朱杰 陳一赫

摘 要：在城市橋梁美學(xué)要求不斷提升的背景下，異形斜拉橋得到了較快速的發(fā)展。本文研究的壽春西路橋便是一種全新的異形斜拉橋，為國內(nèi)首次采用。在現(xiàn)場施工過程中，發(fā)現(xiàn)了原有施工方案中的施工組織矛盾，故對其進(jìn)行優(yōu)化后形成實(shí)際施工方案，在兩種施工方案中，上塔的最大懸臂施工高度發(fā)生了變化。本文對兩種施工方案中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移響應(yīng)及斜拉索索力進(jìn)行了分析。討論了結(jié)構(gòu)在不同施工方案中施工工序的影響，有助于加強(qiáng)對此類橋型的認(rèn)識，為今后同類型結(jié)構(gòu)的施工提供參考。結(jié)果表明：上塔柱懸臂施工高度的增加對于副塔應(yīng)力具有較大影響，且使其成橋累計(jì)位移變大。

關(guān)鍵詞：斜拉索;塔間索;施工階段;施工工藝

目前國內(nèi)城市橋梁的異形斜拉橋設(shè)計(jì)越來越多，部分異形斜拉橋在施工上具有一定的難度與獨(dú)特性。已有學(xué)者針對雙塔間具有拉索的斜拉橋進(jìn)行過相關(guān)分析^[1-3]，但其橋塔均為對稱結(jié)構(gòu)，本文的壽春西路橋橋塔為非對稱性形式，施工方法與常規(guī)橋梁具有很大不同^[4]。本文針對壽春西路橋的施工過程，分析了兩種施工方案中上塔柱應(yīng)力、位移及斜拉索索力變化。

一、工程背景

橋梁采用108m+70m“V”型塔雙索面斜塔斜拉橋。塔柱采用矩形塔，主塔上塔柱高70m，副塔上塔柱高50m，其中下塔柱高約18.6m;塔柱順橋向?yàn)椤癡”型，橫橋向?yàn)椤唉毙?，主跨及邊跨?cè)均設(shè)置8對斜拉索。全橋共設(shè)置24對共48根斜拉索，分別為M1～M8、S1～S8、B1～B8，其中M1～M8 斜拉索一端錨固于主塔，一端錨固于副塔并于主塔頂進(jìn)行張拉;S1～S8一端錨固于副塔，一端錨固于鋼梁并于副塔頂進(jìn)行張拉;B1～B8 斜拉索一端錨固于副塔，一端錨固于混凝土梁并于副塔頂進(jìn)行張拉。M系列索即為中間拉索。

二、施工方案

（一） 施工方案的變更及原因

本橋存在兩種施工方案，在原計(jì)劃施工方案中，由于現(xiàn)場實(shí)際施工中出現(xiàn)組織矛盾，上塔柱第2節(jié)完成后后，所安裝的上塔滑模施工系統(tǒng)下部結(jié)構(gòu)過長，導(dǎo)致以下兩個(gè)問題：

1、在原計(jì)劃施工階段中，支撐的安裝比較及時(shí)，為保證上塔柱在施工過程中的結(jié)構(gòu)安全，最多澆筑兩節(jié)就需要布置雙向支撐系統(tǒng)，而滑模系統(tǒng)下部結(jié)構(gòu)過長導(dǎo)致了在需要布置支撐的位置無法進(jìn)行施工，支撐的布置將損壞滑模的下部結(jié)構(gòu)，對滑模的整體性及安全性產(chǎn)生影響，故需要適當(dāng)拉長上塔柱節(jié)段施工與支撐布置的時(shí)間。

2、由于壽春西路橋橋塔在縱橋向及橫橋向均具有一定的傾斜角度，斜拉索的索面與坐標(biāo)軸不垂直，斜拉索張拉過程與上塔柱節(jié)段施工時(shí)間差較短，與施工頂截面距離過近，故上塔滑模系統(tǒng)的下部結(jié)構(gòu)在橫橋向同樣造成遮擋。

鑒于此種情況，在后續(xù)調(diào)整中，變更了施工方案，延后了部分支撐以及斜拉索的張拉及布置時(shí)間，由此帶來的影響通過臨時(shí)支撐的布置及增大部分斜拉索初張索力的措施來降低或消除。從而，本橋具有在不同懸臂施工高度下的兩種施工方案。

（二） 兩種施工方案說明

在原計(jì)劃施工方案中，全橋共有99個(gè)施工階段，上塔柱在滑模施工過程中最多澆筑2節(jié)段就進(jìn)行支撐及斜拉索的布置與張拉。而在優(yōu)化后的施工方案中，施工階段變?yōu)?14個(gè)，增加的施工階段主要是臨時(shí)支撐的安裝與拆除，上塔柱的最大懸臂施工高度變?yōu)?節(jié)，由此產(chǎn)生結(jié)構(gòu)在施工過程中的響應(yīng)變化。

三、模型概況

六安市壽春西路橋主梁采用鋼混組合梁形式，故在副塔側(cè)具有一定長度的鋼混段，通過進(jìn)行截面相關(guān)參數(shù)的換算，其截面在模型中采用用戶自定義。在鋼梁、混凝土主梁及橋塔、斜拉索方面均考慮了實(shí)際材料容重與標(biāo)準(zhǔn)材料容重之間的差異，并進(jìn)行相應(yīng)修正。根據(jù)圖紙信息，建立全橋有限元仿真計(jì)算模型。

