钢混组合梁斜拉桥斜拉索张拉施工技术研究

杨萌

（中交二航局（福州）建设有限公司，福建福州，350000）

摘要：斜拉索施工顺序为常见为由“近塔端向远塔端”进行安装，同时为先塔端安装，再梁端安装，一般分2-3次进行张拉及调索控制。针对先梁后索的组合梁主梁施工，若遇到下方支撑主梁的支架间距较大的情况时，斜拉索拉起时，主梁结构会出现上拱，通常主梁混凝土应力容易超标，进而导致梁体内预应力损失甚至湿接缝混凝土的开裂。本项目主桥为钢混组合梁斜拉桥，通过对斜拉索张拉顺序的研究，有效解决了主梁湿接缝混凝土开裂的问题，为今后类似工程提供参考。

关键词：钢混组合梁；斜拉索；先梁后索

1 工程概况

漳州市芝山南路跨江桥梁及连接线工程（瑞京路-琥珀路）主桥为钢混组合梁斜拉桥，钢主梁就位后，再安装预制桥面板及湿接缝施工。斜拉索为单根无粘结钢绞线斜拉索体系，有34-Φs15.2mm和43-Φs15.2mm两种规格，共有32对，呈空间双索面扇形布置，斜拉索在塔上采用分丝管式索鞍构造，梁上采用钢锚箱锚固。

图1-1 斜拉索布置示意图

2 斜拉索常规施工流程

2.1 施工流程

采用悬臂拼装时，从主塔两侧对称进行主梁节段拼装，从近塔端向远塔端依次进行斜拉索张拉。

采用临时支架施工时，主梁施工完成后，先张拉桥面板预应力再从近塔端向远塔端张拉斜拉索，由近塔端短索向远塔端长索，从主塔由低向高处依次进行张拉[1]。

表2-1 斜拉索常规施工工序

施工阶段	主要施工内容
索塔施工	施工索塔部分
钢梁顶推到位	钢梁顶推到位
安装压重、挑梁等	将压重、挑梁等当做荷载加至钢梁
安装预制桥面板、浇筑湿接缝	施加预制桥面板、湿接缝荷载
桥面板成型	桥面板结合
张拉中跨预应力	中跨桥面板预应力张拉
张拉边跨预应力	边跨桥面板预应力张拉
斜拉索张拉	第1对索~第8对索依次张拉
拆除临时墩	临时墩支承卸除
二期恒载	施加二期荷载
收缩徐变	收缩徐变1000天

2.2有限元分析

1、模型建立

分析计算采用MIDAS Civil专业结构分析软件，有限元分析模型如图2-1所示本桥采用单主梁有限元模型，采用梁单元来模拟斜拉桥主梁和主塔，利用只受拉单元（索单元）单元来模拟斜拉索。斜拉索依次从近塔侧至远塔侧张拉（即01至08#索）至本阶段计算索力，各级张拉时必须严格按顺序（即01至08#索）依次张拉到位，不可往返张拉。

图2-1有限元分析模型

2、斜拉索张拉过程

斜拉索张拉过程各工况桥面板及钢主梁应力、变形情况，钢梁应力范围为-101.0MPa~+72.3MPa，混凝土应力范围为-5.8MPa~+1.6 MPa，钢主梁最大变形为142.6mm。混凝土板拉应力超过1.0Mpa，存在开裂风险。

张拉工况	主梁累积变形范围mm	钢主梁应力范围MPa	桥面板应力范围MPa
张拉01#索	-14.3~0.1	-68.9~44.4	-2.5~1.0
张拉02#索	-14.6~3.7	-69.6~51.1	-2.5~0.8
张拉03#索	-12.0~7.9	-72.8~49.3	-2.6~0.6
张拉04#索	-13.2~18.8	-81.9~41.2	-3.6~1.4
张拉05#索	-14.4~27.8	-86.7~53.4	-4.4~1.6
张拉06#索	-11.3~35.0	-88.4~72.3	-5.0~1.1
张拉07#索	-3.0~44.1	-101.0~64.7	-5.6~0.7
张拉08#索	-4.2~142.6	-83.2~53.6	-5.8~0.1

3、成桥恒荷载状态计算结果

桥面板混凝土应力范围为-4.9MPa~+0.1MPa，钢主梁应力范围为-72.4MPa~+43.4MPa结构成桥状态后钢主梁变形，最大变形为下挠91.2mm。

混凝土板拉应力未超过1.0Mpa，无开裂风险。

结果显示在斜拉索第一期施工中，桥面板存在开裂风险。

图2-2钢主梁变形

图2-3桥面板及钢主梁应力

3 斜拉索优化施工流程

3.1 施工流程

主梁施工完成后，先张拉桥面板预应力再从远塔端向近塔端张拉斜拉索，由远塔端长索向近塔端短索，从主塔由高向低处依次进行张拉，张拉控制力由大至小，拉索数量由多至少的顺序进行施工，避免钢混组合桥面板开裂风险。

