唐映

摘要：以一座小跨徑懸索橋?yàn)槔?，在介紹其設(shè)計(jì)特點(diǎn)之后，重點(diǎn)對(duì)其采用張拉邊跨主纜來(lái)調(diào)整索塔內(nèi)力的施工方法進(jìn)行了介紹，并給出了最后施工控制結(jié)果和效果。

關(guān)鍵詞：懸索橋，小跨徑，索塔，張拉

中圖分類(lèi)號(hào)：U442.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

Construction Control of medium-span Suspension Bridge

Tang Ying

Abstract：A suspension bridge with medium span for pedestrians is taken as an example. Its design characteristics are firstly introduced and then their construction feature, in which the internal force of tower is adjusted by the tension of cable of side span, is introduced in detail. Finally the results are showed.

Key words：suspension, medium span, tower, tension

大跨徑懸索橋在施工過(guò)程中，根據(jù)加勁梁吊裝的節(jié)段數(shù)不斷增加，需要適時(shí)地頂推主索鞍以保證索塔受力處在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。但對(duì)于中小跨徑懸索橋結(jié)構(gòu)體系、特別是一些景觀懸索橋橋而言，由于索塔和主索鞍的尺寸較小，無(wú)法實(shí)施主索鞍頂推，而必須選擇其它可靠的施工方案中是一個(gè)值得考慮的問(wèn)題。本文以一座中小跨徑懸索橋?yàn)槔榻B其在景觀橋中的施工應(yīng)用情況。

1 工程概述

湖南省醴陵市淥江河人行橋是一座主跨跨徑為80m的地錨式懸索橋，全橋總長(zhǎng)136.2m(包括兩端錨碇)，加勁梁跨徑組成為16.55+80.00+16.55m＝113.10m；梁體寬度：8.00m（包括風(fēng)嘴構(gòu)件寬度），橋面寬度: 7.00m；橋面人行道凈寬5.68m。路面（橋面）中線縱坡4.0％；豎曲線半徑1002.4m；橋梁兩端設(shè)置樓梯踏步，并設(shè)置無(wú)障礙通道。立面圖布置如圖1所示。設(shè)計(jì)荷載：人群荷載3.5kN/m2。

圖1 大橋總體布置（單位：cm）

2 設(shè)計(jì)情況

2.1 上部結(jié)構(gòu)

主纜采用塑料護(hù)套半平形鋼絲索PES7-139成品索，主纜矢跨比為1：7.27，懸索矢高11.00m。吊桿采用PES5-13成品索，吊桿縱橋向間距為3.75m，橫橋向間距為6.40m。采用正交異性鋼箱梁作為加勁梁，單箱單室截面，寬8.00m、梁高1.30m；分段在工廠預(yù)制（焊接），標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)3.75m。頂板厚10mm，底板厚8mm，設(shè)兩道豎直腹板，厚度為10mm?？v向每隔1.875m設(shè)置一道橫隔板，板厚8mm, 并設(shè)置過(guò)人孔。

2.2 下部構(gòu)造

橋塔采用雙柱式，每柱縱、橫橋向尺寸為1.40m和0.90m塔高16.298m?？紤]塔頂設(shè)置鞍座的需要，塔頂2.68m范圍縱橋向加寬為1.60m。兩塔之間設(shè)置橫梁，其頂面距離塔頂1.0m。橋墩采用實(shí)體板式墩身，縱、橫橋向尺寸為1.40m和8.859m。1#橋墩和2＃橋墩的墩高分別為13.802m和16.802m。

2.4 東錨碇、西錨碇結(jié)構(gòu)

重力式錨碇采用沉井，埋深為18.78～19.35m。

3 大橋施工及控制

3.1 施工程序

對(duì)于地錨式懸索橋，常規(guī)的施工程序是：樁基、索塔施工→掛主纜→安裝索夾、掛吊桿→分段吊裝鋼箱梁→根據(jù)索塔受力適時(shí)頂推主索鞍→鋼箱梁焊接合攏→施工橋面系→運(yùn)營(yíng)。但本橋?qū)儆诰坝^懸索橋，跨徑不大，其施工方法顯然不能和常規(guī)懸索橋一致，其原因是本橋索塔尺寸較小、沒(méi)有設(shè)置主索鞍。因此，區(qū)別于常規(guī)地錨式懸索橋，本橋在完成索塔施工后，掛纜、并同時(shí)將其與索塔固定，之后吊裝加勁梁，此時(shí)索塔將隨著梁段的不斷吊裝，索塔將朝主跨偏移，為了保證主塔在施工中的受力，根據(jù)主塔的受力情況，適時(shí)地在錨碇內(nèi)對(duì)主纜進(jìn)行張拉，這樣保證索塔受力保證要求。具體施工過(guò)程如下：

