公和斜拉桥施工控制

第43卷第6期 2003年11月 大 连 理 工 大 学 学 报 Journal of Dalian Un iversity of Technology Vol . 43, No. 6 Nov12 0 0 3 船舶、 土木工程文章编号: 100028608(2003)0620783204 收稿日期: 2002211215; 修回日期: 2003210222. 作者简介:杜蓬娟(19732 ), 女,博士生, E2mail: dupj163. com;张 哲3(19442 ), 男,教授,博士生导师. 公 和 斜 拉 桥 施 工 控 制 杜 蓬 娟, 黄 才 良, 张 哲3, 刘 春 城 (大连理工大学 桥梁研究所,辽宁 大连 116024 ) 摘要:公和斜拉桥为双层单索面独塔混凝土桥,首次将滑动模架法应用在斜拉桥主梁施工 中.采用该法可以节省工期.为了确保新老块件接缝处的受力安全,提出了在混凝土浇注前 采用单支撑、 单吊挂系统,混凝土浇注后采用双支撑、 单吊挂系统方案,并在索力调整中,采用 二次张拉方案,实现了主梁标高和索力双控的目的,达到了事先确定的标高和索力控制目标. 关键词:斜拉桥;滑动模架;施工控制 中图分类号: U 448127文献标识码: A 1 工程概况 公和斜拉桥1位于沈阳市老道口,是一座双 层独塔单索面预应力混凝土斜拉桥.桥梁采用比 较美观的竖琴式拉索,塔梁墩固结,总布置图见 图1.主梁断面采用抗扭刚度大的箱型截面(见图 2).桥梁分上下两层,上层为车行道及人行道,下 层为非机动车道.主塔采用实体截面和 “工”字 图1 公和斜拉桥立面(单位 :m ) Fig11 SideelevationofGonghecable2stayed bridge(U nit:m) 图2 主梁断面图(单位 : cm ) Fig12 Cross2section of main girder (U nit: cm) 型截面两种形式,桥面以上高度为69. 2 m.斜拉 索在主梁上的纵向间距为6. 66 m ,塔上索距为 3. 92 m.主梁中每侧有两根斜拉索,都锚固在箱 梁中室靠近横梁处. 该桥主梁原定采用牵索式挂篮悬臂现浇施工 方案,但开工日期的推迟,使主梁施工与 “哈大电 气化铁路” 的投入使用严重冲突.27 500 V的高 压电线从桥下通过,桥下施工净空大大减小,因此 根据桥位处铁路线的实际分布情况,采取 “见缝插 针、 滑动模架” 法施工. 滑动模架法施工主梁的思路类似满堂支架施 工,不同之处是施工平台随梁块施工而逐渐向前 移动.主梁标准段施工节段长度为6. 66 m ,一般 3个节段为1个循环, 1个循环完成后向前移动1 次模架,浇注下3个节段混凝土.滑动模架由贝 雷桁片及横向联系组成.采用这种施工方法既保 证了施工质量又提高了施工速度,这么复杂的结 构仅8 d就可完成一个标准块件.该工程于 2000210开工, 2002206已经顺利合拢,图3为全桥 合拢后的照片. 2 公和斜拉桥的施工控制 施工控制的任务是对工程施工进行控制指 导,使之达到预期的目标.较复杂的桥梁结构都 存在施工控制问题,但不同规模、 不同施工方法的 图3 公和斜拉桥 Fig13 Gonghe cable2stayed bridge 工程,其施工控制的重要性和方法不同.斜拉桥 属高次超静定结构,在施工阶段随着斜拉桥结构 体系和荷载状态的不断变化,结构内力和线形也 在不断变化,因此需对斜拉桥的每一施工阶段进 行详尽的分析计算,对施工顺序作出明确规定,并 在施工中加以有效管理和控制,才能保证斜拉桥 在施工过程中结构的受力状态和变形始终处于安 全范围内,使成桥后的主梁线形符合设计要求,结 构处于最优的受力状态. 在计算中参数取值、 环境影响(如温度)、 量测 误差、 施工临时荷载等因素的存在会造成理论计 算误差,因此需要利用实测值进行误差分析和参 数修正,使理论值能够反映实际结构,使索力和主 梁标高达到预期目标.公和斜拉桥的控制目标是 将标高误差控制在 3 cm ,索力误差控制在 5%.根据该桥的结构特点和施工特点,在施 工过程中采用标高和索力双控而有所侧重的控制 方法. 2. 1 公和斜拉桥的施工特点 主梁0#块施工在支架上进行;1# 14#块为标准段,主梁横断面分2次浇注,先利 用滑动模架法浇注主梁箱体部分,两侧各有3. 