毗河三桥主桥施工控制研究

唐 勇,马继兵,范兴贵,李晓军

(金堂县城乡建设局，四川成都610400)

文章以毗河三桥主桥为例，对预应力混凝土单索面非对称斜塔斜拉桥的施工控制要点进行了研究，通过施工控制计算与现场监控数据分析，研究该类桥梁主梁线形、内力控制和温度监控、斜拉索索力测试等。在施工过程中进行了有效的管理和控制，确保斜拉桥在施工过程中结构受力状态和变形始终处在安全范围内，以及成桥后的主梁线形逼近设计线形，受力处于最优状态。对类似结构的设计和施工具有良好的参考价值和借鉴意义。

1 工程背景

毗河三桥及连接线工程位于成都市金堂与青白江交界地。桥跨布置设计为南引桥(3×25 m预应力混凝土简支T梁)+主桥(60 m+90 m预应力混凝土单索面非对称斜塔斜拉桥)+北引桥(8×25 m预应力混凝土简支T梁)。主桥基础采用群桩承台基础，索塔、主梁均采用搭架现浇施工方法。主桥主梁为整幅现浇单箱四室预应力混凝土箱梁，主梁中心处高2.9 m。索塔为斜塔，与铅垂线成11°夹角，索塔与主梁固结，浇筑索塔时同时浇筑墩顶实心段主梁。索塔上塔柱采用实心矩形截面，下塔柱采用实心“十”字形截面。全桥共11对斜拉索，纵向设计为平面索，采用单索面、扇形布置方式，主梁上边跨索距4.3 m，主跨索距7.0 m。斜拉索采用一次张拉，拆除满堂支架后，根据斜拉索实际内力再进行局部调整。全桥主桥总体布置见图1。

图1 毗河三桥主桥总体布置

2 施工控制计算分析

确定斜拉桥成桥状态及施工阶段状态的内力和线形是施工控制中最基本的内容。必须通过合理的计算方法和理论分析来确定桥梁结构在每个施工阶段的内力及线形，结合参数敏感性分析及误差识别等手段控制施工过程中结构状态，使最终成桥线形和受力状态满足设计要求。因此建立有限元模型的计算预测、误差分析和调整工作是施工控制的核心内容。毗河三桥主桥施工控制实时计算采用 MIDAS空间分析软件进行，计算模型如图2所示，按照设计施工顺序及施工方法共建立38个施工阶段。建立模型时充分考虑了分阶段施工、预加力效应、混凝土收缩徐变效应、温度效应等各种情况。

图2 全桥结构整体空间分析模型

3 施工控制关键技术

3.1 施工控制原则

施工控制是对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。本桥梁按照以下原则进行施工控制:(1)满足结构受力要求。主梁、拉索在各施工阶段应处于弹性状态，成桥后的内力应与设计值相符。(2)满足施工过程及成桥线形要求。施工过程中主梁的线形和位移应处于合理范围内，成桥后主梁线形满足设计要求。(3)在斜拉索张拉阶段严格控制梁段线形。(4)斜拉索采用一次张拉，在拆除满堂支架后，实行线形与索力的双控。(5)具体调控手段：施工控制采用预测控制法。对于主梁和斜拉索内力(或应力)的调整，通过严格控制预应力束张拉力和斜拉索张拉力实现。对于主梁线形的调整，通过调整立模标高实现，将参数误差以及其他因素引起的主梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。

3.2 施工阶段主梁标高的确定

主梁预拱度及立模标高控制是主梁线形控制的重要工作。毗河三桥主桥主梁线形控制实施过程是：理论计算主梁预拱度，并发布主梁预拱度指令，由施工单位根据满堂支架预压数据自行将相关变形反号叠加在预拱度值中。预拱度设置值按施工期主梁挠度、竣工后一段时间(考虑3 a)的混凝土收缩徐变挠度及1/2活荷载静挠度，相加取反号而得。