四、結(jié)果分析

（一）應(yīng)力分析

通過在上塔柱中間高度的截面，選取四角點(diǎn)處的應(yīng)力，計(jì)算得到的在優(yōu)化前后兩種施工方案中主、副塔應(yīng)力變化情況。

對于主塔方面，原計(jì)劃施工階段與實(shí)際施工階段的應(yīng)力變化曲線相似，說明在上塔柱的施工工序的調(diào)整對于塔身截面應(yīng)力沒有較大的影響，上塔柱增加3m高度的懸臂施工段不會明顯影響結(jié)構(gòu)響應(yīng)。原因主要考慮主塔塔身截面面積較小、抵抗能力較低有關(guān)，加之主塔在縱橋向預(yù)應(yīng)力為非對稱布置，預(yù)應(yīng)力能夠顯著影響主塔塔身截面內(nèi)力分布，故主塔方面對于增加一個(gè)懸臂施工節(jié)段的影響并不敏感。

在副塔方面，不同的施工工序?qū)τ诟彼斫孛鎽?yīng)力影響明顯，應(yīng)力曲線及平均應(yīng)力水平均發(fā)生變化，由于副塔塔身預(yù)應(yīng)力均為對稱分布，且作為主要構(gòu)件，溝通連接件眾多，三種拉索匯集在其塔身，使自身應(yīng)力情況非常復(fù)雜。在沿縱向方向靠近橋梁中心線處的拉應(yīng)力水平上升，在其外側(cè)壓應(yīng)力水平對應(yīng)升高。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力安全儲備降低，充分發(fā)揮材料性能。

（二）位移分析

選取在施加二期荷載后兩種施工方案中沿高度的豎向累計(jì)塔身位移。主塔方面，主塔的豎向累計(jì)塔身位移在調(diào)整后比原計(jì)劃施工階段高2倍，傾斜趨勢相同;而副塔方面，豎向的累計(jì)塔身位移比原計(jì)劃施工階段高1.5倍，傾斜方向產(chǎn)生了變化。此情況考慮在實(shí)際施工階段中。增大了部分斜拉索的初張索力，導(dǎo)致了副塔塔身的累計(jì)位移方向出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)，可通過施工中進(jìn)行塔身預(yù)偏改善累計(jì)位移變大的情況。

（三）索力變化

在兩種施工方案中，施加二期荷載之后橋梁的索力值，在實(shí)際的施工階段當(dāng)中，為更好的滿足施工工序調(diào)整后結(jié)構(gòu)在施工過程中的應(yīng)力與位移控制要求，由于增大了部分斜拉索的初張索力，使得在成橋后的M索力分布較不均勻，S索及B索的各索索力的波動程度變化不大，可通過后期調(diào)索調(diào)至成橋索力。

五、結(jié)語

六安市壽春西路橋在設(shè)計(jì)上屬國內(nèi)首次采用，施工過程相對常規(guī)斜拉橋不同，在實(shí)際現(xiàn)場工作中易出現(xiàn)未知問題。本文針對在橋梁施工過程中出現(xiàn)的兩種施工方案進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析，討論了結(jié)構(gòu)在不同施工方法下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)差異，主要結(jié)論如下：

（一）在應(yīng)力方面，主塔對于兩種施工方法的結(jié)構(gòu)應(yīng)力敏感度較低，小幅度的增加懸臂施工高度對主塔應(yīng)力影響很小;副塔對于不同的施工工序敏感性較高，應(yīng)力變化明顯，增加懸臂施工高度后副塔的應(yīng)力安全儲備降低，拉應(yīng)力水平略微提高。

（二）在位移方面，上塔柱在實(shí)際施工階段中的累計(jì)塔身位移均比原施工階段大，主塔的傾斜方向相同，但副塔在兩種施工方案中的傾斜方向不同。

（三）在調(diào)整施工階段后，M索斜拉索索力的變化幅度較大，各索索力差異性增大，S索與B索索力差異較小，說明塔間索在非對稱橋塔施工中的控制具有較大難度。

由于具有塔間索的非對稱雙斜塔斜拉橋在設(shè)計(jì)上的特殊性，針對其在施工過程中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)還有更多的討論空間，本文僅對在實(shí)際施工中出現(xiàn)的兩種施工發(fā)難進(jìn)行討論，借此深化對此種結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鵬禹，劉欣，杜仕朝，鄭鵬. “花瓣式”異形斜拉橋鋼拱塔節(jié)段吊裝施工技術(shù)[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，29（02）：65-69.

[2]劉夢偉. 雙拱塔斜拉橋結(jié)構(gòu)分析與參數(shù)優(yōu)化研究[D].長安大學(xué)，2016.

[3]蔡海良. 翼型斜拉橋方案設(shè)計(jì)研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2013，9（09）：192-195.

[4]陳一赫. 具有塔間索的雙斜塔斜拉橋施工控制分析[D].武漢理工大學(xué)，2019.

作者簡介：朱杰（1987.02-），男，漢族，山西大同，大學(xué)本科，主要方向?yàn)闃蛄汗こ淌┕ぁ?/p>