斜拉桥挂篮施工分阶段监控设计方法

薛弘毅

摘 要： 首先对斜拉桥挂篮法施工分阶段监测设计的要点进行分析，之后介绍施工过程中误差控制要求，并用软件建出主桥计算模型，模拟计算本桥在施工期间各阶段中的位移、应力。结果如下：在模型精度方面，模型计算值与施工过程中的实际测量值误差较小，说明模型具有一定精度及可靠度。在结构位移形变和应力方面，均小于规范值，符合设计要求。简要介绍斜拉桥在施工过程中各阶段的监控计算，对斜拉桥悬臂施工监控设计的发展有一定借鉴意义。

关键词：斜拉桥;悬臂挂篮施工法;分阶段设计;监控计算

中图分类号：U448.27 文献标识码：A

1 桥梁设计概况

本桥桥型采用独拱塔双索面斜拉桥，共分为六联，其中第四联为主桥，其主跨跨径为100 m，路面宽度为40 m，其中一般段梁高为2.5 m，采用挂篮悬浇施工;其建成后如图1.1所示，主梁典型横断面如图1.2所示。上部结构其采用预应力混凝土斜腹板连续单箱双室箱梁，其中主桥梁体采用双箱结构。施工过程中每次浇筑长度为5 m，混凝土浇筑方量约为160 m3，每段浇筑块重约为410 t。

2 桥梁分阶段监测设计内容分析

2.1 挂篮施工步骤总结（施工流程）

本桥实际施工过程以单段悬浇箱梁为例：混凝土浇好1、2天后，有了一定的强度，施工队开始拆模板。模板拆完后就开始移动吊篮。为了保证混凝土强度达到要求，防止承受过大荷载，吊篮分两次移动，第一次向前移动2 m。斜拉索分3次张拉，第一次是吊篮移动2 m后，第二次是吊篮移动5 m到位后，第3次是浇完混凝土并形成一定强度后。吊篮移动2 m后，施工队开始砸毛，把预应力筋上附着的杂质砸掉;否则螺栓套不进去，无法施加预应力。每段悬浇箱梁的施工时间为10天左右（因梅雨季，实际为15天左右）。

2.2 监控设计重点

斜拉桥是跨径较大，结构较复杂的桥型，其施工设计监测的重点包括：（1）主梁悬浇施工过程中内力、线形和稳定监控;（2）施工索力的控制与调整。

2.2.1 主梁悬浇施工过程中内力、线形和稳定监控

本桥的斜拉桥主梁采用混凝土悬浇箱梁结构，其中混凝土箱梁和斜拉索安装控制是本桥施工检测的最主要内容。混凝土悬臂浇筑箱梁的施工工艺复杂，浇筑线形、温度变形均会对结构受力和结构线形造成影响，因此在主梁悬臂浇筑期间，应对立模标高进行确定与复核。

在挂篮施工过程中，需要确定悬臂浇筑各个阶段的立模标高。充分考虑现场实际参数的变化，并通过理论计算和实测数据反馈，对计算分析结果进行修正，综合考虑后得到每个节段的立模标高计算值。其中通过预压得到的挂篮竖向弹性变形量与荷载的关系曲线，根据曲线预估每个阶段挂篮竖向弹性变形，通过计算模型确定挂篮的立模标高，并与浇筑混凝土后挂篮实际沉降测量进行比较，论证计算模型精度。

2.2.2 施工索力的控制与调整

斜拉桥斜拉索倾角变化大，结构空间效应明显，在拉索索力作用下，主塔将承受巨大的压力和弯矩。因此，要求施工控制理论分析必须准确模拟空间索面。

2.3 结构分析计算模型误差控制

无论采用什么分析方法和手段，模拟方法都对实际桥梁结构进行简化;这种简化使计算机计算模型与实际情况之间存在误差。施工实际检测中需要对模型与实际情况综合考虑。如本桥施工过程中的挂篮预提升高度通过Midas Civil软件计算，其中7号块通过计算得到挂篮的预提升高度为117.8 mm（为了之后块体发生的整体沉降考虑），实际监测的浇筑后沉降约为116 mm，计算与实际结果只相差1.8 mm，说明还是模型建立比较精准，建立的Midas计算模型有一定的可靠度。