表3-1 斜拉索优化施工工序

施工阶段	主要施工内容
索塔施工	施工索塔部分
钢梁顶推到位	钢梁顶推到位
安装压重、挑梁等	将压重、挑梁等当做荷载加至钢梁
安装预制桥面板、浇筑湿接缝	施加预制桥面板、湿接缝荷载
桥面板成型	桥面板结合
张拉中跨预应力	中跨桥面板预应力张拉
张拉边跨预应力	边跨桥面板预应力张拉
斜拉索张拉	第8对索~第1对索依次张拉
拆除临时墩	临时墩支承卸除
二期恒载	施加二期荷载

3.2 有限元分析

1、模型建立

本桥采用单主梁有限元模型，采用梁单元来模拟斜拉桥主梁和主塔，利用只受拉单元（索单元）单元来模拟斜拉索。

2、边界模拟

主塔：主塔底部采用一般支承，全方位固结。

主梁：①永久支座：主梁在索塔横梁处受横向抗风支座约束、纵向自由，在过渡墩处上游侧为双向活动支座、下游侧为单向活动支座。②临时墩：采用仅受压的弹性连接来模拟临时墩

斜拉索：斜拉索与主梁之间的连接模拟采用将主梁节点复制到两侧相应的拉索锚固点位置，然后在主梁节点与拉索锚固点之间设置刚性连接；斜拉索与塔柱的连接均以共节点的形式连接。

3、计算采用的作用

1）永久作用

一期恒载：按构件实际断面并考虑构造因素计入。其中主梁钢梁合计约21380kN，桥面板合计约217kN/m。

二期恒载：沥青铺装层按76kN/m计；

防撞栏杆：3×7=21 kN/m，人行栏杆：4×2.5=10 kN/m；

钢人行道板：9kN/m；

管线：10kN/m；

合计：126kN/m。

主梁锚固区压重：按单侧约11640kN考虑，分布在主梁两端各8.0m范围内。

混凝土收缩徐变：按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362—2018）规定计算。

4、计算施工工序

表3-1所示为本次计算所采用的施工工序。

5、斜拉索张拉步骤顺序

斜拉索依次从远塔侧至近塔侧张拉（即08至01#索）至本阶段计算索力，张拉力如表3-2所示。斜拉索各级张拉时必须严格按顺序（即08至01#索）依次张拉到位，不可往返张拉。

表3-2斜拉索张拉索力

索号		南塔张拉索力（kN）		北塔张拉索力（kN）
		上游（kN）	下游（kN）	上游	下游
边跨	SB8	3846	3594	3845	3593
	SB7	3813	3757	3814	3758
	SB6	3719	3400	3732	3413
	SB5	3397	3119	3399	3120
	SB4	2711	2496	2725	2510
	SB3	2451	2283	2449	2281
	SB2	2334	2206	2334	2205
	SB1	2071	2014	2071	2014
中跨	SZ8	3369	3511	3368	3510
	SZ7	2835	3091	2838	3094
	SZ6	3286	3539	3308	3562
	SZ5	3153	3396	3158	3402
	SZ4	2488	2684	2517	2714
	SZ3	2312	2478	2307	2473
	SZ2	2110	2237	2110	2237
	SZ1	1939	2004	1939	2004

3.3计算结果

斜拉索张拉过程各工况桥面板及钢主梁应力、变形情况，钢梁应力范围为-97.0MPa~+61.9MPa，混凝土应力范围为-5.9MPa~+0.1MPa，钢主梁最大变形为142.3mm。

混凝土板拉应力未超过1.0Mpa，无开裂风险。

表3-2 斜拉索张拉过程各工况变形及应力情况汇总表

张拉工况	主梁累积变形范围mm	钢主梁应力范围MPa	桥面板应力范围MPa
张拉08#索	-14.0~0.1	-79.3~38.7	-3.0~0.0
张拉07#索	-14.0~8.6	-76.3~30.3	-3.2~0.0
张拉06#索	-14.5~22.7	-89.5~49.2	-4.4~0.0
张拉05#索	-8.9~75.1	-97.0~53.4	-4.1~0.0
张拉04#索	-7.4~104.4	-96.5~61.5	-5.2~0.0
张拉03#索	-5.5~126.8	-90.1~61.9	-4.9~0.1
张拉02#索	-6.5~140.4	-85.4~39.6	-4.7~0.1
张拉01#索	-4.1~142.3	-83.2~52.4	-5.9~0.1

结构成桥状态桥面板混凝土应力范围为-4.9 MPa~+0.1MPa，钢主梁应力范围为-72.5MPa~+43.8 MPa。结构成桥状态后钢主梁变形，最大变形为下挠91.8mm。混凝土板拉应力未超过1.0Mpa，无开裂风险。

结果显示在斜拉索张拉及成桥状态下，桥面板无开裂风险。

图3-1钢主梁变形

图3-2桥面板及钢主梁应力

4结束语

以芝山大桥主桥为模型，对两种斜拉索施工流程进行了有限元分析，采用了从远塔侧至近塔侧张拉的施工顺序，有效避免了桥面板、湿接缝混凝土开裂的风险，对同类型桥梁施工具有指导意义。

参考文献

[1]盛维礼.矮塔斜拉桥拉索设计及施工关键技术研究，广东建材.2024,40(02)

[2]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362—2018）

[3]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2020）