独塔混合梁斜拉桥桥塔施工监控分析

尹鸿福

（中铁城建集团有限公司，长沙 410208）

1 引言

斜拉桥因外形美观，受力性能好等优势，成为现代桥梁中发展最快的桥型之一[1-2]。在斜拉桥施工过程中，监控计算是核心，应该对主要的施工环节、某些重点构造进行分析，并对成桥后的结构进行验算，从而确保桥梁的施工质量和运营阶段的安全[3-4]。

2 工程概况

中华路大桥主桥采用非对称独塔斜拉桥结构形式，全长244.4 m（含牛腿），跨径布置为151.1 m+91.1 m，主桥采用半漂浮体系，主梁采用混合梁方案，即主跨采用钢梁-UHPC 薄层轻型组合梁，边跨采用混凝土箱梁进行配重，桥塔为钢结构，道路为双向8 车道城市主干路，设计速度为60 km/h，主桥立面布置图如图1 所示。

图1 主桥立面布置图（单位：cm）

3 监控目的及内容

3.1 监控目的

1）通过监控量测各施工阶段的动态变化，掌握施工过程中结构自身的安全状态。

2）用现场实测结果弥补理论分析过程中存在的不足，并通过监测结果反馈设计，指导施工。

3）通过监控测量对施工过程中可能产生的环境影响进行全面监控。

4）积累资料和经验，了解工程对周边环境的影响以及自身变形的基本规律，为日后类似的工程提供借鉴依据和指导。

3.2 监控内容

施工过程中主要对索塔塔顶的偏位进行监测，以及对索塔底部两截面8 测点进行应力监测。

4 成桥目标状态的确定

4.1 模型建立

本试验采用了空间有限元软件Midas/Civil 对桥梁的主体结构进行建模分析，其中钢塔，钢箱梁及混凝土箱梁采用梁单元进行模拟，全桥共划分成589 个梁单元，731 个节点，斜拉索采用杆单元模拟，有限元模型见图2。

图2 主桥有限元模型

4.2 桥塔合理成桥状态与预偏位

根据JTGT 3365-01—2020 《公路斜拉桥设计规范》（以下简称《规范》）[5]7.2.3 条：确定设计成桥状态时，预应力混凝土梁斜拉桥应计入预应力效应和汽车荷载效应；钢箱梁斜拉桥应计入汽车荷载效应。其中，索塔弯矩、塔顶偏位不能太大，需综合考虑恒、活载的影响；恒载状态下，塔顶可以在岸侧有一定的预偏。如图3 所示，在车辆荷载作用下，桥塔塔顶最大水平偏量为2.87 cm（向主跨方向）。

图3 考虑车辆荷载作用后塔顶纵向位移图

因此，根据规范建议，同时参照《规范》7.2.6 条设计主梁预拱度时1/2 汽车荷载效应的建议，对成桥状态下桥塔设置向边跨的预偏量，经计算分析确定预偏量为2.87/2=1.44 cm。

4.3 桥塔测量监控难点

1）测量精度要求高。首先是定位精度高，对于塔身方位的测量、高程的测量都需要用精密仪器测量，操作难度大，控制较难。

2）桥塔位于河流水域，控制网的建立受到限制，尤其是视线长度和角度的局限性影响观测质量。

3）桥塔施工过程中受风力、温度等因素的影响，每天稳定观测时段少，在一定程度上影响了观测质量。

5 主塔施工监测

由于塔柱主要承受轴向力，产生轴向变形，因此，塔柱需要预先考虑设置塔高增加量。在施工过程监控的重点是主塔塔顶偏位监测、主塔应力控制。

5.1 桥塔偏位监测

为了控制施工过程中及成桥后塔的垂直度，需要对主塔塔顶偏位进行监测，故在每一个塔顶布设一个棱镜，在体系转换过程中，每张拉一对拉索对塔顶的偏位进行5 次测量。具体布置如图4 所示。

图4 塔顶偏位测点布置示意图

5.2 桥塔应力监测

根据计算分析可知，施工阶段主塔应力峰值出现的位置都在主塔塔根部处，故在主塔塔根部处布置应力传感器，在桥塔施工过程中，每焊接一个节段对桥塔应力进行3 次测量；在体系转换过程中，每张拉一对拉索对桥塔应力进行3 次测量。具体布置如图5 所示。

图5 塔顶偏位测点布置示意图

6 桥塔架设过程数据分析

6.1 桥塔塔顶偏位分析

在体系转换过程中，根据有限元计算，桥塔塔顶累计偏位如图6 所示，桥塔纵向偏位最大值为2.5 cm，发生在第18 工况即张拉第17 对索之后。

图6 桥塔纵向偏位

塔顶偏位实测数据如图7 所示，每个实测数据都是5 次测量取平均值。由于现场在进行拉索张拉的过程中，边跨与主跨牵引的拉索数量都不对称，实测塔偏与理论偏位存在偏差。

图7 塔顶偏位实测数据图

6.2 桥塔应力

体系转换过程中桥塔应力实测数据如图8 所示，图中数据均为3 次测量取得的平均值，可见并无拉应力出现。

图8 桥塔应力实测数据

7 结论

1）主塔偏位实测数据与理论数据吻合较好，偏差均＜H/3 000（H 为塔高），满足规范要求；与桥塔控制目标相比，成桥状态桥塔塔顶实测值的偏差仅为0.46 cm＜2 cm，满足控制精度。同时，0.46 cm<10 500/3 000=3.5 cm，且小于3 cm，满足《规范》第8.3 条中对绝对偏量的要求。

2）主测点均无拉应力出现，偏差值均在规范值容许范围内。

综上所述，监控结果良好。