3.3 索力张拉控制

索力张拉控制包括斜拉索到位张拉及全桥调索阶段。在施工阶段，索力张拉以控制标高、线形为主，兼顾索力与应力，根据参数敏感性分析结果，到位张拉时需对桥面临时荷载进行严格控制，临时荷载需与计算模型保持一致。毗河三桥主桥施工控制过程中，斜拉索采用一次张拉，斜拉索索力误差均能控制在5 %以内。在拆除满堂支架后，当线形及索力误差较大时，需进行全桥调索，再对索力做适当的局部调整。

3.4 现场参数识别

在桥梁施工过程中，大多数参数与设计值有差异，设计参数误差是引起施工误差的主要因素之一。因此施工控制中需对这些参数进行识别，对模型进行修正，使实际结构状态与理论状态相吻合。在毗河三桥主桥施工控制过程中，重点对混凝土容重和弹性模量、斜拉索弹性模量进行了分析识别，同时对主梁刚度、结构温度等参数进行识别、修正，对桥面临时荷载进行严格控制，使理论计算与实桥测试结果较为吻合。

4 施工控制主要成果

4.1 主梁应力

主梁应力测试截面为：(1)主跨：索塔处主梁截面、1/4跨主梁截面、跨中主梁截面、3/4跨主梁截面；(2)边跨：跨中主梁截面、索塔处主梁截面；同时在计算最不利截面布置应力传感器，全桥布置6个测试截面。每个主梁截面埋设12个传感器，箱梁顶板埋设6个，底板埋设6个，主梁埋设传感器个数共计72个。主梁每个截面所有传感器的导线均引至桥面翼缘板，传感器布置示意见图3，主梁应力监测截面编号见图4。

图3 主梁应力监测截面传感器布置(单位： cm)

图4 主梁应力监测截面布置

主梁应力实测值与理论计算值对比如图5所示。顶板最大应力实测值和理论值分别为-13.14 MPa和-12.2 MPa(负值表示压应力)，出现在C-C截面；底板最大应力实测值和理论值分别为-12.11 MPa和-11.00 MPa(负值表示压应力)，出现在D-D截面。成桥实测应力与理论计算值基本吻合，误差在±1.5 MPa以内，施工过程中主梁应力控制断面法向最大压应力为-13.14 MPa，未现拉应力，满足设计和规范要求，整个施工过程中主梁应力是安全的。

图5 主梁各截面应力

4.2 主梁线形

影响主梁线形的因素主要有温差、施工误差、设计参数与实测参数不符、外荷载、混凝土收缩和徐变等。主要选取主梁边跨L/4截面、L/2截面、3L/4截面以及主跨L/4截面、L/2截面、3L/4截面共6个断面进行主梁变形监测。全部斜拉索张拉完毕后的主梁变形实测与理论计算误差对比如图6所示：斜拉索张拉阶段主梁实测变形与理论计算值吻合较好，轴线标高误差在-4.2～5.6 mm之间，说明主梁结构的实际变形行为与理论预测值相符性较高，主梁变形控制达到了预期成果，满足设计要求。

图6 主梁变形实测与理论值(L/4为近桥塔侧， 3L/4为近过渡墩侧)

4.3 成桥索力

图7给出了各斜拉索整体实际张拉力与施工控制理论张拉力的对比情况，可知各斜拉索实际张拉力均稍大于理论张拉力，采取索力控制措施后，最大相对偏差为4.2 %，斜拉索实际张拉力得到了较好控制，满足设计要求。

图7 斜拉索索力(编号自桥塔侧开始编号)

5 结论

(1)斜拉桥施工控制须坚持以主梁线形为主，兼顾斜拉索索力与梁体合理应力的原则。

(2)有限元计算分析是整个施工控制的核心，而确定成桥目标状态和施工目标状态是施工控制两项至关重要的工作，应先确定成桥目标状态，然后以成桥目标状态为基础,根据施工工序确定各施工目标状态。

(3)所建立的施工过程计算模型准确，对主桥施工过程结构受力控制起到了良好作用。整个施工过程主梁构件控制断面应力、变形均处于受力安全范围，成桥后结构内力状态合理。

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