25 m下悬臂板和4. 25m上悬臂板后浇,下悬臂板采 用挂篮法施工,上悬臂板采用支架法施工. 以+ 2#块的施工为例来说明滑动模架法的 特点.图4为+ 2#块主梁施工示意,图5为滑动 模架的横向布置.为了使梁和索受力明确,在进 行钢筋绑扎、 混凝土浇注过程中,只有前方支墩 W 3与贝雷梁顶紧,处于受力状态,而后方支墩 W 2与贝雷梁脱离,处于不受力状态,此时贝雷梁 后端吊挂在已浇块件+ 1#块前端.待混凝土浇 注完毕后,迅速将后方支墩W 2、 贝雷梁和箱梁顶 紧,控制梁体因温度作用产生过大的竖向位移,尽 量减小新老混凝土接缝处的受力,保证受力安全. 在+ 2#块混凝土养护过程中,进行+ 3#块钢筋 的绑扎、 模板的安装等准备工作,等+ 2#块体系 转换后,浇注+ 3#块混凝土.以这种方法施工3 个节段,然后拖拉贝雷梁,进行下3个节段的施 工,依次循环,直到最后的+ 15#块和-16#块. 图4 + 2#块主梁施工示意 Fig14 Sketch of the + 2#block construction 作为施工平台的模架横向支承在6根钢管桩 上(见图5),这样桥梁的横向变形比较容易控制. 如果采用挂篮法施工主梁,则需要很大的挂篮刚 度来限制主梁的横向变形,这对于公和斜拉桥这 类单索面结构是不经济的. 图5 滑动模架横断面 Fig15 Cross2sectionofmovablescaffolding equipment 由于主梁待浇块件与模板支架相互位置的 不断变化,对于每个节段的主梁来说,模板及其支 架都是 “新” 的,即模板和支架的弹性变形和非弹 性变形都在不断地变化着,这使得主梁立模标高 的确定带有一定的 “盲目性”.在施工过程中,可 根据对已浇块件测量结果的计算分析结果,预测 下一块件的立模标高,尽量减小由于这种 “盲目 性” 所带来的不良影响. 在主梁混凝土浇注及养护期间,贝雷梁的后 方吊挂于随环境荷载(温度、 风等)变化而上下摆 动的已浇块件上,而贝雷梁的前方支承于相对固 定的前方支墩上,这使得新老块件混凝土接缝处 截面在新浇混凝土达到一定强度前就开始受力. 在一般情况下,斜拉桥的合拢指的是梁与梁 之间的合拢,而公和斜拉桥主梁不留合拢段,在滑 动模架上连续施工主梁,直到两边的主梁与边墩 487大 连 理 工 大 学 学 报第43卷 合拢.即采用与标准块件相同的施工方法,施工西 侧的+ 15#块和东侧的-16#块,实现全桥的合 拢.该方法充分利用了标准块件的施工设备,节 约了投资,线形得到很好的保证并且不需压重. 2. 2 公和斜拉桥施工控制特点 公和斜拉桥的施工控制和一般的斜拉桥一 样,包括两部分内容2:数据采集和数据分析处 理.二者的有机结合,可使桥梁的内力和线形达 到设计要求,并保证施工期的安全和正常运营. 但由于公和斜拉桥采用不同于一般斜拉桥的施工 方法,其施工控制方法也与一般斜拉桥不同,具有 以下几个特点: (1)由于需要根据现场情况的临时改变对结 构的受力和线形进行分析,一般斜拉桥的施工控 制计算都以平面杆系计算模型为主.公和斜拉桥 横截面比较宽并且是单索面结构,在确定拉索张 拉力时,不但要考虑主梁各工况的纵向受力,而且 需根据主梁块件横向力筋的张拉情况、 块件上荷 载的横向分布等因素,仔细分析块件的空间受力 状况,确保纵、 横向受力安全. (2)立模标高以混凝土浇注前的模板标高为 准.此时的吊挂装置、 贝雷梁、 前方支墩等受力构 件已经有一定的初始内力,大部分的非弹性变形 已经发生,从而需要消除这些对块件立模标高有 较大影响又很难准确估计的不确定变形. (3)采用单支撑、 单吊挂和双支撑、 单吊挂系 统.采用单支撑、 单吊挂时前方支墩与吊挂系统 形成静定结构,有利于混凝土浇注过程中的安全. 双支撑、 单吊挂可使后方支墩参与整个结构的受 力.此时前方支墩、 后方支墩和吊挂系统形成超 静定结构,能够有效减小新老块件接缝处的变形 和应力. (4)斜拉桥的索力调整根据具体情况有的采 用一次张拉(如广东三水桥3 ), 有的采用多次张 拉(如广东金马大桥4 ). 施工时如果追求一次张 拉,就必须为主梁配置强大的预应力筋,这些预应 力筋在成桥后大多是不需要的,甚至是有害的,为 了降低造价,有的桥梁将其中的一部分做成体外 预应力,以便不用时拆除.仅仅为了做到一次张 拉而设置大量的预应力筋,既提高了造价,又使施 工复杂化,甚至为配置预应力筋而加大截面尺寸, 增加主梁自重.