有塔间索的双斜塔斜拉桥施工方法研究

朱杰 陈一赫

摘 要：在城市桥梁美学要求不断提升的背景下，异形斜拉桥得到了较快速的发展。本文研究的寿春西路桥便是一种全新的异形斜拉桥，为国内首次采用。在现场施工过程中，发现了原有施工方案中的施工组织矛盾，故对其进行优化后形成实际施工方案，在两种施工方案中，上塔的最大悬臂施工高度发生了变化。本文对两种施工方案中结构的应力、位移响应及斜拉索索力进行了分析。讨论了结构在不同施工方案中施工工序的影响，有助于加强对此类桥型的认识，为今后同类型结构的施工提供参考。结果表明：上塔柱悬臂施工高度的增加对于副塔应力具有较大影响，且使其成桥累计位移变大。

关键词：斜拉索;塔间索;施工阶段;施工工艺

目前国内城市桥梁的异形斜拉桥设计越来越多，部分异形斜拉桥在施工上具有一定的难度与独特性。已有学者针对双塔间具有拉索的斜拉桥进行过相关分析^[1-3]，但其桥塔均为对称结构，本文的寿春西路桥桥塔为非对称性形式，施工方法与常规桥梁具有很大不同^[4]。本文针对寿春西路桥的施工过程，分析了两种施工方案中上塔柱应力、位移及斜拉索索力变化。

一、工程背景

桥梁采用108m+70m“V”型塔双索面斜塔斜拉桥。塔柱采用矩形塔，主塔上塔柱高70m，副塔上塔柱高50m，其中下塔柱高约18.6m;塔柱顺桥向为“V”型，横桥向为“Λ”型，主跨及边跨侧均设置8对斜拉索。全桥共设置24对共48根斜拉索，分别为M1～M8、S1～S8、B1～B8，其中M1～M8 斜拉索一端锚固于主塔，一端锚固于副塔并于主塔顶进行张拉;S1～S8一端锚固于副塔，一端锚固于钢梁并于副塔顶进行张拉;B1～B8 斜拉索一端锚固于副塔，一端锚固于混凝土梁并于副塔顶进行张拉。M系列索即为中间拉索。

二、施工方案

（一） 施工方案的变更及原因

本桥存在两种施工方案，在原计划施工方案中，由于现场实际施工中出现组织矛盾，上塔柱第2节完成后后，所安装的上塔滑模施工系统下部结构过长，导致以下两个问题：

1、在原计划施工阶段中，支撑的安装比较及时，为保证上塔柱在施工过程中的结构安全，最多浇筑两节就需要布置双向支撑系统，而滑模系统下部结构过长导致了在需要布置支撑的位置无法进行施工，支撑的布置将损坏滑模的下部结构，对滑模的整体性及安全性产生影响，故需要适当拉长上塔柱节段施工与支撑布置的时间。

2、由于寿春西路桥桥塔在纵桥向及横桥向均具有一定的倾斜角度，斜拉索的索面与坐标轴不垂直，斜拉索张拉过程与上塔柱节段施工时间差较短，与施工顶截面距离过近，故上塔滑模系统的下部结构在横桥向同样造成遮挡。

鉴于此种情况，在后续调整中，变更了施工方案，延后了部分支撑以及斜拉索的张拉及布置时间，由此带来的影响通过临时支撑的布置及增大部分斜拉索初张索力的措施来降低或消除。从而，本桥具有在不同悬臂施工高度下的两种施工方案。

（二） 两种施工方案说明

在原计划施工方案中，全桥共有99个施工阶段，上塔柱在滑模施工过程中最多浇筑2节段就进行支撑及斜拉索的布置与张拉。而在优化后的施工方案中，施工阶段变为114个，增加的施工阶段主要是临时支撑的安装与拆除，上塔柱的最大悬臂施工高度变为3节，由此产生结构在施工过程中的响应变化。

三、模型概况

六安市寿春西路桥主梁采用钢混组合梁形式，故在副塔侧具有一定长度的钢混段，通过进行截面相关参数的换算，其截面在模型中采用用户自定义。在钢梁、混凝土主梁及桥塔、斜拉索方面均考虑了实际材料容重与标准材料容重之间的差异，并进行相应修正。根据图纸信息，建立全桥有限元仿真计算模型。

