迫龙沟特大桥主梁线型控制研究

董军

摘 要：桥梁线形控制不仅是桥梁施工技术的重要组成部分，也是确保桥梁施工宏观质量控制的关键及桥梁建设的安全保证，它在施工过程中起着安全预警以及施工指导，鉴于桥梁线型控制在大跨度桥梁中的重要性，本文对在建的迫龙沟特大桥的主梁线型控制进行研究，制定了一系列针对性措施，以达到线型控制目的

关键词：主梁线型；控制；研究

1 工程概况

迫龙沟特a大桥位于G318国道西藏境内通麦至105道班段内，是西藏境内最大跨度的斜拉桥，结构布置为（156+430+156）m双塔双索面混合梁式斜拉桥， 半漂浮结构体系。

本桥上部结构采用混凝土梁+组合梁的混合梁形式，其中主梁中跨采用钢主梁与混凝土板共同受力的组合梁结构，中间用剪力钉将两者结合。钢主梁截面为双工字型截面，横桥向钢主梁的间距为13.0m，橋面混凝土板厚28cm。主梁全宽16.8m，主梁外侧设置风嘴。边跨采用双边肋式断面混凝土梁，梁高2.62m，肋板宽标准段为1.7m，桥梁全宽14.3 m。中垮组合梁及边跨混凝土主梁标准断面分别见下图。

根据边、中跨主梁结构特点和现场条件，采用边跨主梁牵索挂篮悬臂浇筑与中跨架梁吊机悬拼同步进行施工。由于悬臂浇筑混凝土和悬臂拼装组合梁的施工工序完全不同、且边中跨两端混凝土梁重有很大偏差，十分不利于施工阶段的线形控制和结构安全，线形未能控制好直接影响桥梁的结构内力偏离设计意图，会给桥梁的结构安全和耐久性埋下隐患。

2 影响主梁线型因素分析

2.1 梁体自身结构

边跨混凝土主梁总重约7343t，半中跨钢混组合梁总重约3550t，重量存在较大的不均衡，加上边跨和中跨索距不等，其悬臂施工阶段就存在较大不平衡力矩，节段对称悬臂施工时其最大不平衡力矩达521423.6KN·m，具体见“表2.2-1节段对称悬臂施工的不平衡力矩”。

2.2 边跨混凝土主梁、中跨组合梁竖向刚度和索塔的纵向刚度，也是影响线型控制主因，边跨混凝土主梁竖向刚度较大受斜拉索的影响较小，中跨组合梁竖向刚度相对较小对索力的变化比较敏感，索塔的刚度越大越便于线型控制；

2.3 索力作为索、塔、梁的内力，对主梁线型控制起着控制性作用，优化各阶段索力和调索能够得到更合理的线型；

2.4施工过程控制也是影响线型的主因，主要包括合理的施工工序、组合梁制作线型控制、混凝土主梁结构尺寸控制、施工荷载布置、索力张拉控制、测量监控等；

2.5主梁预应力张拉、合理的体系转换、混凝土的收缩徐变等，同时也影响主梁线型控制，混凝土的收缩徐变对桥梁运营期线型影响较大，故在施工预拱度设置时必须考虑；

2.6环境温度场对大跨度桥梁的线型控制影响也较大；

表2-1节段对称悬臂施工的不平衡力矩

3 控制主梁线型可采取措施分析

3.1中跨超前边跨一个节段施工

由表2-1可见当施工14节段时，边、中跨对主塔不平衡力矩达521423.6KN·M，当按此施工步骤施工时安全风险性极大且主梁线型极不容易控制，只有采取措施尽量减小该数值。施工时采取中跨主梁超前边跨一个节段悬臂施工，即边跨悬浇Bi混凝土梁时中垮同步施工Zi+1组合梁，采用该方案时边、中跨对主塔不平衡力矩见下表。

3.2 边跨设置临时支墩

在上述第一条措施的基础上为进一步减小边、中跨对主塔不平衡力矩并对主梁线型控制创造主动条件，可在边跨侧设置一钢管混凝土结构辅助临时支墩，支墩顶设置千斤顶主动控制边跨主梁的变形。临时支墩结构形式见下图。

3.3 利用成熟的专业计算软件计算提供反拱值和斜拉索安装控制张拉力

根据前述调整的施工步骤，在考虑临时支墩的情况下，采用Midas根据施工工序将施工过程模拟为一系列施工阶段，考虑混凝土梁的时间效应如收缩、徐变和预应力松弛等进行模拟运算，根据运算结果提供反拱值来进行立模标高的调整。同时在施工过程中，若计算结果与实际情况相差较大时，可根据该计算结果在临时支墩处采取支顶措施和调整索力来控制主梁线型。

同时利用Midas在确定满足成桥目标需要的施工过程中理想状态时，利用结构构件单元的无应力长度和无应力曲率建立中间施工过程与最终成桥状态之间的联系，直接求解斜拉桥中间过程斜拉索张拉到位的索力值，并且通过基于斜拉索无应力长度调整的锚头伸缩量来调整斜拉索目标索力，以消除施工指令执行时全桥大范围调索时间较长带来的临时施工荷载变动和日照温差的影响。

总之，对本座大跨度斜拉桥进行线型控制，需要根据具体情况采用无应力状态法、倒拆计算法及正装计算法这三种计算方法进行灵活的交替运用，互为补充，以求解出不同阶段、不同施工状态下的理想控制目标。

本桥Midas建模时，对于主梁、主塔采用三维梁单元模拟，其截面特性按照实际情况定义相应的截面。斜拉索在整体计算中，采用桁架单元模拟，其截面特性按照实际截面模拟。

桥塔塔底节点采用固结约束，拉索单元节点与主梁、塔柱节点联系均采用弹性连接中的刚性连接，塔梁临时固结约束采用弹性连接中的刚性连接模拟；临时支墩、塔旁托架约束采用节点弹性支承输入竖向刚度。