3 设计计算结果与实际情况

3.1 计算方法与论证方法

本桥使用正装法对实际桥梁进行模拟分析计算。正装法也称为前进分析法，其原理是采用与斜拉桥施工相同的顺序，依次计算各阶段架设时结构的施工内力和位移。建立模型时，注意Midas模型中斜拉索索力调整，其对计算结果影响较大。

同时使用倒装法对模型进行检查，应用有限元分析软件Midas/Civil进行结构分析，将其计算结果与施工现场观测倒的数据进行核对、比较和分析，论证计算模型的精度和可靠性。

3.2 位移計算结果与实际情况

索塔横向位移以偏向主跨侧为负值，偏向边跨侧为正值;梁体竖向位移以向下为负值，向上为正值。计算模型中，主塔位移及各梁段浇筑后梁体位移变形如图3.2-3.3所示。施工过程中塔顶最大纵向位移为-190 mm，主梁最大竖向位移计算值为-130 mm。

合拢、调索、桥面铺装完成后，活载作用下结构变形图如图3.4所示。可见成桥后主塔的横向变形45 mm。实际测量成桥后主塔横向变形约为50 mm，与计算值较为接近，说明计算模型具有一定精度。

主梁纵桥向变形较小，因此施工中不设置纵桥向预偏。计算模型中，主塔塔顶应从顶部向下成二次抛物线设置向边跨100 mm的预偏值、同时主塔距桥面约30 m处设置向内侧约50 mm的预偏值。实际测量成桥后主塔塔顶最大变形约为90 mm，与计算值较为接近，说明计算模型具有一定精度和可靠性。

3.3 模型应力计算结果与实际情况

在施工过程中，斜拉索的最大计算应力约为780 MPa，最小安全系数为2.3;拉索在运营过程中的最大应力约为670 MPa，最小安全系数为2.5;均满足设计要求。

施工过程中的箱梁混凝土应力如图3.5所示，以拉为正、压为负。主梁箱梁的上翼缘的最大应力为2 MPa、最小应力为-7 MPa，最大应变约为3个微应变;主梁箱梁的下翼缘的最大应力为8 MPa，最小应力为-13 MPa，最大应变约为5个微应变;均满足设计要求。

在梁底混凝土施工中过程中，使用应变片测量的实际微应变为6.3个微应变，说明计算模型的应变与实测值相差较大，计算模型需要改进，需要同时考虑斜拉索与预应力张拉力作用的影响。

运营过程中的箱梁混凝土应力以拉为正、压为负。主梁箱梁的上缘最大应力为-2 MPa、最小應力为-8 MPa，最大应变约为4个微应变;主梁箱梁的下缘最大应力为-2 MPa，最小应力为-14 MPa，最大应变约为8个微应变;均满足设计要求。

梁底混凝土施工中使用应变片测量的实际微应变为11.5个微应变，说明计算模型的应变与实测值相差较大，计算模型需要改进，需要同时考虑斜拉索与预应力张拉力作用的影响。

4 结语

斜拉桥悬臂挂篮施工技术复杂，此桥主跨路面较宽，所需吊篮尺寸很大，更增加其设计难度和监控计算难度。本文详细介绍斜拉桥悬臂挂篮施工法的分阶段监控计算内容与计算方法。文章主要介绍了某斜拉桥在实际施工过程中的挂篮施工分阶段监控内容与计算分析模型。

完成这项大型工程需各方紧密配合，需要有完善可靠的施工方案，并需要明确施工监控计算步骤。本文介绍了该种斜拉桥的施工过程的监控分析计算方法，对斜拉桥的悬臂施工监测方法的发展有一定的借鉴意义。

本文对某斜拉桥分阶段进行施工检测分析计算，得到的结果如下：在模型精度方面，模型的计算值与施工过程中的实际测量值误差较小，说明模型具有一定的精度及可靠度。在桥梁位移形变方面，最大位移均小于规范值，符合设计与施工要求。在桥塔体系应力方面，可得桥塔在6号块浇筑到达全桥最大应力，其不超过混凝土的规范设计值，符合设计规范要求。

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