铁路钢混结合梁斜拉桥施工线形控制及受力性能分析

闫超

  中铁广州工程局集团（南京）第一工程有限公司  江苏南京    211899

摘要：钢混－结合梁斜拉桥结构复杂、施工难度大，为了保证施工过程的合理性和安全性有必要对施工线形和受力状态进行控制研究。依托沪苏湖铁路青浦特大桥跨斜塘航道斜拉桥工程为背景，分析钢混结合梁斜拉桥成桥施工阶段全过程静力分析，施工过程中收缩徐变及温度效应对结构的影响规律，建立一套完整的施工控制系统对施工过程进行线形与受力控制。

关键词：钢混组合梁；线形控制；受力性能；施工控制

引言

本文以沪苏湖铁路跨斜塘航道斜拉桥为工程背景，针对施工过程及成桥过程进行线形和受力的分析研究，通过控制方法保证施工过程的合理性和安全性，对影响较大的因素混凝土收缩徐变及温度对桥梁整体结构的影响进行分析，并针对施工工况进行实际测量调整误差，通过本文的研究希望能为同类型的桥梁施工提供参考。

一、主要研究内容

（1）采用midas civil2020有限元软件采用一次落架的方式建立全桥有限元模型，针对本桥选择合适的成桥索力优化方法优化成桥索力并基于此对合理成桥状态、设计索力的正确性进行验证。基于一次落架的计算结果为目标对此桥进行施工阶段的计算分析，并在施工之前基于无应力状态法的原理对结构的一些无应力状态量进行计算包括钢梁的制造线形、安装线形以及斜拉索的无应力长度和下料长度；采用正装迭代法进行正装分析，同时利用无应力状态量带入正装计算，得到了合理的施工线形和受力状态。

（3）分析收缩徐变与温度效应的影响，在不计收缩徐变与计入收缩徐变直到成桥10年的状态下结果线形与受力的影响；依托工程，在整体升降温、斜拉索升降温、主塔横向、纵向升温及主梁温度梯度作用下对结构的变形和受力状态的影响量。

（4）建立施工控制系统，对施工控制原则、要点、方法与原理进行介绍，同时针对主塔、主梁、斜拉索进行布置测点实测，与理论结果进行对比。

二、施工阶段全过程静力分析

全过程静力分析主要包括成桥索力及施工阶段索力的确定，斜拉桥索力一旦确定及合理成桥状态及施工状态就已确定。成桥状态对应的有限元软件中一次落架计算不分施工阶段，采用最小弯矩能量法初定成桥索力再利用内力平衡法精调，并以此为成桥目标；施工阶段索力则需要详细划分若干个施工过程，采用正装迭代法确定合理的施工阶段索力，为施工过程提供理论依据指导施工过程，并保证施工到最后能达到最终的成桥目标。

（一）工程概况

1.桥跨布置

青浦特大桥跨斜塘航道斜拉桥为（40+60+260+60+40）m双塔斜拉桥，全桥长460m（含梁缝全长460.42m）。主桥里面位于-4.9%的纵坡上。

2.主体结构构造

主塔：桥塔均位于岸上，采用H型桥塔，塔柱截面为单箱单室截面。塔底以上索塔全高分别为95.5m、93.5m，索塔桥面以上塔高至塔顶为80.5m，桥面以下塔高15m、13m。

边跨混凝土主梁：混凝土梁采用双主梁截面，桥面宽度为27.1m，箱梁全宽为29.77m（含风嘴）。主梁梁高为3.8m，普通截面顶底板厚度为60cm，边跨处顶底板厚度加厚到80cm。

混凝土箱梁采用两侧双主梁+中间密横隔板结构体系，60m跨横隔板标准布置间距为2.75～3.5m一道，40m跨横隔板标准布置间距为2.8～2.9m一道，无索区横隔板厚度为50cm，斜拉索处横隔板厚为60cm。边墩、辅助墩、桥塔支点处各设置一道横隔梁，厚度分别为8m、5m、2m。

三、斜拉桥施工控制系统及监测成果分析

施工控制原则为：主梁边跨现浇段以应力控制为主，线形为辅；主跨钢箱梁拼装时以线形为主，应力为辅的原则进行控制。两者都通过控制张拉索力来控制施工过程的几何线形与受力状态。

