混合梁独塔单索面城市斜拉桥桥塔施工阶段分析

荣立新

(国省干线公路管理站，黑龙江 宾县 150400)

混合梁独塔单索面城市斜拉桥桥塔施工阶段分析

荣立新

(国省干线公路管理站，黑龙江 宾县 150400)

以在建的某斜拉桥为研究背景，探讨了劲性骨架对桥塔偏位的影响，分析了劲性骨架施工安全性问题。

混合梁斜拉桥；施工阶段；劲性骨架

1 工程概况

研究背景为一在建的城市斜拉桥，主桥结构是跨径为(130+85) m的混合梁独塔单索面斜拉桥，斜拉索布设在桥梁中心线的位置，斜拉索的拉引为塔梁固结体系，边、主跨之比为0.59。主跨、边跨设置纵向放坡分别为为2.25%和3.306%，主边跨之间通过半径为1 800 m的竖向曲线平滑过渡连接。

主桥索塔类型是独柱式“人”字形弧型塔，由主塔及副塔两部分构成。塔柱总高度为89.5 m。桥塔为预应力钢筋混凝土结构，拉索区设置的钢锚箱除了用于塔端锚固外，亦在施工时绑扎钢筋和提载塔柱模板时起到关键作用。

2 桥塔施工阶段分析

2.1 下塔柱根部应力施工阶段分析

由应力的动态变化情况，表明下塔柱根部在整个施工过程中始终处于受压状态，在CS6即塔梁固结段浇筑完成前，因为副塔有一定角度的内倾，所以在每一节段副塔施工完成后，副塔根部边跨侧的压应力变小，而主跨侧则相应的变大。在塔梁固结段浇筑完成后，因为塔梁的自重、施工荷载主要由满堂支撑架承担，塔梁自身强度不足。因此，下塔柱主塔及副塔底部应力变化不大。总体来说，整个桥塔施工阶段下塔柱根部的压应力相对较小，且始终没有拉应力产生，也就是说桥塔施工过程中下塔柱受力一直处于安全状态。

2.2 中塔柱根部应力施工过程分析

当塔梁固结段与下塔柱浇筑完成后，结构刚度将大大提高，而在进行桥面上的中塔柱施工时，可以将中塔柱视为一端固结，另一端为自由结构。

中塔柱主塔靠近主跨侧在8#段桥塔饶筑(CS14)后，出现0.06 MPa拉应力，在9#桥塔节段浇筑完成，劲性骨架8安装定位后达到0.30 MPa，但伴随主塔副塔的合并，拉应力则呈减小趋势。当施加张拉临时桥塔预应力C1(CS26)时使主跨侧产生0.05 MPa，施加张拉临时预应力C2(CS33)后，使主跨侧产生0.06 MPa的拉应力，而随着桥塔节段浇筑逐渐呈现处于压应力状态。主跨侧最大拉应力出现在张拉桥塔竖向预应力(CS38)后，达到了0.49 MPa。中塔柱主塔靠近边跨侧位置应力在桥塔浇筑过程中始终处于压应力状态，在桥塔主塔、副塔合并后应力的浮动趋于平缓。

由图1可以看出，中塔柱副塔主跨侧均呈现受压状态，而边跨侧则处于拉应力状态，在9#桥塔节段浇筑完成后，劲性骨架8安装定位后达到极值，0.09 MPa。伴随着桥塔节段的浇筑逐过程的进行逐渐变小。而副塔全部呈现为受压状态的始点是在桥塔竖向预应力张拉后。综上所述，即使中塔柱施工过程中在副塔柱底部有处于拉应力过程，但其值较小，且在竖向预应力张拉后整体受压，因此施工过程中中塔柱受力满足要求。

