大跨度混凝土独塔斜拉桥施工与质量控制

黄俊峰

（浙江华东工程咨询有限公司杭州市310000）

大跨度混凝土独塔斜拉桥施工与质量控制

黄俊峰

（浙江华东工程咨询有限公司杭州市310000）

阐述了大跨度混凝土独塔斜拉桥的结构特点，介绍了该类桥梁的施工与质量控制要点，为相关人员提供参考。

大跨度；混凝土；独塔斜拉桥；质量控制

斜拉桥的主要组成部分是主梁、斜拉索和索塔，这三者还可以按相互的结合方式组成四种不同的结构体系，即飘浮体系、支承体系、塔梁固结体系、刚构体系。主塔常采用混凝土桥塔。一般把采用预应力钢筋混凝土作为主梁的斜拉桥叫混凝土斜拉桥，采用钢梁（钢板梁、组合梁、钢桁梁、钢箱梁等）作为主梁的则称为钢斜拉桥。与预应力混凝土斜拉桥相比，钢斜拉桥的跨越能力更大，设计计算与实际更接近，构件制作精度较高，结构细节通过栓或焊及挖补容易处理。另外，钢斜拉桥还具有施工工期短、抗震性能好的优点。但是钢斜拉桥必须经常检查并定期更新防护用的涂层。另外，塔与主梁和桥墩的连接形式等斜拉桥的设计存在一定的复杂性和难度。

1　大跨度混凝土独塔斜拉桥的结构特点

主梁与桥塔同结，主梁与塔柱内的内力以及梁的挠度直接同主梁与塔柱的弯曲刚度比值有关。其主要优点是取消了承受很大弯矩的梁下塔柱部分而代之以一般的桥墩结构，塔柱和主梁的温度内力极小；可显著减小主梁中央段承受的轴向拉力，较支承体系相比，可减小主梁在塔墩支点处的负弯矩。但须指出，当中跨满载时，主梁在墩顶处的转角位移会导致塔柱倾斜，使塔顶产生较大的水平位移，这样会显著增大主梁的跨中挠度和边跨的负弯矩，这是该体系的不足之处。另外，塔梁固结体系中，全部上部结构的自重（包括塔柱的）和活载都经由支座传给桥墩，这样就需设置很大承载能力的支座，因此，特大跨径的斜拉桥不宜采用这种体系。大跨度斜拉桥的几何非线性具有鲜明特点［1］。由于柔度大，因而结构变形量大，不同施工阶段间的结构形状变化显著，大位移效应明显。由于斜拉索量多，尾索的倾角不大，因此主梁和桥塔所受的轴向压力均较大，几何刚度对弯曲刚度的削弱较大，即二阶效应较大。同时，大跨度斜拉桥的长索数量多、倾角小，斜拉索垂度效应对结构几何非线性的贡献大。

斜拉索由于本身自重的作用，一般是呈悬垂状态而不是直的，它不能简单地按一般拉伸杆件来计算，在建立拉索的振动方程时应考虑垂度的影响。对于比较短的斜拉索来说，其垂度效应影响较小，在近似计算时可以忽略而不会对计算结果有较大的影响；但对于比较长的斜拉索来说，其垂度效应就比较明显，为了获得更精确的计算结果，从而作出合理的判断，在建立索振动方程时则应考虑垂度的影响［2］。端锚索（或称为背索），就是锚同在主梁边墩支承截面或接近边墩支承截面的边跨最外侧的斜拉索。由于端锚索锚同在边墩附近，锚固刚度比跨内索大。当活载作用在主跨时，端锚索的索力增大很多，而其他索力增加较少，强大的端锚索刚度有利于减小塔柱往主跨的偏移、主跨梁的竖向挠度与正弯矩，增大斜拉桥的整体刚度，因此，设有端锚索的边跨也称为锚跨（锚同跨）［3］。

柱式塔简单，但其刚度较小，适于单索面斜拉桥，而其主梁刚度则要求较大；门式塔横向刚度较大，可作为桥面宽度不大的双索面斜拉桥索塔；A形和倒Y形以及菱形索塔的横向刚度均较大，适于大跨度斜拉桥。

