第11章斜拉橋施工

1、11 斜拉橋的施工111 概述 斜拉橋的施工包括基礎(chǔ)、墩塔、梁、索等四部分。 一、塔的施工 塔所用材料：鋼材、鋼筋混凝土、預應力混凝土 構(gòu)造：設(shè)有橫梁、交叉預留管道、塔頂航空標志燈、避雷針、攀登扶梯、內(nèi)部觀光電梯等。施工應根據(jù)設(shè)計、構(gòu)造要求統(tǒng)籌兼顧。 施工方法： 鋼索塔：采用預制吊裝 鋼筋混凝土索塔：支架現(xiàn)澆、預制吊裝、滑升模板 1.支架現(xiàn)澆 該施工工藝成熟，無需專用設(shè)備，能適應較復雜的斷面形式。但是費工、費料、速度慢。 對于跨徑更大的橋梁，塔柱可分為幾段施工，下部適合支架現(xiàn)澆，上部采用預制安裝。 2.預制吊裝 該施工方法需較強的起重能力和專用起重設(shè)備，但塔高不高時，可以加快施工速度，減少高空

2、作業(yè)難度和勞動強度。 國外一般采用預制吊裝施工，我國大多數(shù)采用支架現(xiàn)澆。 3.滑模施工 適用于高塔的施工，施工速度快。 二、主梁施工 主梁的施工方法多樣，預制拼裝、現(xiàn)澆、懸臂拼裝和澆注、頂推法、平面轉(zhuǎn)體施工均可采用。 1.在支架上施工（拼裝或現(xiàn)澆） 該方法適用于河流無通航要求或便于設(shè)置臨時墩，此時在腳手架上完成現(xiàn)澆和拼裝，也可在臨時支墩上設(shè)置便梁，在便梁上澆筑或拼裝。 主梁和塔柱安裝完畢后，利用設(shè)在支架上的千斤頂將梁頂起，然后安裝斜拉索，安裝就位的斜拉索借助于放松千斤頂使主梁下降而拉緊，此時斜拉索的安裝不需大型的張拉千斤頂。 2.頂推法施工 當橋下不允許多搭設(shè)支架時，可以考慮頂推法施工。頂推施

3、工需在跨內(nèi)設(shè)置臨時支承墩，頂推前在橋臺后方拼裝主梁（塔架），利用頂推設(shè)備將梁體向跨中頂推，此時斜拉索只承受部分拉力。當頂推就位后，張拉斜拉索，拆除臨時支承墩。 3.轉(zhuǎn)體施工 一般將主塔和主梁沿岸邊制造，在安裝和調(diào)整后，將整個橋塔纜索梁體以塔軸為中心轉(zhuǎn)體就位。轉(zhuǎn)體過程中為防止梁體產(chǎn)生過大的負彎矩，可在懸臂端增設(shè)臨時索，待就位后拆除。 4.懸臂拼裝 懸臂拼裝將主梁在預制場預制，由于主梁預制齡期較長，收縮徐變變形小，斷面尺寸和質(zhì)量易于控制。 施工工序：現(xiàn)澆塔柱部位的梁段安裝懸拼吊機懸臂拼裝張拉斜索（水平分力） 吊機前移逐段拼裝。 5.懸臂澆注（最適宜方法） 一般采用牽索式掛籃。利用施工節(jié)段前端最外側(cè)

4、兩根斜拉索，將掛籃前端大部分施工荷載傳至橋塔，變懸臂負彎矩受力為簡支正彎矩受力。第三章、混凝土斜拉橋懸臂施工要點112 牽索式掛籃施工工藝 牽索式掛籃主要由主桁承重系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、牽索系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、調(diào)高系統(tǒng)及行走系統(tǒng)六部分組成。 主要特點：牽索系統(tǒng)利用斜拉索將掛籃前端的垂直荷載直接傳遞給斜拉橋的主塔，以減小掛籃作用在斜拉橋主梁上的垂直荷載。牽索另外一個作用是完成體系轉(zhuǎn)換，即施工時纜索錨固在掛籃上，施工后錨固在斜拉橋主梁上。 為實現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換，準確確定梁上斜拉索錨固裝置的位置和方向，將帶法蘭盤的鋼管在預制廠預埋在一個短的混凝土構(gòu)件中，施工時栓接在掛籃模板上，在澆注混凝土前裝入斜拉索并施加部分張拉

5、力，待施工結(jié)束后補充張拉力。 工程實例： （一）銅陵長江大橋牽索式掛籃 全名“大節(jié)距全斷面整體澆注自行式前支點掛籃”。 掛籃長18.5米，寬26.60米；主縱梁高度1.70米；單只掛籃重力900KN，模板重力350KN，其他施工荷載100KN，總重量1350KN。 設(shè)計要求施工荷載總控制1500KN。 工作原理： 1.掛籃懸掛脫空，后反力點作用力向下，掛籃作用力向下，掛籃主縱梁承受負彎矩； 2.掛籃前移，呈懸臂狀態(tài)，承受負彎矩； 3.掛籃掛梁頂升，后錨固點錨固，使掛籃就位，后反力點使標高大致水平，設(shè)置預抬高量。 4.拉索與掛籃連接，進行第一次索力張拉，此時掛籃前支點受力，縱梁呈簡支狀態(tài)，承受正