2.3 上塔柱根部应力施工阶段分析

上塔柱包含钢锚箱段，重心向外偏移，为防止桥塔主跨侧表面放生拉应力过载，因此在施工开展是应对桥塔施加临时预应力。由图2中可以得到，在张拉临时桥塔预应力C1(CS28)后，主跨侧压应力由-0.12 MPa增大到-0.73 MPa，张拉临时预应力C2(CS33)后，主跨侧由拉应力转变成压应力，从0.25 MPa变成-0.35 MPa，为随后进行的塔段浇筑施工提供足够的预应力。

图1 中塔柱副塔根部应力

图2 上塔柱根部应力

3 劲性骨架分析

3.1 劲性骨架构造说明

桥塔内劲性骨架的结构形式是传统的三角形桁架结构，其结构材料主要是Q235钢。整体骨架由加劲柱、主弦和杆间组合而成。加劲柱包括三角加劲柱和矩形加劲柱两种。构件截面规格如表1所示。

表1 劲性骨架构件规格

3.2 劲性骨架对桥塔偏位的影响

选取每一段桥塔浇筑完成后该节段顶部的实际位移，即由自重及外荷载引起的位移与由切向施工而引起的虚拟位移叠加，进行分析对比。其中，由于10#塔段主塔与副塔已经合并为一个刚度较大的结构，可以视为一个整体，因此副塔只需只选取1#～9#节段进行对比分析。纵向桥塔偏离的位移在有劲性骨架比无劲性骨架的情况下相对较小，可以看出劲性骨架在一定程度上可以增强桥塔纵向刚度，但增强量效果不明显，其主要作用还是作为临时支撑结构，在桥塔浇筑时，用以提升钢筋、模板、波纹管、预埋构件自重及承担工人等施工活荷载。因此在建立全桥模型的时，可以忽略劲性骨架对桥塔刚度的有利影响。

在实际桥塔浇筑过程中会对桥塔进行预偏，并在主塔副塔之间设置临时支撑，以避免桥塔偏位过大。

3.3 劲性骨架施工安全性分析

桥塔劲性骨架施工在混凝土桥塔节段攀升之前进行，此时已完成搭建的劲性骨架的构造、刚度及施工期间稳定性将对桥塔的施工质量与安全有直接影响，因此，必须对桥塔劲性骨架开展精确的射设计与施工。并实时监测桥塔施工过程中劲性骨架的应力。

在每一节段桥塔浇筑完成后，继而进行劲性骨架施工，并将各种施工荷载施加在劲性骨架上，选取该工况状态下结构最大拉应力、压应力、剪应力、弯曲应力及组合应力进行分析，以验证这一状态下劲性骨架的安全性。

图3 劲性骨架应力

每一节段劲性骨架施工时的应力如图3所示。根据分析可知，当第四节段劲性骨架安装后劲性骨架出现最大剪应力，为37.42 MPa；在第三节段副塔劲性骨架安装后，出现最大轴向应力、最大弯曲应力及最大组合应力，分别为50.82 MPa、133.00 MPa、140.50 MPa。同时，该节段副塔内倾角度相对较大，且桥面以上桥塔桥截面宽度变小，加劲柱根数相对其他截面也较少，因此该截面为结构此状态下的最不利截面。根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，Q235钢的轴向容许应力[σ]=140 MPa，容许弯曲应力[σw]=145 MPa,容许剪应力[γ]=85 MPa，此时劲性骨架施工全程应力值都较规范要求容许值小。另外，本模拟计算的结果都处于偏安全考虑，也就是说，第三节段劲性骨架出现的较大应力也将会在该节段混凝土浇筑完成后减小。因此劲性骨架在施工过程中受力满足要求。

[1] 姚玲森.桥梁工程(第二版)[M]．人民交通出版社，2010.

[2] 秦顺全．桥梁施工控制一无应力状态法理论与实践[M]．北京：人民交通出版社，2007.

[3] 祖祥胜．钢绞线拉索与钢丝拉索体系的比较[J]．安徽建筑，2010.

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1008-3383(2017)10-0105-01

2017-08-10