独塔非对称叠合梁斜拉桥“先梁后索”施工控制研究

董剑

（中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040）

斜拉桥按照索塔和主梁施工的先后顺序，可分为塔梁异步、塔梁同步两大类。塔梁异步施工是先施工主塔,后施工主梁,塔梁施工相互分离的施工方法[1]。“先梁后索”是在支撑墩完成后，在支架上安装主梁同时进行塔柱施工，塔柱施工期间完成钢箱梁安装及桥面板安装、张拉工作，待塔柱施工完成后集中挂索、调索。相较于传统的使用桥面吊机架设钢梁，“先梁后索”可以大大缩短组合梁时间。可以实现大节段整体吊装，减少箱梁分段，实现工厂化加工、整体机械化安装，有利于提高梁体安装效率。同时，在支架上安装梁体，能够有效提高梁体安装精度。

1 设计参数

项 目 主 桥 全 长 415m， 桥 跨220m+134.9m+60.1m，结构体系为独塔双索面半漂浮式斜拉桥。大桥上部结构采用钢混组合梁，下部结构采用柱式墩，座板台，墩台采用桩基础。

1.1 索塔

索塔采用A 字形索塔，塔柱向内侧相互靠拢，斜率为1/7.320。距塔顶9.5m 和39.5m 分别设置上横梁和中横梁一道。上塔柱采用等截面，下塔柱33.71m 范围内采用等截面，底部6.751m 范围内横桥向尺寸加大，提高索塔抗震性能。

1.2 加劲梁

加劲梁采用双钢边箱加横梁结合混凝土桥面板的整体式组合断面，顶面全宽39m，双边箱中心距26m。钢边箱采用单箱单室截面，底板水平设置，顶板设2.14%的单向横坡，腹板采用直腹板。钢横梁采用“工”字形截面。横梁底板水平，顶板采用双向2.14%的横坡，标准横梁跨中预制梁高3038.2mm，标准横梁上翼缘宽600mm，厚20mm，底板宽560mm，厚20mm，腹板厚14mm。标准段横梁沿桥轴线每3.2m 设置一道。桥面板标准厚度为28cm，与钢梁结合部分加厚至55cm；边跨压重段桥面板厚度55cm。

1.3 斜拉索

斜拉索采用扇形密索布置，空间双索面，标准段主梁上索距9.6m，边跨压重段主梁上索距6.4m，塔柱双索面均布置有21 对斜拉索，材质为1770MPa 的7mm 镀锌平行钢丝，塔端张拉。

见图1，2。

图1 项目主桥桥型图

图2 项目钢梁标准断面图

2 施工工艺与控制原则

叠合梁斜拉桥施工多采用索粱同步施工，先完成索塔的浇筑与养护，待索塔完成后桥面吊机散件拼装的方式架设钢梁与桥面板[2]。本项目由于工期短，在不影响通航的条件下，采用“先梁后索”异步施工工艺。采用满堂支架法，先将钢梁架设完毕，再进行斜拉索施工，最后进行桥面铺装与索力调整。

2.1 索塔几何控制

桥塔的几何控制有两个主要的内容，即塔柱线形控制和索套管空间倾角控制。对于塔柱线形主要是控制塔偏，由于塔柱在其施工过程中结构体系较为简单、明确，只要及时测量就不难掌握其几何状态。拉索导管倾角按塔端锚点位置按设计图坐标，同时根据预抬量进行修正，以及梁端锚点设计梁端锚点位置的基础上根据活载预拱进行修正。

