独塔混合梁斜拉桥施工控制仿真分析

渠 广 镇

(山东省交通科学研究院，山东 济南 250031)

独塔混合梁斜拉桥施工控制仿真分析

渠 广 镇

(山东省交通科学研究院，山东 济南 250031)

以某独塔混合梁斜拉桥采用满堂支架法施工为例，介绍了其结构形式，进行了施工过程的仿真分析，结果表明，全部拉索张拉后钢箱梁截面最大应力沿纵向呈“S”形，但在施加桥面铺装后，钢箱梁受力变得均匀，索塔和主梁在施工过程中应力满足规范要求。

支架法施工，斜拉桥，混合梁，施工控制，仿真分析

0 引言

钢混混合梁斜拉桥[1]由于其特殊的结构形式和结合方法被广泛采用，像国内建成的广州东沙特大桥，国外法国诺曼底桥等。斜拉桥多数跨越大江大河或峡谷等，其施工方法多采用悬臂拼装(浇筑)的施工方法。也有部分采用满堂支架拼装(浇筑)主梁的施工方法，此类施工方法多用于城市景观桥梁，其地势平坦，施工条件良好。文献[2][3]主要介绍了独塔单索面混合梁斜拉桥采用悬拼法施工控制技术，而主梁全部采用满堂支架施工实例很少，本文主要研究采用满堂支架法施工斜拉桥其全过程仿真分析，以指导施工。

1 桥梁概况

某大桥主桥为独塔单索面混合梁斜拉桥，主桥长285 m，主跨175 m，桥梁立面布置如图1所示。主跨164.5 m范围内采用钢箱梁结构(包含3.2 m的钢混结合段)，小部分主跨(距离主墩10.5 m)及边跨采用预应力混凝土箱梁结构，主塔为钢管混凝土结构。主梁采用满堂支架法施工，钢箱梁共分为13个节段，从索塔向边墩编号依次为G1～G13。索塔两侧各布置13对斜拉索，从桥塔向主跨方向的编号依次为H1～H13，向边跨方向的编号依次为A1～A13。桥塔分下塔、中塔、上塔三部分，下塔采用分离式双钢管混凝土塔柱形式；中塔为斜拉索锚固段，将两个钢管混凝土塔柱通过两块50 mm厚的腹板连接成整体。边跨箱梁内设置压重混凝土。

该桥空间受力特征明显，尤其是塔、墩、梁固结节点部位的受力复杂，承受来自主梁的弯剪扭及轴力作用。为保证在施工过程中结构的安全以及成桥阶段的线形满足要求，本文考虑了温度、收缩徐变以及在施工过程中的各种荷载，对各施工阶段索塔、斜拉索、钢箱梁及混凝土箱梁的应变和变形进行仿真分析，分析结果为该桥的施工控制提供理论依据。

2 仿真分析模型的建立

采用Midas Civil有限元软件建立本桥的计算模型，如图2所示。全桥共离散195个单元，312个节点。主梁采用单主梁模型模拟[4]，拉索采用只受拉桁架单元模拟，运用Ernst[5]公式计算等效弹性模量。斜拉索与梁、塔间的锚固通过斜拉索锚固点与主梁和塔形心之间的刚臂单元连接。支架通过建立受压弹簧来模拟，受压弹簧线刚度尽量大，当梁体受拉索张拉力上拱时与支架脱离，当梁体下挠时，支架则受力。

3 施工阶段及主要计算参数

施工控制前期准备阶段，结构计算中的参数主要取自设计提供的有关资料和规范的规定，但根据工程经验对某些参数作修改以便更符合实际情况。施工控制阶段，根据结构设计参数与实际情况的差异、施工误差、测量误差、结构计算分析模型与实际情况的差异等确定是否对控制计算参数作调整[6,7]。

在仿真分析中混凝土及钢材的材料特性取值如表1所示，弹性模量及线膨胀系数均按规范取值。斜拉索选用φ7 mm镀锌高强钢丝，各拉索选用丝数在163束～253束之间，单根最大重量约为15 t，抗拉强度为1 670 MPa。钢箱梁的截面特性考虑纵向加劲肋的影响。

