分阶段施工桥梁的无应力状态控制方法

杨 军

（新疆路桥建设集团有限公司，新疆 喀什 844000）

0 引言

随着经济的快速发展，大跨度桥梁建设项目越来越多，分阶段施工是必然的选择，尤其是对大跨度斜拉桥。这主要是因为大跨度斜拉桥成桥恒载状态的结构内力和线形是相对固定的，施工过程中的索力控制难度比较大，在这种情况下分阶段施工可以减少控制的难度，保证工程建设的质量。

1 无应力状态控制法的原理

分阶段施工的桥梁结构最终状态的内力和位移，主要是由4个条件决定的：（1）外载荷作用的位置和大小；（2）桥梁组成结构构成单元的几何尺寸、位置和刚度；（3）边界条件；（4）构件单元无应力状态下的几何长度和曲率。只要上述4个条件确定了，整个桥梁的内力和变形也就确定了。对于桥梁结构单元的安装过程，即便采用的是几何非线形结构的桥梁，对于其内力和变形也没有影响。也就是说，对于分阶段施工的桥梁结构而言，最终状态的结构内力和位移主要受几何长度和曲率的影响。所以，无应力状态控制的基础是一定的外荷载、结构体系、支承边界条件以及单元的无应力长度和无应力曲率组成的结构。例如某斜拉大桥有两个施工段，这两个施工段的过程状态可以用图1来表示。

图1中，两个过程状况可以分别用公式（1）和公式（2）表示：

图1 两阶段无应力状态变化（单位：kN）

前后两个阶段的应力变化为公式（1）减公式（2），用公式（3）表示为：

同时，在无应力状态控制法当中，桥梁结构单元的内力是随着结构的加载不断变化的，同时受到体系转化和斜拉索张拉变化的影响。如果斜拉桥的荷载和结构体系相对固定，无应力长度的变化应该与单元轴力的变化保持一致。在斜拉桥分段施工中应用无应力状态控制法，必须以上述基本原理为基础。

2 无应力状态控制法在斜拉桥分段施工中的应用

2.1 工程简介

牧华路锦江斜拉桥位于四川省双流县，桥长730m，其中主桥为单塔双索斜拉桥，长215m，引桥长515m，桥宽42.5m，塔高88m，总投资1.5亿元人民币，工期24个月。锦江斜拉桥是目前国内第二宽的斜拉桥，仅次于江苏淮安宿淮高速公路五河口大桥。为了保证工程的顺利进行，该大桥采用的是分段施工方案，为了保证分段施工的质量，在施工当中运用了无应力状态控制法。

2.2 无应力状态控制法在该工程中的应用

2.2.1 斜拉桥安装计算

通过前文的分析可以看出，影响斜拉桥最终状态内力和线形的因素有4个，即外载荷、结构体系、支撑边界条件和单元无应力曲率。结合该工程，对各影响因素分析如下。

（1）外载荷。在该桥的施工中，结构恒载一般是分次施加，但是最后的构建单元恒载施加完毕以后，会去掉临时荷载，导致荷载和位置都会发生一定的变化，但是在计算过程中，外荷载是确定的，需要按全部拆除以后的荷载进行计算。

（2）结构体系。该桥虽然是分段施工，但是在施工过程中也有两套方案，决定了它们在结构体系上的差异，尤其是在分段施工中，结构体系具有多边形的特征，但是一旦施工结束以后，结构体系就会固定不变，达到理想的状态。

（3）支撑边界条件。在斜拉桥的分段施工中，施工完成以后其支撑边界才能达到设计要求和目标状态。

（4）单元无应力曲率。由于施工中采用预制拼装的方案，台座预制过程中要在外型上满足设计目标及该阶段无应力曲率的要求。

结合上述4个因素，牧华路锦江斜拉桥安装计算过程首先根据设计方案计算成桥目标状态各斜拉索无应力长度，然后根据斜拉桥的施工方案以及分段施工方案，对各个阶段进行计算。

2.2.2 过滤温度计临时荷载的影响

在牧华路锦江斜拉桥的施工中，温度对于施工有着重要影响。在施工中必须在桥上设置应力、索力、线形和温度测点，以掌握其变化情况。在测量过程中，施工人员选择日出前温度相对比较恒定的时间同时测量，如果桥上正在施工，必须详细测算临时荷载的大小并记录其位置。在温度相对恒定的情况下，测试应力、索力、线形、温度、临时荷载之间存在的对应关系。在计算时，将测得的结果与设计时的理想状态进行对比分析，以此判断当前结构的状态，为下一阶段提供依据。从理论上来讲，根据收集到的信息来确定控制对策，能够达到比较理想的效果。但是，在此基础上的信息反馈以及监控指令的执行是一个难题。在牧华路锦江斜拉桥施工中，实际温度不可能与设计中的理想温度保持一致，并且在施工中每个测点的温度都可能存在差异，这会直接影响到监控指令的实施效果。为了解决这一问题，施工人员将不同阶段下的斜拉索无应力长度的差值作为依据，如果无应力长度差值有所调整，可以让结构温度和桥上临时荷载与设计条件保持一致，此时计算的索力变化值会无限接近理想的设计目标值，从而避免在计算的过程中出现偏差。

2.2.3 施工过程中的同步作业问题

牧华路锦江斜拉桥主梁采用的是混凝土浇筑施工的方式，在施工过程中为了保证混凝土浇筑完成以后主梁上缘拉应力水平，在混凝土浇筑之前先张拉斜拉索，这样能够使主梁的上缘保持一定的压应力，避免混凝土浇筑时下部应力变化对上缘内力及位置产生影响。同时，新浇筑阶段混凝土体积比较庞大，在浇筑之前预张拉的过程中，下部应力受到控制，上部会出现预压应力不足的问题，因此在主梁浇筑过程中需要适当增加一次调索，使上部预压应力达到混凝土浇筑的要求。在斜拉桥的同步作业过程当中，本质上是同步调整斜拉索索力，这既有利于提高斜拉桥的施工质量，还能保证施工作业效率。

3 结语

总之，分阶段施工桥梁的无应力状态控制是现代大跨度斜拉桥施工当中的一项重要技术，在施工过程中必须处理好斜拉桥安装计算、温度、临时荷载因素的影响等问题，只有这样才能保证施工建设质量。

[1]中铁大桥勘测设计院有限公司.分阶段施工桥梁的无应力状态控制法与工程实践[R].武汉：中铁大桥勘测设计院有限公司，2007.

[2]黄晓航.武汉白沙洲大桥斜拉桥施工监控[C]//中国公路学会桥梁和结构工程学会2000年桥梁学术讨论会论文集.北京：人民交通出版社，2000：409-412.