迫龍溝特大橋主梁線型控制研究

董軍

摘 要：橋梁線形控制不僅是橋梁施工技術(shù)的重要組成部分，也是確保橋梁施工宏觀質(zhì)量控制的關(guān)鍵及橋梁建設(shè)的安全保證，它在施工過(guò)程中起著安全預(yù)警以及施工指導(dǎo)，鑒于橋梁線型控制在大跨度橋梁中的重要性，本文對(duì)在建的迫龍溝特大橋的主梁線型控制進(jìn)行研究，制定了一系列針對(duì)性措施，以達(dá)到線型控制目的

關(guān)鍵詞：主梁線型；控制；研究

1 工程概況

迫龍溝特a大橋位于G318國(guó)道西藏境內(nèi)通麥至105道班段內(nèi)，是西藏境內(nèi)最大跨度的斜拉橋，結(jié)構(gòu)布置為（156+430+156）m雙塔雙索面混合梁式斜拉橋， 半漂浮結(jié)構(gòu)體系。

本橋上部結(jié)構(gòu)采用混凝土梁+組合梁的混合梁形式，其中主梁中跨采用鋼主梁與混凝土板共同受力的組合梁結(jié)構(gòu)，中間用剪力釘將兩者結(jié)合。鋼主梁截面為雙工字型截面，橫橋向鋼主梁的間距為13.0m，橋面混凝土板厚28cm。主梁全寬16.8m，主梁外側(cè)設(shè)置風(fēng)嘴。邊跨采用雙邊肋式斷面混凝土梁，梁高2.62m，肋板寬標(biāo)準(zhǔn)段為1.7m，橋梁全寬14.3 m。中垮組合梁及邊跨混凝土主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面分別見(jiàn)下圖。

根據(jù)邊、中跨主梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)條件，采用邊跨主梁牽索掛籃懸臂澆筑與中跨架梁吊機(jī)懸拼同步進(jìn)行施工。由于懸臂澆筑混凝土和懸臂拼裝組合梁的施工工序完全不同、且邊中跨兩端混凝土梁重有很大偏差，十分不利于施工階段的線形控制和結(jié)構(gòu)安全，線形未能控制好直接影響橋梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力偏離設(shè)計(jì)意圖，會(huì)給橋梁的結(jié)構(gòu)安全和耐久性埋下隱患。

2 影響主梁線型因素分析

2.1 梁體自身結(jié)構(gòu)

邊跨混凝土主梁總重約7343t，半中跨鋼混組合梁總重約3550t，重量存在較大的不均衡，加上邊跨和中跨索距不等，其懸臂施工階段就存在較大不平衡力矩，節(jié)段對(duì)稱(chēng)懸臂施工時(shí)其最大不平衡力矩達(dá)521423.6KN·m，具體見(jiàn)“表2.2-1節(jié)段對(duì)稱(chēng)懸臂施工的不平衡力矩”。

2.2 邊跨混凝土主梁、中跨組合梁豎向剛度和索塔的縱向剛度，也是影響線型控制主因，邊跨混凝土主梁豎向剛度較大受斜拉索的影響較小，中跨組合梁豎向剛度相對(duì)較小對(duì)索力的變化比較敏感，索塔的剛度越大越便于線型控制；

2.3 索力作為索、塔、梁的內(nèi)力，對(duì)主梁線型控制起著控制性作用，優(yōu)化各階段索力和調(diào)索能夠得到更合理的線型；

2.4施工過(guò)程控制也是影響線型的主因，主要包括合理的施工工序、組合梁制作線型控制、混凝土主梁結(jié)構(gòu)尺寸控制、施工荷載布置、索力張拉控制、測(cè)量監(jiān)控等；

2.5主梁預(yù)應(yīng)力張拉、合理的體系轉(zhuǎn)換、混凝土的收縮徐變等，同時(shí)也影響主梁線型控制，混凝土的收縮徐變對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)期線型影響較大，故在施工預(yù)拱度設(shè)置時(shí)必須考慮；

