马岭河特大桥先主塔后主梁塔梁同步施工技术

马岭河特大桥先主塔后主梁塔梁同步施工技术

1预应力体系及施工方法马岭河特桥的主桥为155m-360m和155m-155m，是预制混凝土的双链桥，采用半泡沫系统。主梁采用Π形截面,纵横双向预应力体系。主塔采用宝石形结构,上下两个横系梁［１］。由于种种原因造成两岸施工进度相差6个月。为了缩小两岸的施工进度差异,8号墩在主梁1~9号节段施工期间采用塔梁同步施工的施工方法。而9号墩仍然采用原来的先主塔后主梁的常规施工方法。两岸实际的施工情况分别如图1和图2所示。2结构方程模型的构建斜拉桥是塔、梁、拉索三种基本构件组成的高次超静定结构体系。从理论上讲,在设计者已经确定合理成桥状态的前提下,一旦确定了施工方法,我们就可以确定与此施工方法相对应的合理施工状态［２，３］。对于这两种不同的施工方法,当然就有与之相对应的两种合理施工状态。我们最关心的是这两种合理施工状态之间的差异,因为这种差异决定了我们是否能够达到设计者所确定的合理成桥状态。作者根据实际施工进度建立了塔梁非同步施工和塔梁同步施工两种空间有限元施工模拟计算模型［４］,通过这两种计算模型的计算结果来对比分析塔梁同步施工的技术可行性。图3和图4就是两种不同施工方法的计算模型图。2.1两种施工方法对于不同主塔小索索力影响的单拉索是斜拉桥的主要承重构件,索力是成桥主梁应力的主要影响因素。成桥索力是否合理直接关系着能否达到合理成桥状态。从图5可以看出,两种施工方法对成桥索力影响很小,对靠近主塔的短索索力影响最大,也仅为3.3kN,还不到成桥索力的0.5%,其他索力则影响更小。由此可见,塔梁同步施工方法对最终的成桥索力影响很小。2.2节段施工所进行的预拱度差主梁线形是衡量是否达到合理成桥状态的重要指标。为了达到合理成桥状态的线形,可以通过在节段施工过程中提供各个节段的预拱度加以实现。从图6可以看出,采用两种施工方法计算出的预拱度差值均在4mm以内。由此可以得出结论:采用塔梁同步施工方法对成桥状态的线形影响不大。2.3主梁应力差异值成桥主梁应力状态是否合理直接关系着成桥后的运营状态,是合理成桥状态最关键的指标。图7给出了采用两种施工方法计算出的成桥后主梁应力差异值。从图7可以看出,对大多数主梁节段来说其应力几乎没有差异。个别几个主梁节段有差异但也非常小,在0.001MPa左右,几乎可以忽略其影响。2.4两个塔支分力的影响1号和2号索锚固在上横梁下面,所以其索力对塔支的位移和应力影响不大。但在两个塔支没有横向联系或者封顶之前,索力沿竖向、顺桥向和横桥向的分力对其底面截面应力、塔支顺桥向、横桥向位移产生很大影响,甚至可能造成失稳破坏。表1给出了两种施工方法塔支底面截面应力、塔支顶端顺桥向和横桥向位移模拟计算值。2.4.1同步施工影响由于3号~9号拉索锚固在上横梁上面,张拉索力会对塔支底面截面应力产生重大影响。另外同步施工的压应力储备较小也会影响该截面的应力安全。塔梁同步施工模拟计算结果表明:塔支底面截面的最小压应力为0.2MPa,尚未出现拉应力。而非同步施工的最小应力为1.21MPa。2.4.2顺桥向位移施工影响由于中边跨索力的不对称张拉势必会影响两个塔支的顺桥向位移。从塔梁同步施工模拟计算结果看,塔支的最大顺桥向位移发生在9号索张拉完工况,最大值为4.8mm。而非塔梁同步施工的塔支顺桥向位移最大值为2.5mm。单从计算结果看,两种模型的计算结果差异不大,但这都是在理想施工状态下的位移值。2.4.3顺桥向位移比较中边跨索力沿横桥向的合力使塔支产生横桥向位移。