几个控制要点有：①由于主桥宽度大，整体刚度小变形大，恒载对施工过程影响大。②在斜拉索的水平分力作用以及收缩徐变的作用下主梁受力影响大，桥面板施工过程中湿接缝必须达到强度后才可后续施工，桥面板施工控制非常重要。

（一）施工控制方法及原理

图 20 自适应施工控制基本原理

分阶段施工过程中，由于系统模型－结构有限元分析模型中的计算参数（如截面几何特性、材料容重、弹性模量、混凝土收缩徐变、预应力损失参数等）与实际参数之间存在误差，实际结构状态达不到各个施工阶段理想结构状态。自适应控制法能够将这些引起结构状态误差的参数作为未知变量或带有噪声的变量，在各个施工阶段进行实时识别，并将识别得到的参数用于下一施工阶段的实时结构分析、重复循环，经过若干个施工阶段的计算与实测磨合后，使得系统模型参数的取值趋于精确合理，系统模型反映的规律适应于实际情况，最终实现对结构状态误差的有效控制，达到监控预期目标。

（二）施工控制主要内容及方法

1.索塔应力监测

塔柱应力监测点布置一般选择具有代表性的截面进行布置，本桥主塔截面选取主塔根部以上2m、11m（塔梁交界处位置）、35m（塔柱中部）、66m（横梁位置处）进行测点布置，每个主塔应力测试断面应布置在塔底（1个断面），中塔柱的底、部（2个断面），上塔柱底（1个断面），共4个主塔应力测试断面，每个测试断面设置2测点，全桥共16个测点。

2.主梁线形

按照每10m的主梁位置横向布置五个测点在斜拉索张拉之后采用全站仪进行测量，测量主梁的实际变形，测量时间一般选在凌晨受环境因素影响较小的时候进行.

施工过程中由于索力的误差和材料容重的误差导致主梁标高会出现误差，从上表可以看出，主梁标高误差最大为7.4mm，导致误差的原因有索力测量误差、人工测量误差以及材料容重等。就目前前四个施工阶段的线形可控，说明施工阶段的索力可靠。

3.应力监测结果

单个塔柱应力测点布置为8个，其测量频率为塔柱每浇筑的阶段，在相应阶段浇筑后达到高度后再新增布设测点，在部分重要施工工况例如在浇筑第七节后，安装第一道钢支撑，在施工第10节后安装第二道钢支撑等重要工况下也需要对塔柱应力进行监测。根据索塔的施工进度与测点位置实际测量.

在主塔施工阶段，应力测点分为四层分别距离塔底2、11、35、66，测点1、2为第一层测点，主塔应力最大值为1.2Mpa，实测与理论结果相差最大为-0.35Mpa；测点3、4为第二层测点，主塔应力最大值为-1.09Mpa，实测与理论结果相差最大为-0.23Mpa；测点5、6为第三层测点，主塔应力最大值为-1.89Mpa，实测与理论结果相差最大为-0.7Mpa；测点7、8为第四层测点，主塔应力最大值为-0.78Mpa，实测与理论结果相差最大为-0.25Mpa；塔柱应力基本随着高度的增高应力逐渐增大。

六、结论

通过沪苏湖铁路项目青浦特大桥跨斜塘航道斜拉桥，对大跨度钢混组合梁斜拉桥进行理论计算分析和施工线形与受力控制，得出主要结论如下：

（1）针对目前斜拉桥成桥索力的优化方法以及施工阶段索力的确定方法进行梳理，并对这些方法的优缺点进行总结后，利用midascivil有限元软件建立整体和施工阶段模型，采用最小弯曲能量法初拟成桥索力，通过控制主梁弯矩用影响矩阵法对成桥索力进行微调优化，优化后的成桥索力与设计索力精度最大相差-1.7%，相差-93.7Kn，达到设计要求，此组合优化方法有效。

（2）针对理论计算结果，通过实际测量施工至目前的工况下，实际测量的部分数据与理论结果有一定的误差，总体来讲数据都在规范允许的范围内且大体的变化规律一致，通过计算结果与实测结果的对照，保证施工过程安全顺利地进行。

参考文献：

[1]姚亚东,徐佰顺,贾舒阳等.甬江铁路特大桥施工控制[J].世界桥梁,2021,49(01):26-32.

[2]于祥敏,陈德伟.贵黔高速鸭池河特大桥施工控制[J].桥梁建设,2019,49(02):109-113.