2.6環(huán)境溫度場(chǎng)對(duì)大跨度橋梁的線型控制影響也較大；

表2-1節(jié)段對(duì)稱(chēng)懸臂施工的不平衡力矩

3 控制主梁線型可采取措施分析

3.1中跨超前邊跨一個(gè)節(jié)段施工

由表2-1可見(jiàn)當(dāng)施工14節(jié)段時(shí)，邊、中跨對(duì)主塔不平衡力矩達(dá)521423.6KN·M，當(dāng)按此施工步驟施工時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)性極大且主梁線型極不容易控制，只有采取措施盡量減小該數(shù)值。施工時(shí)采取中跨主梁超前邊跨一個(gè)節(jié)段懸臂施工，即邊跨懸澆Bi混凝土梁時(shí)中垮同步施工Zi+1組合梁，采用該方案時(shí)邊、中跨對(duì)主塔不平衡力矩見(jiàn)下表。

3.2 邊跨設(shè)置臨時(shí)支墩

在上述第一條措施的基礎(chǔ)上為進(jìn)一步減小邊、中跨對(duì)主塔不平衡力矩并對(duì)主梁線型控制創(chuàng)造主動(dòng)條件，可在邊跨側(cè)設(shè)置一鋼管混凝土結(jié)構(gòu)輔助臨時(shí)支墩，支墩頂設(shè)置千斤頂主動(dòng)控制邊跨主梁的變形。臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)下圖。

3.3 利用成熟的專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件計(jì)算提供反拱值和斜拉索安裝控制張拉力

根據(jù)前述調(diào)整的施工步驟，在考慮臨時(shí)支墩的情況下，采用Midas根據(jù)施工工序?qū)⑹┕み^(guò)程模擬為一系列施工階段，考慮混凝土梁的時(shí)間效應(yīng)如收縮、徐變和預(yù)應(yīng)力松弛等進(jìn)行模擬運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果提供反拱值來(lái)進(jìn)行立模標(biāo)高的調(diào)整。同時(shí)在施工過(guò)程中，若計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差較大時(shí)，可根據(jù)該計(jì)算結(jié)果在臨時(shí)支墩處采取支頂措施和調(diào)整索力來(lái)控制主梁線型。

同時(shí)利用Midas在確定滿足成橋目標(biāo)需要的施工過(guò)程中理想狀態(tài)時(shí)，利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件單元的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和無(wú)應(yīng)力曲率建立中間施工過(guò)程與最終成橋狀態(tài)之間的聯(lián)系，直接求解斜拉橋中間過(guò)程斜拉索張拉到位的索力值，并且通過(guò)基于斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度調(diào)整的錨頭伸縮量來(lái)調(diào)整斜拉索目標(biāo)索力，以消除施工指令執(zhí)行時(shí)全橋大范圍調(diào)索時(shí)間較長(zhǎng)帶來(lái)的臨時(shí)施工荷載變動(dòng)和日照溫差的影響。

總之，對(duì)本座大跨度斜拉橋進(jìn)行線型控制，需要根據(jù)具體情況采用無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法、倒拆計(jì)算法及正裝計(jì)算法這三種計(jì)算方法進(jìn)行靈活的交替運(yùn)用，互為補(bǔ)充，以求解出不同階段、不同施工狀態(tài)下的理想控制目標(biāo)。

本橋Midas建模時(shí)，對(duì)于主梁、主塔采用三維梁?jiǎn)卧M，其截面特性按照實(shí)際情況定義相應(yīng)的截面。斜拉索在整體計(jì)算中，采用桁架單元模擬，其截面特性按照實(shí)際截面模擬。

橋塔塔底節(jié)點(diǎn)采用固結(jié)約束，拉索單元節(jié)點(diǎn)與主梁、塔柱節(jié)點(diǎn)聯(lián)系均采用彈性連接中的剛性連接，塔梁臨時(shí)固結(jié)約束采用彈性連接中的剛性連接模擬；臨時(shí)支墩、塔旁托架約束采用節(jié)點(diǎn)彈性支承輸入豎向剛度。

3.4 組合梁制造控制措施

對(duì)組合梁而言，由于主梁節(jié)段間的轉(zhuǎn)角調(diào)整受節(jié)點(diǎn)拼裝等因素的影響，其調(diào)整量非常有限。為了保證懸拼節(jié)段間精確匹配及主梁達(dá)到設(shè)計(jì)線形，需準(zhǔn)確計(jì)算主梁的制造線形，即主梁的無(wú)應(yīng)力線形。