3.4 组合梁制造控制措施

对组合梁而言，由于主梁节段间的转角调整受节点拼装等因素的影响，其调整量非常有限。为了保证悬拼节段间精确匹配及主梁达到设计线形，需准确计算主梁的制造线形，即主梁的无应力线形。

主梁制造线形计算步骤如下：

（1）按照设计线形进行有限元分析，然后根据设计提供的成桥索力进行一次成桥计算，得出结构初步线形及索力；

（2）进行施工拼装过程计算分析，按照拟定的控制方法进行拼装至合龙过程计算，按照初步线形进行调整，使调整后（成桥状态下一定年限后）的线形与初步线形基本相同，得出施工阶段分析线形及索力，在此线形基础上加活载的一半的反拱值得出制造线形；

（3）将主梁制造线形带入原始模型进行正装，按照步骤（2）的控制计算方法，得到结构一定年限收缩徐变后的结构线形及索力，作为斜拉索无应力索长的计算参数。

钢结构制造过程中的控制要针对制造商确定采用、并已获批准的施工工艺进行，如钢梁采用多节段连续匹配组装、预拼装同时完成的施工工艺等。制造时除重点控制预拼装线形、梁段尺寸（长度、锚点位置）、和梁段重量外，还需将上述重要制造参数及时传递给监理或监控单位，根据对已造桥梁构件的误差分析，必要时在后续批次的钢梁制造中做出相应调整，减少误差累积放大。

3.5 组合梁安装控制措施

主梁的安裝线形计算就是根据实际确定的施工顺序和施工荷载情况，计算各施工阶段和成桥活荷载的结构变形，并据此计算相应阶段悬拼梁段的安装高程。

上述确定斜拉索施工张拉力的迭代收敛结果即可用于主梁安装线形的计算，但是由于施工过程中实际的斜拉索张拉力、施工荷载条件如桥面吊机重量、支点位置等，以及实际结构参数如梁段重量、构件刚度和材料弹模等均可能与初始计算的预定值不同，因此必须在施工中控制主梁恒载准确称重，根据实际条件、并结合施工监测系统的反馈结果对模型进行修正后，才能用于后续工况的安装线形计算。

组合梁安装过程中还要特别加强控制起始段钢梁的安装误差。

3.6 确保主梁线型的测量措施

（1）主梁几何测量

主梁标高测量采用精密水准仪进行，标高测量结果不仅反映了钢梁线形是否正确，同时用于计算各主要施工过程钢梁产生的变形以判断结构安全性和索力张拉的合理性。主梁变形监测的控制点设置在钢主梁顶板，每个控制断面设置三个控制点。

主梁轴线偏位测量根据现场架设梁段中线标志，采用坐标法进行中轴线空间曲线测量。

主梁节段测量应在节段拼装阶段、拉索张拉阶段进行。此外，每拼装4～5个钢梁段、或合龙前等重要工序需安排一次的高程、轴线两岸联测和水准点闭合测量。对于节段安装匹配阶段还进行多次密集测量以确保数据准确。钢梁合龙前进行48小时合龙口高程、轴线的连续测量，并在夜间安排两次几何线形通测。连续观测时间间隔为2小时。

控制施工阶段的线形测量安排在相应施工阶段结束且在日落后1～2小时（夏季、秋季为日落后2～3小时）以后至次日清晨日出前进行。

（2）索力测量

斜拉桥拉索索力是设计中重要参数，索力大小，直接影响到主梁的线形、主梁内力分布以及主塔的偏位和扭转。在整个主梁施工及调索全过程、成桥后索力测试过程中，都需要对索力进行测量，测量的方法是采用频谱分析法与压力环相结合的方式。

（3）温度测量

本桥主梁跨度大、主塔高，随着温度环境的不断变化，主梁和主塔将产生较大的变形和内力变化。而同时桥梁结构由不同材料组成，其导热系数不一样，同时受日照、风向等的影响，主梁、主塔和斜拉索之间存在温差，而且主梁内外、顶底板、主塔两侧也存在温差，因此桥梁结构处在一个相当复杂的温度场中。

环境温度的大小及日照温差会影响到结构体系的线形及内力分布，结构的温度变形还影响到施工中构件的架设精度及测量精度。对日照温差影响较大的情况，要求测量在清晨日出前进行，即使如此也不能完全消除温度分布不均匀的影响，因此建立温度监测体系对于修正温度给施工带来的误差也是必要的。在施工中针对不同季节的特征天气状况（晴天、阴天、雨天），选择代表性的时段进行构件温度场及桥址环境温度场的连续观测，以掌握该条件下的主塔、混合梁及斜拉索的温度分布规律，模拟各构件的特征数值温度场，为施工监控计算中的温度修正计算提供科学的特征数据，并为合龙时机选择提供参考。

监测内容为环境温度及主塔、主梁、斜拉索的温度场。结构温度场监测采用温度传感器，辅以红外测温仪进行，要求测温精度达±0.5℃。

施工过程中选择在主梁节段拼装阶段与线形、索力及应力测量同步进行，温度测量与应力测量同步。

连续温度场观测原则上全桥进行每个季度2种天气情况的测量，同时同步进行主塔线形、主梁线形、应力的测量，并找出上述参数与温度场分布的规律，用于修正计算模型的温度影响计算方式及参数，并指导指令参数的温度修正。

4 结语

本文运用质量管理的理论和方法，通过对迫龙沟特大桥主梁线形质量的因素和控制措施进行了研究，可为同类型斜拉桥施工提供一定的参考价值。