多次张拉则需要在塔上和梁上多 次移动张拉设备(如千斤顶 ), 这给施工带来很大 不便.公和斜拉桥采用二次张拉的索力调整方 法,既能满足受力要求又方便了施工.其方法是 施工过程中张拉一次索,等全桥合拢后,全桥再统 一调整一次索力. (5)由于公和斜拉桥的结构刚度较大,施工 控制中以控制高程变化为主与控制拉索索力为辅 的原则,即采用双控而有所侧重的方法控制结构 的线形与内力. 3 公和斜拉桥施工控制结果 图6为合拢后主梁挠度误差及索力直方图, 表1为全桥合拢后的索力值. 图6 合拢后主梁挠度误差及索力直方图 Fig16 Distortionerrorofmainbeamand comparison of cable force after closure 4 结果讨论与结论 (1)根据公和斜拉桥的设计和施工特点制定 了相应的施工控制程序,从图6和表1的结果来 看,实现了主梁标高和索力双控的目的,达到了事 先确定的分别将标高和索力误差基本限制在 3 cm和 5%的目标.同时,在主梁内埋置了一定 数量的应变计,对截面应力进行实时监控,监控结 果表明截面在施工过程中处于安全状态. (2)如果采用挂篮法施工,每个标准块至少 需要12 d、13 d才能完成,而采用滑动模架法施工 后,仅8 d就完成一个标准块.这是由于充分利用 前一块件混凝土处于养护过程中而施工下一个块 件的结果,这也是滑动模架法的优势所在. (3)滑动模架法的优点还体现在它能够很好 地控制桥梁的横向变形.对于类似于公和斜拉桥 这种单索面结构,单纯通过增加挂篮刚度来限制 587 第6期 杜蓬娟等:公和斜拉桥施工控制 表1 合拢后索力值 Tab11 Cable force after closure 西 侧 No. Fs?kN Fc?kN ?% 东 侧 No. Fs?kN Fc?kN ?% A 016 1096 1580. 8C016 1036 021-1. 3 A 025 6705 597-1. 3C025 6655 588-1. 4 A 035 7885 8541. 1C035 7815 771-0. 2 A 045 7175 696-0. 4C045 7115 644-1. 2 A 055 6975 660-0. 6C055 6555 620-0. 6 A 065 6825 647-0. 6C065 6005 587-0. 2 A 075 7105 682-0. 5C075 6545 637-0. 3 A 085 7535 707-0. 8C085 6955 642-0. 9 A 095 8475 796-0. 9C095 7715 728-0. 7 A 106 1856 114-1. 1C106 0976 077-0. 3 A 116 3026 227-1. 2C116 3766 301-1. 2 A 126 3256 270-0. 9C126 4326 430-0. 03 A 136 5366 490-0. 7C136 5736 472-0. 7 A 146 4406 398-0. 03C146 5946 530-1. 0 A 156 2906 178-1. 8C156 2376 214-0. 4 A 166 3186 230-1. 4C166 2496 175-1. 2 主梁的横向变形是不经济的. (4)不拘泥于一般斜拉桥的合拢方法,而根 据该桥的特点采用新颖、 灵活的合拢方法是它的 另一个成功所在. 公和斜拉桥的建成说明滑动模架法在大跨度 斜拉桥中应用是经济可行的,也表明针对该施工 方法而采取的相关控制措施是有效的.其成功为 斜拉桥的施工和施工控制增添了新的内容和方 法. 参考文献: 1张哲,杜蓬娟,黄才良.公和斜拉桥设计与施工 J .桥梁建设, 2002(1): 67270. 2孙建渊,石雪飞.漳州战备大桥施工工程控制J .桥 梁建设, 2002(1): 38240. 3陈德伟,范立础,项海帆.独塔斜拉桥(广东三水桥) 的施工控制J .同济大学学报, 1997, 25(1): 23228. 4邱文亮.金马大桥施工控制D .大连:大连理工大 学, 1999. Construction mon itoring and controlling of Gonghe cable-stayed bri