表1 钢材及混凝土材料特性汇总

根据设计图纸和施工组织设计，将整个计算分为15个工况，如表2所示。

4 施工过程仿真分析主要结果

通过对表2各工况的计算分析，得到了主梁、索塔在各施工阶段的应力和位移以及斜拉索的索力。表3给出了斜拉索的设计索力及成桥索力。各典型工况主塔截面最大应力的分布如图3所示，各施工阶段索塔h/2塔高及塔顶的水平位移变化如图4所示。在所有拉索张拉完毕及成桥状态下钢箱梁、混凝土箱梁截面的最大应力分别如图5,图6所示。

表2 施工阶段计算工况

表3 斜拉索设计索力与成桥索力

仿真分析结果表明，索塔在施工过程中处于全截面受压状态，从图3可以看出，主塔最大应力值为48.8 MPa，其出现在所有拉索张拉完成时；拉索张拉使主塔截面应力变化较为均匀，但桥面铺装对主塔h/2塔高内应力影响较大；成桥状态下主塔受力均匀，最大值31.9 MPa。从图4可以看出，在施工过程中，塔顶的最大水平位移为-24.5 mm，在成桥后，塔顶水平位移为15.8 mm，施加桥面铺装对其影响大。

从图5可以看出，拉索张拉后钢箱梁截面最大应力沿纵向呈“S”形，受力不均匀，最大值70.5 MPa，但在施加桥面铺装后，钢箱梁受力则较为均匀，最大值为46.8 MPa，其值小于规范容许应力值。从图6可以看出，由于混凝土箱梁截面其刚度大，施加桥面铺装对应力值影响较小，成桥状态混凝土箱梁截面最大应力值为8.1 MPa，小于规范容许应力值。

5 结语

介绍了独塔混合梁斜拉桥的构造特点及施工方案，对施工过程进行详细的仿真分析，得出了施工控制中的基础数据及施工中主梁、主塔的变化情况。仿真分析结果表明，钢箱梁和混凝土箱梁在施工过程中受力满足规范要求，钢管混凝土桥塔始终处于全截面受压状态。

[1] 林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,1997.

[2] 罗瑞华，黄中华.无锡蓉湖桥钢混凝土混合梁斜拉桥施工技术[J].铁道标准设计，2005(10):52-54.

[3] 鲍莉霞.单塔单索面斜拉桥施工控制研究——蓉湖大桥施工控制[D].武汉：华中科技大学，2004.

[4] 张 为，赵 星.斜拉桥有限元建模和动力特性分析[J].铁道建筑，2006(3)：8-10.

[5] 王 頠，瞿伟廉.大跨度公铁斜拉桥的几何非线性效应[J].华侨大学学报,2009,30(2):215-220.

[6] 狄 谨，黄 庆.无背索斜塔钢—混凝土结合梁斜拉桥施工控制仿真[J].长安大学学报,2004,24(3):43-47.

[7] 靳敏超，夏元友，冯仲仁.曲塔混合梁斜拉桥施工控制仿真分析[J].公路，2009(9):238-241.

Simulation analysis of construction control for hybrid girder cable-stayed bridge with single tower

Qu Guangzhen

(ShandongTransportationResearchInstitute,Jinan250031,China)

The structure configuration and for hybrid girder cable-stayed bridge with single tower were introduced, which was constructed using full framing cast-in-place method. The indices for construction control were calculated. The results show that the maximum stress of steel box girder along the longitudinal section is “S”type after all the cable tensioning. However, stress becomes uniform when the deck pavement is applied. The stress of cable tower and main girder in the construction procedures meet with the prescriptions of design code.

full framing cast-in-place method, cable-stayed bridge, hybrid girder, construction control, simulation analysis

1009-6825(2017)20-0168-03

2017-05-08

渠广镇(1985- )，男，工程师

U448.27

A