主梁制造線形計(jì)算步驟如下：

（1）按照設(shè)計(jì)線形進(jìn)行有限元分析，然后根據(jù)設(shè)計(jì)提供的成橋索力進(jìn)行一次成橋計(jì)算，得出結(jié)構(gòu)初步線形及索力；

（2）進(jìn)行施工拼裝過(guò)程計(jì)算分析，按照擬定的控制方法進(jìn)行拼裝至合龍過(guò)程計(jì)算，按照初步線形進(jìn)行調(diào)整，使調(diào)整后（成橋狀態(tài)下一定年限后）的線形與初步線形基本相同，得出施工階段分析線形及索力，在此線形基礎(chǔ)上加活載的一半的反拱值得出制造線形；

（3）將主梁制造線形帶入原始模型進(jìn)行正裝，按照步驟（2）的控制計(jì)算方法，得到結(jié)構(gòu)一定年限收縮徐變后的結(jié)構(gòu)線形及索力，作為斜拉索無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)的計(jì)算參數(shù)。

鋼結(jié)構(gòu)制造過(guò)程中的控制要針對(duì)制造商確定采用、并已獲批準(zhǔn)的施工工藝進(jìn)行，如鋼梁采用多節(jié)段連續(xù)匹配組裝、預(yù)拼裝同時(shí)完成的施工工藝等。制造時(shí)除重點(diǎn)控制預(yù)拼裝線形、梁段尺寸（長(zhǎng)度、錨點(diǎn)位置）、和梁段重量外，還需將上述重要制造參數(shù)及時(shí)傳遞給監(jiān)理或監(jiān)控單位，根據(jù)對(duì)已造橋梁構(gòu)件的誤差分析，必要時(shí)在后續(xù)批次的鋼梁制造中做出相應(yīng)調(diào)整，減少誤差累積放大。

3.5 組合梁安裝控制措施

主梁的安裝線形計(jì)算就是根據(jù)實(shí)際確定的施工順序和施工荷載情況，計(jì)算各施工階段和成橋活荷載的結(jié)構(gòu)變形，并據(jù)此計(jì)算相應(yīng)階段懸拼梁段的安裝高程。

上述確定斜拉索施工張拉力的迭代收斂結(jié)果即可用于主梁安裝線形的計(jì)算，但是由于施工過(guò)程中實(shí)際的斜拉索張拉力、施工荷載條件如橋面吊機(jī)重量、支點(diǎn)位置等，以及實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)如梁段重量、構(gòu)件剛度和材料彈模等均可能與初始計(jì)算的預(yù)定值不同，因此必須在施工中控制主梁恒載準(zhǔn)確稱(chēng)重，根據(jù)實(shí)際條件、并結(jié)合施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的反饋結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行修正后，才能用于后續(xù)工況的安裝線形計(jì)算。

組合梁安裝過(guò)程中還要特別加強(qiáng)控制起始段鋼梁的安裝誤差。

3.6 確保主梁線型的測(cè)量措施

（1）主梁幾何測(cè)量

主梁標(biāo)高測(cè)量采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行，標(biāo)高測(cè)量結(jié)果不僅反映了鋼梁線形是否正確，同時(shí)用于計(jì)算各主要施工過(guò)程鋼梁產(chǎn)生的變形以判斷結(jié)構(gòu)安全性和索力張拉的合理性。主梁變形監(jiān)測(cè)的控制點(diǎn)設(shè)置在鋼主梁頂板，每個(gè)控制斷面設(shè)置三個(gè)控制點(diǎn)。

主梁軸線偏位測(cè)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)梁段中線標(biāo)志，采用坐標(biāo)法進(jìn)行中軸線空間曲線測(cè)量。