（1）在完成索塔施工、掛纜（并在索塔位置對(duì)其進(jìn)行固定）、安裝索夾及吊桿之后，對(duì)兩側(cè)邊跨主纜進(jìn)行張拉，每根主纜張拉力為103kN，使索塔產(chǎn)生預(yù)偏位；

（2）然后依次吊裝跨中5段加勁梁（對(duì)應(yīng)D01～S03吊桿）；

（3）再次對(duì)對(duì)邊跨主纜進(jìn)行張拉，每根主纜張拉力為430kN；

（4）然后吊裝D04～D06吊桿所對(duì)應(yīng)的梁段；

（5）對(duì)邊跨主纜進(jìn)行第三次張拉，每根主纜張拉力為840kN；

（6）吊裝跨中2段鋼梁（對(duì)應(yīng)D07～D10吊桿）以及索塔位置的鋼梁

（7）完成邊跨鋼箱梁的吊裝（在支架上）

（8）對(duì)邊跨主纜進(jìn)行最后一次張拉，每根主纜張拉力為1200kN；

（9）橋面系施工、鋼箱梁焊接，投入運(yùn)營(yíng)。

3.2 施工控制的必要性

淥江河人行橋?qū)儆趹宜鳂蚪Y(jié)構(gòu)，施工過(guò)程比較復(fù)雜，進(jìn)行施工控制是非常有必要的，其原因主要有兩個(gè)：其一，幾何非線性特性非常明顯。從掛空纜到全橋竣工完成，主纜下沉量將達(dá)到40cm左右，施工控制中必須對(duì)空纜架設(shè)和吊裝加勁梁的過(guò)程中對(duì)主纜線形和索塔進(jìn)行詳細(xì)控制，這一點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)受力和線形影響顯著；其二，索塔的受力非常復(fù)雜。由于本橋主跨較小，因此，主索鞍采用的是非常規(guī)作法：空纜就位后，固定主索鞍，之后再將邊跨主纜再次進(jìn)行張拉，使索塔朝邊跨側(cè)傾斜。以后隨著加勁梁的逐段吊裝就位，索塔將朝主跨側(cè)復(fù)位。這樣大大減少了施工的難度，但同時(shí)也對(duì)施工控制增添了很大的難度。如何準(zhǔn)確的控制索塔傾斜量的大小，保證索塔在傾斜過(guò)程中和成橋狀態(tài)的受力安全性，均存在很大的技術(shù)難度，必須予以詳細(xì)考慮。

另外，施工過(guò)程對(duì)成橋狀態(tài)的受力和線形影響巨大。為確保橋梁結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力和變形始終處在安全范圍內(nèi)、成橋后主梁的線形符合設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)恒載受力狀態(tài)接近設(shè)計(jì)期望值，使得對(duì)主橋的施工過(guò)程實(shí)施嚴(yán)格的施工控制成為必要。同時(shí)，為保證大橋建成后結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期健康監(jiān)控的順利進(jìn)行，也有必要在施工階段為此建立與結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)相應(yīng)的初始條件、技術(shù)資料。

3.3施工階段主纜線形

懸索橋施工狀態(tài)是指從掛主纜開(kāi)始到成橋各階段懸索橋的幾何線形和受力狀態(tài)。確定施工階段主纜線形理想控制目標(biāo)主要解決三方面問(wèn)題：（1）主纜各索段無(wú)應(yīng)索長(zhǎng)；（2）掛索初始狀態(tài)；（3）吊梁階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

圖2主纜簡(jiǎn)化力學(xué)模型

（1）主纜各索段無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)

無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)的計(jì)算必須從成橋狀態(tài)理想控制目標(biāo)的有應(yīng)力索長(zhǎng)反算而得，也即分段懸鏈線。圖2為其計(jì)算模式。對(duì)固定于A（0，0），B（1，h）兩點(diǎn)的自由索，易得其方程為：