从塔梁同步施工模拟计算结果看,塔支的最大横桥向位移发生在9号索张拉完工况,最大值为26mm。而非塔梁同步施工的塔支顺桥向位移最大值为2.2mm。因此,必须采取相应的措施加强两个塔支间的横向联系,防止塔支在横桥向产生过大的位移甚至失稳。3步施工模拟计算前面已论述,塔梁同步施工在采取相应的技术保障下完全可以达到合理成桥状态。塔梁同步施工模拟计算是在各工况都理想的情况下进行的,所以得到的计算结果也是理想化的。但在实际施工中索力张拉、主梁重量、预应力张拉等都是有误差的,因此主梁线形控制、索力控制、主梁应力监测和塔支应力及位移监控就是塔梁同步施工控制的主要工作内容。3.1第三次张拉温度主梁线形控制通过调整预拱度和第三次拉索张拉的索力来控制当前节段的标高。由于拉索第三次张拉是拉索直接作用在主梁上,一般都是以第三次张拉后的主梁标高为准。为了消除温度对标高和索力的影响,对第三次张拉温度有严格要求,应在一天中气温最稳定的时间完成。表2列出了中、边跨1号~9号主梁节段的三张后标高实测值和监控理论值。由表中可以看出最大标高误差为18mm,满足施工精度要求。3.2控制标高为主,但同时控制两种静力源出的误操作方法每个主梁节段施工都必须对索力进行全程监控,由于拉索的前两次张拉是作用在挂篮上,在此过程中以控制标高为主,可以适当牺牲索力精度,但误差不宜超过10%。第三次张拉是作用在主梁上,控制时必须兼顾标高和索力。索力误差一般应控制在5%以内。从表2中可以看出,索力的精度得到了很好的控制,误差基本上都控制在5%以内。3.3桥主梁应力监测在施工过程中,必须对主梁关键截面进行应力监测。为了消除由于混凝土收缩、徐变和应力传感器漂移的影响,测试时采用了每个工况前后两次测试,以扣除两个工况之间的传感器读数变化,有效的保证了应力测试数据的可靠性。全桥主梁共布置了9个应力监测截面,每个截面埋设11个应力传感器。主梁应力测点布置如图8所示。表3给出了埋设于主梁第2节段的传感器在2号~9节段在当前节段第三次张拉后所测的应力。从表中数据可以看出,在2号节段三张完主梁下缘出现拉应力,主要是因为主梁节段太短刚度较大,由于索力产生的弯矩造成下缘出现拉应力,该拉应力处在规范规定的安全允许值以内［６］。随着主梁节段的伸长,拉索水平分力逐步增大,主梁的压应力储备也逐渐加大,趋于更加安全。另外,截面上缘中间处的实测值一般要大于理论值,而两边的实测值则小于理论值,这是因为实际计算过程中未考虑剪力滞效应［７］,但从应力的整体情况看,比较符合结构的受力特点且能满足规范要求。3.4横向支撑应力为了使塔支应力和位移都能得到很好的控制,保证结构安全,满足施工规范要求,经过计算采取的具体措施如下。(1)在原设计基础上,在离上横梁上方10m处再架设1排共2根横向支撑,每根横向支撑的预推力为1000kN。以加强两个塔支之间的横向联系。(2)在上塔柱与上横梁顶面相交的最不利截面处加埋应力传感器,实时监测应力以保证上塔柱应力安全。在整个塔梁同步施工过程中,由表4可见,塔支底面截面位置所测得的最小压应力为1.13MPa,塔支的最大偏位顺桥向为8mm,横桥向为6mm,基本上与非塔梁同步施工同位置的最小应力和最大偏位吻合。不但控制了塔支应力避免其发生破坏,同时使主塔在施工精度方面也得到了很好的控制［８］。4常规施工控制方法塔梁同步施工是不拘泥于一般的施工方法,通过计算分析和马岭河大桥的实例说明:(1)塔梁同步施工对主梁的施工控制可以按斜拉桥常规施工控制方法进行控制。成桥后对索力、主梁线形