2.2 钢梁架设的线形与索力的控制

以桥梁的几何线形为基本控制目标，以斜拉索长度为主要调控手段，索力为辅的原则进行整个主梁的施工控制工作，利用参数识别系统对计算参数进行识别、修正[3]。

表1 施工工序即控制工况列表

3 施工控制仿真分析

图3 桥梁计算模型及约束条件

使用Midas/Civil2019 V2.2 全桥模型，主结构采用Q345D 低合金高强度结构钢，其他非主要受力结构采用Q235B 钢材，弹性模量：E=2.06×105MPa；泊松比0.31；线膨胀系数1.2×10e-5；容重78.5kN/m3。斜拉索参数：弹性模量：E=2.05×105MPa；泊松比：μ=0.3；线膨胀系数：1.2×10-5；容重：78.5kN/m3，拉索总重866t。

3.1 斜拉索安装

图4 斜拉索初装索力与成桥索力图（KN)

图5 首轮张拉后支架脱空情况

3.2 钢梁支架拆除

根据第一轮拉索张拉完后钢梁支架的理论反力分布情况，主要是134.9m 跨及部分主跨的支架存在一定的反力。先拆边跨支架，从该跨的跨中向主塔及过渡墩对称拆除；然后拆除主跨及次边跨支架。具体顺序如下：主跨（220m）：5#→4#→6#→7#→3#→8#→2#→9#→1#→10#；边跨（134.9m）：16#→15#→17#→14#→18#→13#→19#→12#→20#→11#→21#→10#→22#；次边跨（60.1m）:24#→23#。

临时支架全部拆除后，钢边箱梁内的最大压应力为119.75MPa，最大拉应力为33.72MPa。混凝土桥面板处于全截面受压状态，最大压应力为10.87MPa。主塔最大纵向位移为-48.19mm，斜拉索最大拉应力为579.67MPa。主梁的最大竖向变形分别为69.52mm 和-86.19mm，主梁的最大纵向位移分别为59.09mm 和-53.74mm。

图6 支架拆除后钢梁竖向变形图（mm）

3.3 辅助墩落梁

由于本项目采用的是非对称设计，为了充分利用桥面板受压性能良好的特性，在边跨辅助墩处利用千斤顶辅助钢梁在重力作用下回落30cm，同时减少索力调整工作量。

辅助墩墩落梁30cm 后，主梁和拉索的最大应力值与主梁最大变形值如图7 所示。钢边箱梁内的最大压应力为122.24MPa，最大拉应力为43.19MPa。混凝土桥面板处于全截面受压状态，最大压应力为14.16MPa。主塔最大拉应力为0.96MPa，主塔最大纵向位移为61.66mm，斜拉索最大拉应力为608.10MPa。主梁的最大竖向变形分别为210.63mm 和-268.93mm，主梁的最大纵向位移分别为67.02mm 和-56.34mm。

图7 落梁完成后加劲梁位移图

3.4 体系转换

在落梁30cm 完成之后，进行全桥索力调整。所里调整完毕，进行桥梁体系转换，即解除塔梁临时固结，安装阻尼器。

解除塔梁结合处水平约束后，主梁和拉索的最大应力值与主梁最大变形值如图7 所示。钢边箱梁内的最大压应力为121.42MPa，最大拉应力为42.53MPa。混凝土桥面板处于全截面受压状态，最大压应力为13.58MPa。主塔最大拉应力为0.82MPa，主塔最大纵向位移为-97.56mm，斜拉索最大拉应力为603.50MPa。主梁的最大竖向变形分别为243.35mm 和-281.16mm，主梁的最大纵向位移为-191.41mm。见图8。

4 结论

本文分别对古马干河特大桥主桥和主塔施工过程的应力和变形进行了分析。在斜拉桥整个施工过程中钢边箱梁内的最大压应力为186.72MPa，最大拉应力为86.44MPa。混凝土桥面板处于全截面受压状态，最大压应力为14.48MPa。主塔最大压应力为13.22MPa，最大拉应力为1.92MPa，斜拉索最大拉应力为654.14MPa。

对于非对称半漂浮体系斜拉桥，关键工况是不对称情况下带荷载解除临时约束。如何更加安全的进行带荷载解除临时约束，在后续施工中需要加以研究。