大跨度组合梁斜拉桥拉索施工控制研究

陈政 ，韩洋洋 （安徽省交通控股集团有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概况

某大跨度组合梁斜拉桥主桥全长为1250m，主跨638m，为半漂浮结构体系，共设112对斜拉索，斜拉索索长91～337m（图1）。主梁采用分离式双箱组合梁结构，梁高3.3m，宽35.2m，中间通过钢横梁连接，钢梁上叠合混凝土面板，并通过剪力钉连接以形成组合截面。全桥共123个梁段，标准梁段长度10.8m、边跨区梁段长度7.2m，主梁沿纵向每3.6m设置一道横梁，采用桥面吊机最大起吊梁段重量392.3t，单个标准梁段重量383.5t。

主要技术标准为：双向六车道，设计速度100km/h，桥梁结构设计基准期100年，设计安全等级Ⅰ级，车辆荷载公路Ⅰ级。

图1 桥梁结构布置图

2 标准梁段常规施工方法及力学计算结果

2.1 常规二次张拉施工方法

标准梁段吊装时采用二次张拉方法的施工步骤为：起吊i+1梁段；i梁段与i+1梁段间钢结构连接并第一次张拉i+1梁段斜拉索；浇筑梁段间湿接缝，张拉i+1梁段混凝土内预应力；吊机前移至i+1梁段，并第二次张拉i+1梁段斜拉索（图2）。

图2 标准梁段常规施工步骤（斜拉索两次张拉）

2.2 力学计算结果

通过有限元软件对桥梁采用二次张拉的吊装施工方案进行力学计算，按照实际施工过程分为约80个主要施工阶段，梁段桥面板混凝土及钢结构的最大组合应力计算结果如图3所示。

图3 常规二次张拉施工方法混凝土及钢结构的最大组合应力

因组合梁斜拉桥梁段起吊重量远大于钢箱梁斜拉桥，在桥面吊机前后支点反力作用下，最不利工况出现在悬臂吊装阶段的第i+1梁段起吊过程中，最危险截面位于之前已起吊梁段内。受此吊装产生的负弯矩作用，梁段混凝土桥面板的最大受拉应力为1.9MPa，主梁钢结构的最大受压应为140MPa。该计算结果虽满足规范相关要求，但考虑施工安全等风险因素，需对常规二次张拉的施工方案进行优化。

3 标准梁段三次张拉施工方法及力学计算结果

3.1 三次张拉施工方法

保持传统二次张拉施工方法前三个施工步骤不变（图2步骤a、b、c不变），增加斜拉索的二次超张和三次放张的施工步骤。即在第二次张拉第i梁段斜拉索时进行超张拉（同图4步骤b），而在吊装第i+1梁段时对第i梁段斜拉索进行第三次放张（图4步骤a），具体施工步骤如图4所示。

图4 标准梁段三次张拉施工步骤

由于斜拉桥属于高次超静定结构体系，第i梁段斜拉索进行第三次放张的同时会在梁段内产生附加正弯矩，同时该梁段产生向下的附加位移。在该附加正弯矩作用下，梁段桥面板内产生附加压应力，该附加压应力与桥面板内由斜拉索水平分力和预应力筋产生的压应力叠加，将在梁段桥面板内形成更大的预压应力，增大桥面板混凝土的安全储备。

图5 三次张拉施工方法混凝土及钢结构的最大组合应力

3.2 力学计算结果

通过有限元软件对桥梁采用三次张拉的吊装施工方案进行力学计算，梁段桥面板混凝土及钢结构的最大组合应力计算结果如图5所示。

根据上述计算结果，采用三次张拉施工方案后，混凝土桥面板的最大受拉应力约为1MPa，主梁钢结构的最大受压应为130MPa，较二次张拉施工方案的计算结果均有明显减小，故采用三次张拉的吊装方案具有明显优势。

4 结论

大跨度组合梁斜拉桥在悬臂吊装施工过程中，主梁混凝土桥面板在斜拉索索力水平分量和桥面板体内预应力筋的作用下形成预压应力储备。组合梁斜拉桥的梁段重量远大于钢箱梁斜拉桥，在桥面吊机最不利施工起吊荷载的作用下，梁段受负弯矩作用，主梁混凝土桥面板内出现拉应力。

为降低施工过程中的安全风险，同时避免配置施工临时预应力筋，结合斜拉桥超静定的结构特性，改变常规斜拉索二次张拉的施工方法，增加斜拉索的二次超张和三次放张的施工步骤，在相邻斜拉索索力的竖向分力差作用下使梁段内产生附加正弯矩，从而在梁段桥面板混凝土内产生附加压应力，形成更大的预应力安全储备。理论计算和实测结果均表明，大跨度组合梁斜拉桥在悬臂吊装施工中采用斜拉索三次张拉法，梁段整体受力更为合理，具有明显的技术优势。