开发路大桥独塔单索面不对称斜拉桥的施工优化

薛玉波 余郁 陈晓飞

开发路东延跨京杭大运河桥结构全长668m，跨径划分为：（3×30）m：西侧引桥+（35+100+135+45）m：主桥+[4×32.2+（32.2+33+32.2+32.2）]m：东侧引桥。主桥桥型为独塔单索面不对称斜拉桥，全宽39m，引桥为等高度预应力混凝土连续箱梁桥，全宽39～51m。由无锡市政设计研究院有限公司设计，江苏省交通科学研究院股份有限公司承担施工监控。：

一、斜拉索设计

斜拉索承受来自桥面系的恒载，汽车、人群等活载，并将这些荷载传递至主塔，是斜拉桥传力链中的重要一环。本桥采用标准强度为1670MPa：的环氧涂层钢丝束，在副跨及主跨侧扇形布置两种型号拉索共计12：对，顺桥向水平夹角为20.08°～50.0°，梁上锚点副跨侧顺桥向间距为6.0m，主跨侧顺桥向间距为8.5m；塔柱上锚固点高程方向间距2.5m、3.0m。

二、非对称不平衡施工存在的重难点

索塔两侧悬臂节段的长度相差2.5m，节段重量差460kN。相对于常规的平衡对称施工而言，本桥施工具有不平衡施工的特点，且不平衡效应随悬臂的伸长而更加严重。为了达到平衡施工目的，设计推荐采用在副跨侧设压重的，压重180t，且每施工2个节段就要将配重块进行移动，施工相对较为麻烦，施工过程中施加配重，由于配重的重量难以准确预估，配重的位置也可能与理论上不一致，同时，施工配重必然增加了桥面上其他一些辅助设施，对于施工过程的控制带来了较多的不确定因素，也不利于施工，尤其是钢结构桥梁对线形要求更高。

鉴于该桥成桥索力的设置，主跨侧索力3000kN，副跨侧索力2530kN（2000kN靠近塔的3根索），且主跨侧的拉索倾角较副跨侧要小，成桥时索塔承担一定的弯矩作用。考虑到施工阶段仅有裸梁自重作用及桥面吊机临时施工荷载，钢结构主梁又具有一定的强度储备，从简化施工、方便控制的角度出发，监控采取了无应力状态法的思路进行计算，通过控制索力的大小来实现施工安全控制，在对该桥内力建模分析的前提下，提出关键工况优化控制要素：

1.最大双悬臂阶段。

2.最大单悬臂阶段。

3.全桥合拢阶段：。

全桥合拢后，根据B4#墩反力储备情况，钢梁合拢后，索力在该阶段还不能张拉到位，必须在桥面铺装及二期恒载施工完毕后，再将索力张拉到位。根据理论分析，桥面铺装后，调整张拉的拉索为最外侧的。

4对拉索。

三、优化措施

结合成桥结构内力状态、副跨合拢的需求、主跨合拢的需求、施工过程中不出现负反力、减少施工调索次数等几方面因素，对施工流程做了优化，模拟采取无应力状态法的思路，以副跨合拢位移和索塔受力为目标，对最大悬臂节段索力进行优化调整，：其中在中跨合拢前在4号桥墩位置施加400吨压重，合拢后二期铺装施工后，再卸除200吨压重，留200吨永久压重，保证4号墩支座受力处于合理区间。

1.最大双悬臂阶段

施工顺序为副跨侧先合拢，再进行主跨侧合拢，副跨合拢前以副跨侧主梁标高控制为主同时，为减少桥塔的不利受力，可将主跨侧的拉索索力的水平分量控制与副跨侧索力水平分量相当，这样有利于控制桥面以上塔柱的位移，将两侧不平衡荷载产生的弯矩由下部墩身承担，而下部墩身所承担的弯矩以成桥时弯矩作为控制值，可以保证副跨侧先行合拢。由塔底反力可知，该阶段反力远小于成桥反力。可以看出，如不施加配重，而仅仅通过调整索力，也可以保证施工过程中索塔安全，且能保证副跨顺利合拢。

2.最大单悬臂阶段

副跨合拢后，主跨悬臂端下挠达420mm。由于该桥副跨侧拼装节段要比主跨侧拼装节段短2.5m，双悬臂阶段时保证副跨侧位移，同时根据索力水平分量相当的原则保证塔柱受力，这样就导致了主跨侧主梁下挠，而不利于主跨侧合拢，此时的索力是为保证副跨合拢需求、索塔受力安全的索力，要实现主跨合拢，必须对拉索做一次调索，为减小索力调整次数，应尽量将索力张拉到位。为此，可以从桥塔向主、副跨方向逐根将索力张拉到位。该工况应考虑（1）尽量多的将索力张拉到位，以免再次调索；（2）保证索塔受力；（3）保证不出现负反力，即应保证B4#墩不出现负反力；（4）主跨悬臂端位移满足合拢需求，即主跨侧合拢口位移协调。为此，确定最大单悬臂阶段合理索力如下：

最大单悬臂合理索力、位移和支座反力、竖向位移

由该状态下的位移及反力可知，在该索力下，合拢口竖向位移基本协调，但纵向存在位移差，支座也有一定的压力储备，塔底反力也不大，可以认为该阶段的索力为合理索力。

3.全桥合拢阶段：

由上述分析可知，主跨合拢口轴向位移差较大，为了实现无应力安装，可将主边跨侧的梁体向桥塔方向顶推，顶推后的纵向位移为：

4.主跨合拢及支座复位

主跨合拢并将主边跨支座复位后，该阶段索塔塔顶最大纵向为20mm。

监控优化调整的成桥状态，钢箱梁的上缘最大压应力为-63MPa，钢箱梁的下缘最大压应力为-127MPa，钢箱梁的上缘最大拉应力为97.7MPa，钢箱梁的下缘最大拉应力为58MPa，分别位于主梁B6号墩上缘和GJL节段端部。

四、成桥核算

由成桥索力、钢梁位移、塔柱位移及支反力可以看出，成桥的索力与目标索力完全一致，成桥钢梁的位移也与一次落架模型一致，塔柱位移也与目标值一致，支反力也比较吻合。成桥的内力状态及位移状态说明，通过无应力法优化调整施工阶段索力，可以避免配重，能够实现预期的目标状态。

五、结语

通过优化措施，目前，开发路东延跨京杭大运河桥主体已经完工，且线形流畅，受力合理。