔梁同步施工顺利进行,结合本桥实际情况针对主塔施工所采取的控制措施有:

(1)塔梁同步施工时主塔整体刚度和横向联系都很弱,上塔柱底面截面压应力储备也较少。对此采取的措施是在离上横梁上方 10m处增设 1排共 2根横向支撑,加强两个塔支之间的横向联系和整体刚度,以限制塔支顶端产生过大位移。另外对每根横向支撑施加 1000 kN预推力,以平衡索力的竖向分力在上塔柱底面截面产生的弯矩,确保上塔柱底面截面应力安全。

(2)在保证结构安全的前提下,塔梁同步施工的索力控制既要使主梁线型达到控制目标外,还要使主塔偏位也达到控制目标,这就大大增加了索力控制的难度。特别是 8、9号节段的梁段重量和索力都不对称的情况下,通过调整索力来同时满足这两个控制目标必然会牺牲索力控制精度,但由此产生的索力误差可以通过成桥后调索来消除。

(3)塔的垂直度影响斜拉桥的成桥运营状态,对主塔垂直度精度的控制是塔梁同步施工控制最为关键的部分。对此采取的措施是增加塔顶位移观测频率,在放样时进行主塔偏位修正,确保主塔的垂直度符合施工精度要求。

通过修改施工模拟计算模型,建立了符合第一条控制措施的计算模型。表 2给出了采取控制强措施后塔梁同步施工上塔柱底面截面应力实测值和塔支顶端位移模拟计算值。

在整个塔梁同步施工模拟计算中,上塔柱底面截面的最小压应力为 1.1MPa,塔支顶端的最大顺桥向位移和横桥向位移分别为 8mm和 6mm,基本和非塔梁同步施工相对应的数据吻合。这些计算数据说明了针对主塔施工所采取的控制措施都可以发挥作用,避免塔支产生过大位移而失稳,确保上塔柱底面截面的应力安全。另外,通过上述第 2条和第3条控制措施可以使主塔在垂直度方面精度得到很好控制[8]。

从总体上讲,在采取以上三条控制措施后完全可以达到塔梁同步施工的控制目标,确保塔梁同步施工正常、安全、有效进行,成桥后完全可以达到合理成桥状态。

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4 结束语

塔梁同步施工不同于一般的施工方法,通过计算分析可知:

(1)塔梁同步施工是完全可行的。成桥后对索力、主梁线型和内力影响都不大,完全可以达到合理成桥状态。

(2)塔梁同步施工对主梁的施工可以按斜拉桥常规施工方法进行施工。

(3)塔梁同步施工对主塔的影响要远大于对主梁的影响。这就要求我们在进行塔梁同步施工时必须根据实际情况采取措施加强主塔的横向联系和整体刚度,确保主塔垂直度、塔支顶端偏位和最不利截面压应力都能得到有效控制。

(4)塔梁同步施工增加了施工平台,能够加快施工进度缩短工期,可以取得一定的经济效益。

[1]交通部第二公路勘察设计研究院.汕头至昆明高速公路贵州境马岭河特大桥设计文件[R].武汉:交通部第二公路勘察设计研究院,2006

[2]颜东煌.斜拉桥合理设计状态确定与施工控制[D].长沙:湖南大学,2001

[3]邵旭东,程翔云,李立峰.桥梁设计与计算[M].北京:人民交通出版社,2007

[4]陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京:人民交通出版社,2003

[5]顾安邦,张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京:人民交通出版社,2001

[6]张拥军,蒋卫东.超宽斜拉桥塔梁同步施工方案与控制技术[J].公路交通科技,2009(5):172-175

[7]周维,刘志强.斜拉桥塔梁同步施工控制技术的研究[J].黑龙江交通科技,2008(8):74-75

[8]JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[S]