2　大跨度混凝土独塔斜拉桥的施工问题

斜拉桥与其他梁桥相比，主梁高跨比很小，梁体十分纤细，抗弯能力差。所以考虑施工方法时必须充分利用斜拉桥结构本身特点，在施工阶段就充分发挥斜拉索的效用，尽量减轻施工荷载，使结构在施工阶段和运营阶段的受力状态基本一致。悬臂法施工是可以在支架上修建边跨，然后中跨采用悬臂拼装法和悬臂施工的单悬臂法；也可以是对称平衡方式的双悬臂法。悬臂施工法分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法两种［4］。悬臂拼装法，一般是先在塔柱区现浇一段放置起吊设备的起始梁段，然后用各种起吊设备从塔柱两侧依次对称安装节段，使悬臂不断伸长直至合龙；悬臂浇筑法，是从塔柱两侧用挂篮对称逐段就地浇注混凝土。大跨度斜拉桥是现代桥梁技术发展的一个重要方向，其结构复杂，使用期限长，造价高，环境条件极为恶劣。一旦出现事故，就将造成极为恶劣的社会影响及巨大的经济损失。结构的非线性动力可靠性分析是工程设计和施工中必须考虑的重要问题之一。结构物的非破坏检测，主要通过动态性质的改变，判断桥梁动态性质，受损之桥梁将会与完好的桥梁有所不同。根据连续梁损坏位置的检测，进一步指出其模态的改变较自然频率的改变大［5］。混凝土局部区域应力波引起的振动主要受到混凝土直接接触区域的影响，因为混凝土为非均质的材料，因此，所得到的振动数据相对于桥梁的自由振动与共振所引起的振动而言是相当不稳定的。而梁的形状、混凝土的性质、还有边界条件皆会影响桥梁的自由振动与共振所引起的振动，所得信息也较混凝土局部区域应力波引起的振动为多。初始阶段的斜拉桥主要采用稀索布置（拉索在主梁上的间距较大），主梁较高，主梁以受弯为主，这使今后的拉索更换不方便，且跨越能力不可能太大。目前的斜拉桥，大部分采用密索布置，主梁高度很小，自重轻，换索方便，并广泛采用肋板式开口断面。

3　大跨度混凝土独塔斜拉桥施工的质量控制

为了仿真桥梁结构受损而产生裂缝，预先做好裂缝的混凝土预铸梁，并利用傅立叶转换其垂直向加速度的量测数据，发现主要频率因裂缝深度的增加而随之降低，此一现象指出因裂缝导致强度下降。而在纵向的加速度反应，对于裂缝的敏感性则较垂直向的为低。之后随科技进步，学者纷纷利用有限元分析与现地结构物相互做比较。提出材料的强度试验、载重试验、试验室的试验和现地试验，处理参数后可建立出可靠的模型［6］。并将试验及模型比较分析。据合理的桥梁材料特性假设下，进行桥梁在设计载重作用下模型与现地试验作比较。结果显示，三维非线性有限元素分析可良好分析该桥之行为。桥梁动力试验一般有三种方法：强迫振动法、自由振动法和环境振动法。强迫振动法需要大型的激励设备，由记录的输入和输出信号对桥梁进行模态参数识别。自由振动法由记录的自由振动响应信号识别桥梁的动力学特性。现地试验条件，结构的复杂性和实测数据质量等因素往往限制了专用强迫振动设备的使用。车辆、行人、风等是作用于结构上的环境激励或自然激励，仅用环境激励引起的振动响应进行结构参数的识别，无须贵重的激励设备，不影响结构物的正常使用，方便省时，只需测定响应资料等，因此成为土木工程结构系统识别十分活耀的课题。由于振源是来自风力或是地层颤动等力量，因此并不需要准备产生振动的装备，整个试验过程简便、迅速。不过，由于环境振动的输入能量极小，所以结构之扰动振幅亦小，易受杂讯影响。因此微动量测需要时间来累积足够之能量，故须以长时间进行监测或是以有限时间对同一结构物采多笔检测数据进行比对［7］。

4　结论

实践表明，大跨度混凝土独塔斜拉桥在刚度、抗风抗震稳定性、经济性及建造技术方面具有较大的优越性，尤其是近年来，斜拉桥在跨度能力上有了较大的突破，加强对大跨度混凝土独塔斜拉桥施工质量的控制，能够提高桥梁的稳定性和使用寿命。

［1］ 李巍，石振武，姜洪伟，王立峰.寒区独塔斜拉桥支架施工控制过程仿真分析［J］.中外公路，2015（1）：122-125.

［2］ 卢少利，郑如岩.船帆式独塔单索面斜拉桥风缆横撑结构施工工艺研究［J］.公路与汽运，2015（2）：169-172.

［3］ 王屹山.独塔斜拉桥叠合梁施工支架安全性能分析［J］.公路与汽运，2015（2）：177-180.

［4］ 王文龙，姜基建.桥塔倾角对斜独塔斜拉桥动力特性及抗震性能的影响分析［J］.公路交通技术，2015（2）.

［5］ 庞伟.辅助墩对PC独塔斜拉桥受力影响分析［J］.城市道桥与防洪，2015（3）：54-56+68+9.

［6］ B.B.Soneji，R.S.Jangid.Influence of soil-structure interaction on the response of seismically isolated cable-stayed bridge［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2012（4）：203-205.

［7］ K.Soyluk，A.A.Dumanoglu.Spatial variability effects of ground motions on cable-stayed bridges［J］.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2014（3）：530-532.

Construction and Quality Control on Large-Span Concrete Single-pylon Cable-stayed Bridge

HUANG Jun-feng
（Zhejiang Huadong Engineering Science&Technology Development Co.，Ltd.，Hangzhou 310000，China）

The structural features of large-span concrete single-pylon cable-stayed bridge are elaborated，and construction and quality control points of such a kind of bridge are introduced，thus providing reference for relevant personnel.

Large span；Concrete；Single-pylon cable-stayed bridge；Quality control

U448.27

B

1673-6052（2016）03-0011-02

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.004