四、结果分析

（一）应力分析

通过在上塔柱中间高度的截面，选取四角点处的应力，计算得到的在优化前后两种施工方案中主、副塔应力变化情况。

对于主塔方面，原计划施工阶段与实际施工阶段的应力变化曲线相似，说明在上塔柱的施工工序的调整对于塔身截面应力没有较大的影响，上塔柱增加3m高度的悬臂施工段不会明显影响结构响应。原因主要考虑主塔塔身截面面积较小、抵抗能力较低有关，加之主塔在纵桥向预应力为非对称布置，预应力能够显著影响主塔塔身截面内力分布，故主塔方面对于增加一个悬臂施工节段的影响并不敏感。

在副塔方面，不同的施工工序对于副塔塔身截面应力影响明显，应力曲线及平均应力水平均发生变化，由于副塔塔身预应力均为对称分布，且作为主要构件，沟通连接件众多，三种拉索汇集在其塔身，使自身应力情况非常复杂。在沿纵向方向靠近桥梁中心线处的拉应力水平上升，在其外侧压应力水平对应升高。结构的应力安全储备降低，充分发挥材料性能。

（二）位移分析

选取在施加二期荷载后两种施工方案中沿高度的竖向累计塔身位移。主塔方面，主塔的竖向累计塔身位移在调整后比原计划施工阶段高2倍，倾斜趋势相同;而副塔方面，竖向的累计塔身位移比原计划施工阶段高1.5倍，倾斜方向产生了变化。此情况考虑在实际施工阶段中。增大了部分斜拉索的初张索力，导致了副塔塔身的累计位移方向出现了扭转，可通过施工中进行塔身预偏改善累计位移变大的情况。

（三）索力变化

在两种施工方案中，施加二期荷载之后桥梁的索力值，在实际的施工阶段当中，为更好的满足施工工序调整后结构在施工过程中的应力与位移控制要求，由于增大了部分斜拉索的初张索力，使得在成桥后的M索力分布较不均匀，S索及B索的各索索力的波动程度变化不大，可通过后期调索调至成桥索力。

五、结语

六安市寿春西路桥在设计上属国内首次采用，施工过程相对常规斜拉桥不同，在实际现场工作中易出现未知问题。本文针对在桥梁施工过程中出现的两种施工方案进行了结构的响应分析，讨论了结构在不同施工方法下的结构响应差异，主要结论如下：

（一）在应力方面，主塔对于两种施工方法的结构应力敏感度较低，小幅度的增加悬臂施工高度对主塔应力影响很小;副塔对于不同的施工工序敏感性较高，应力变化明显，增加悬臂施工高度后副塔的应力安全储备降低，拉应力水平略微提高。

（二）在位移方面，上塔柱在实际施工阶段中的累计塔身位移均比原施工阶段大，主塔的倾斜方向相同，但副塔在两种施工方案中的倾斜方向不同。

（三）在调整施工阶段后，M索斜拉索索力的变化幅度较大，各索索力差异性增大，S索与B索索力差异较小，说明塔间索在非对称桥塔施工中的控制具有较大难度。

由于具有塔间索的非对称双斜塔斜拉桥在设计上的特殊性，针对其在施工过程中的结构响应还有更多的讨论空间，本文仅对在实际施工中出现的两种施工发难进行讨论，借此深化对此种结构的认识。

参考文献：

[1]王鹏禹，刘欣，杜仕朝，郑鹏. “花瓣式”异形斜拉桥钢拱塔节段吊装施工技术[J].四川理工学院学报（自然科学版），2016，29（02）：65-69.

[2]刘梦伟. 双拱塔斜拉桥结构分析与参数优化研究[D].长安大学，2016.

[3]蔡海良. 翼型斜拉橋方案设计研究[J].公路交通科技（应用技术版），2013，9（09）：192-195.

[4]陈一赫. 具有塔间索的双斜塔斜拉桥施工控制分析[D].武汉理工大学，2019.

作者简介：朱杰（1987.02-），男，汉族，山西大同，大学本科，主要方向为桥梁工程施工。