主梁節(jié)段測(cè)量應(yīng)在節(jié)段拼裝階段、拉索張拉階段進(jìn)行。此外，每拼裝4～5個(gè)鋼梁段、或合龍前等重要工序需安排一次的高程、軸線兩岸聯(lián)測(cè)和水準(zhǔn)點(diǎn)閉合測(cè)量。對(duì)于節(jié)段安裝匹配階段還進(jìn)行多次密集測(cè)量以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。鋼梁合龍前進(jìn)行48小時(shí)合龍口高程、軸線的連續(xù)測(cè)量，并在夜間安排兩次幾何線形通測(cè)。連續(xù)觀測(cè)時(shí)間間隔為2小時(shí)。

控制施工階段的線形測(cè)量安排在相應(yīng)施工階段結(jié)束且在日落后1～2小時(shí)（夏季、秋季為日落后2～3小時(shí)）以后至次日清晨日出前進(jìn)行。

（2）索力測(cè)量

斜拉橋拉索索力是設(shè)計(jì)中重要參數(shù)，索力大小，直接影響到主梁的線形、主梁內(nèi)力分布以及主塔的偏位和扭轉(zhuǎn)。在整個(gè)主梁施工及調(diào)索全過(guò)程、成橋后索力測(cè)試過(guò)程中，都需要對(duì)索力進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的方法是采用頻譜分析法與壓力環(huán)相結(jié)合的方式。

（3）溫度測(cè)量

本橋主梁跨度大、主塔高，隨著溫度環(huán)境的不斷變化，主梁和主塔將產(chǎn)生較大的變形和內(nèi)力變化。而同時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)由不同材料組成，其導(dǎo)熱系數(shù)不一樣，同時(shí)受日照、風(fēng)向等的影響，主梁、主塔和斜拉索之間存在溫差，而且主梁內(nèi)外、頂?shù)装?、主塔兩?cè)也存在溫差，因此橋梁結(jié)構(gòu)處在一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的溫度場(chǎng)中。

環(huán)境溫度的大小及日照溫差會(huì)影響到結(jié)構(gòu)體系的線形及內(nèi)力分布，結(jié)構(gòu)的溫度變形還影響到施工中構(gòu)件的架設(shè)精度及測(cè)量精度。對(duì)日照溫差影響較大的情況，要求測(cè)量在清晨日出前進(jìn)行，即使如此也不能完全消除溫度分布不均勻的影響，因此建立溫度監(jiān)測(cè)體系對(duì)于修正溫度給施工帶來(lái)的誤差也是必要的。在施工中針對(duì)不同季節(jié)的特征天氣狀況（晴天、陰天、雨天），選擇代表性的時(shí)段進(jìn)行構(gòu)件溫度場(chǎng)及橋址環(huán)境溫度場(chǎng)的連續(xù)觀測(cè)，以掌握該條件下的主塔、混合梁及斜拉索的溫度分布規(guī)律，模擬各構(gòu)件的特征數(shù)值溫度場(chǎng)，為施工監(jiān)控計(jì)算中的溫度修正計(jì)算提供科學(xué)的特征數(shù)據(jù)，并為合龍時(shí)機(jī)選擇提供參考。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容為環(huán)境溫度及主塔、主梁、斜拉索的溫度場(chǎng)。結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)采用溫度傳感器，輔以紅外測(cè)溫儀進(jìn)行，要求測(cè)溫精度達(dá)±0.5℃。

施工過(guò)程中選擇在主梁節(jié)段拼裝階段與線形、索力及應(yīng)力測(cè)量同步進(jìn)行，溫度測(cè)量與應(yīng)力測(cè)量同步。

連續(xù)溫度場(chǎng)觀測(cè)原則上全橋進(jìn)行每個(gè)季度2種天氣情況的測(cè)量，同時(shí)同步進(jìn)行主塔線形、主梁線形、應(yīng)力的測(cè)量，并找出上述參數(shù)與溫度場(chǎng)分布的規(guī)律，用于修正計(jì)算模型的溫度影響計(jì)算方式及參數(shù)，并指導(dǎo)指令參數(shù)的溫度修正。

4 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用質(zhì)量管理的理論和方法，通過(guò)對(duì)迫龍溝特大橋主梁線形質(zhì)量的因素和控制措施進(jìn)行了研究，可為同類(lèi)型斜拉橋施工提供一定的參考價(jià)值。