（1）

這是一個(gè)經(jīng)典計(jì)算公式，由該公式計(jì)算主纜的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度，對(duì)于三跨懸索橋，主纜與各吊桿的理論交點(diǎn)均已知，可分段將各吊索間的索段作為懸鏈線，計(jì)算出各段的有應(yīng)力索長(zhǎng)和無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)，累加得到該索段的總索長(zhǎng)和無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)。

根據(jù)橋面標(biāo)高、鞍座壓力等參數(shù)，就可以確定塔高、吊索無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)等重要構(gòu)件尺寸，從而完全得到了掛索初態(tài)所必需的基本參數(shù)。

（2）空索理想控制目標(biāo)

對(duì)于本橋而言，這里主要定義邊跨和主跨的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度在掛纜時(shí)的定位問(wèn)題，指以滿(mǎn)足成橋狀態(tài)理想控制目標(biāo)的各跨主纜無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)空掛于索鞍上，使左、右邊空索水平拉力相等時(shí)對(duì)應(yīng)的主纜形狀與受力狀態(tài)。

（3）加勁梁安裝階段理想控制目標(biāo)

加勁梁的安裝步驟是由施工設(shè)計(jì)確定的。要確定梁體上各塊件在每次施工中的確切位置是十分困難的，為此，可以從成橋狀態(tài)理想控制目標(biāo)開(kāi)始，逆施工過(guò)程進(jìn)行非線性倒退分析，計(jì)算每一施工階段剩余結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。根據(jù)上述討論可知，只要結(jié)構(gòu)材料參數(shù)、幾何參數(shù)是合理的、施工過(guò)程中不出現(xiàn)人為誤差，從空索理想控制目標(biāo)開(kāi)始吊梁，則全橋加勁梁安裝完畢，各塊件將相互獨(dú)立，然后作用二期恒載，就可以達(dá)到成橋狀態(tài)的理想控制目標(biāo)。

3.4 主纜無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度

對(duì)于懸索橋結(jié)構(gòu)而言，其成橋狀態(tài)的獲得與主纜的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度關(guān)系很大。一旦主纜的設(shè)計(jì)線形和加勁梁的重量確定，那么中跨和邊跨主纜的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度是唯一的，這個(gè)長(zhǎng)度大小對(duì)成橋后的線形影響很大；因?yàn)橹骼|在索塔頂是固定的，則主纜的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度同時(shí)也是影響到索塔受力的一個(gè)主要影響因素?？紤]到本橋的特殊結(jié)構(gòu)布置，在計(jì)算主纜無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度時(shí)，分別采用拋物線法、懸鏈線法和有限元法對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果列于下表中。

表1 主纜無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度計(jì)算對(duì)比結(jié)果

表中結(jié)果表明：有限元結(jié)果正好處在拋物線法和懸鏈線法之間、更靠近懸鏈線結(jié)果?？紤]到有限元分析完全模擬了施工過(guò)程，具有更好的可靠性，因此，最終采用了有限元結(jié)果作為最終的結(jié)果。按照主纜制作溫度20度進(jìn)行考慮，在扣除了每側(cè)塔頂索鞍處的修正長(zhǎng)度0.218m，最終采用有限元計(jì)算值150.094m。在此基礎(chǔ)上，同時(shí)完成吊桿的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度計(jì)算和索夾的定位計(jì)算。并按照以上施工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的施工控制。

3.5 主要監(jiān)測(cè)參數(shù)

（1）主纜線形、索力控制；（2）吊桿位置、索力控制；（3）橋塔位移及應(yīng)力控制。

3.6 施工控制結(jié)果

大橋施工完成后，中跨跨中主纜的實(shí)際標(biāo)高與理論標(biāo)高只相差不到2cm，線型完成滿(mǎn)足要求，施工過(guò)程中，索塔出現(xiàn)的最大拉應(yīng)力僅為1.0MPa，也完全滿(mǎn)足要求，沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象。大橋竣工之后的實(shí)景如圖3所示，該橋的建成為當(dāng)?shù)卦鎏砹艘坏懒聋惖娘L(fēng)景。

圖3 大橋竣工照片（實(shí)景）

4 結(jié)論

本文以一座中小跨徑懸索橋?yàn)槔?，介紹了一種新的施工方法，即通過(guò)張拉邊跨主纜來(lái)調(diào)整索塔內(nèi)力。顯然，這種方法在中小跨徑景觀懸索橋中特別使用，可以大力推廣。

參考文獻(xiàn)：

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。