6、彎矩； 5.澆注至1/2梁段時進行第二次索力張拉； 6.澆注全斷面混凝土，控制掛籃端部彈性下?lián)隙刃∮?mm； 7.檢查梁段標高，待強張拉預應力索； 8.掛籃脫空前移。拉索混凝土短柱后錨點調(diào)高裝置側(cè)錨成型梁段待澆注梁段 “長平臺型牽索式掛籃”特點 長平臺型牽索式掛籃，一般僅在混凝土主梁下設(shè)置掛籃平臺，且掛籃平臺一般長于待澆梁段下掛籃平臺的長度，例如澆注8米梁段，掛籃平臺長度達23米。原因如下： 1.便于掛籃的行走； 2.增加掛籃在順橋向的剛度，以保證主梁的線形 缺點： 1.掛籃長，自重大，使掛籃前移時掛鉤直接作用于主梁的反力過大，對某些斷面可能會改變主梁的設(shè)計尺寸，增加工程數(shù)量和工程費用。 為克

7、服“長平臺型牽索式掛籃”缺陷，武漢長江二橋牽索式掛籃設(shè)計為“短平臺復合型牽索掛籃”。“短平臺復合型牽索掛籃” “短平臺復合型牽索掛籃”由掛籃平臺、三角架和伺服系統(tǒng)（牽索系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、水平支承系統(tǒng)、微調(diào)定位系統(tǒng)）三大部分組成。 所謂復合型，是指現(xiàn)澆梁段的受力由牽索系統(tǒng)和三腳架共同承擔。 設(shè)計構(gòu)思：（1） 通過掛籃平臺前、后吊桿將部分荷載傳給三腳架，通過三腳架直接傳遞給已澆注主梁上的橫梁上；（2）另一部分荷載則通過斜拉索直接傳遞給塔墩；（3） 牽索下端的水平力，由牽索縱梁前端傳至掛籃平臺底層的水平拉桿，再通過抗剪柱傳給已澆注主梁。 該設(shè)計思路使整個傳力途徑簡潔，直接作用于混凝

8、土主梁上的強大集中力，均布置在抗彎能力較大的橫梁上，避免該力落于主梁頂板使應力集中。短平臺復合型牽索掛籃 優(yōu)點： 掛籃平臺后掛鉤直接作用于主梁上的反力不足長平臺反力的一半；利用三腳架解決了長掛籃平臺行走問題，縮短掛籃長度（8米），減輕掛籃自重；掛籃長度減小，剛度增大，解決了主梁變形的問題。113 斜拉索的制造與安裝 一、索的組成與防護 斜拉索由兩端錨具、中間拉索傳力件和防護材料組成，稱為拉索組裝件。 拉索種類：鋼絲繩、粗鋼筋、高強鋼絲、鋼絞線等。 拉索技術(shù)涉及三個問題： （1）如何使拉索與組裝件在使用期內(nèi)經(jīng)受高幅度的應力變化，即錨具具有優(yōu)良的抗疲勞性能；（2）如何保證拉索組裝件絕對可靠，永久性

9、保護；（3）在保證組裝件可靠、耐久的前提下，力爭施工方便，造價低。 目前斜拉索普遍采用平行鋼絞線，采用群錨體系錨固。 索的防護（1）單根鋼絞線外包PE護套，然后掛線、張拉、成索后外包環(huán)氧織物；（2）PE管壓注水泥漿。 二、塔與索的聯(lián)結(jié) 索與塔、梁連結(jié)結(jié)構(gòu)的功能是將斜拉索的拉力可靠地傳遞給橋塔和主梁。其構(gòu)造形式與斜拉索的布置、根數(shù)、橋塔與主梁的結(jié)構(gòu)有關(guān)。 錨固方式：（1）兩端直接錨固在塔和主梁上；（2）通過塔頂?shù)乃靼把由斓綐蛩蓚?cè)主梁上進行錨固；（3）混合使用，下部直接錨固，上部索鞍。 優(yōu) 點 缺點塔上設(shè)置索鞍索塔主要承受壓力，結(jié)構(gòu)受力簡單索鞍構(gòu)造簡單，造價貴；由于拉索容許彎曲半徑限制，索塔頂部

10、橋軸方向?qū)挾仍龃螅瘦椛湫?，?nèi)索傾角太大，設(shè)計困難。拉索錨固于塔上構(gòu)造簡單，不需索鞍與索座；架設(shè)容易，便于保養(yǎng)、檢查與換索；適用于拉索小、索數(shù)多情況。由于索塔兩側(cè)拉力不相等，使索塔和橋墩的設(shè)計按照彎矩控制。 三、索的安裝 索的安裝分兩步：引架作業(yè)和張拉作業(yè)。 索的引架方法： 1.在工作索道上引架。先在斜拉索的位置下安裝一條工作索道，斜拉索沿著工作索道引架就位。 2.由臨時索及滑輪吊索引架。在待引架的斜拉索之上先安裝一根臨時鋼索（導向索），利用絞車沿著滑動裝置牽引就位。 3.利用吊裝天線引架。 4.利用卷揚機或吊機直接引架。利用塔頂?shù)念A埋扣件，掛上滑輪組，利用橋面上卷揚機和引繩將拉索起吊，一端塞

11、入箱梁，一端塞入橋塔。 5.單根鋼絞線安裝。 斜拉索的張拉作業(yè)方法： 1.用千斤頂將塔頂索鞍頂起。每一對索支承在各自的索鞍上，先使索鞍位置低于其最終設(shè)計位置，當斜拉索牽引就位后，將索鞍頂起到預定高稱，使斜拉索張拉至其承載力。 2.在支架上將主梁前端向前頂起。斜拉索引架時處于不受力狀態(tài)，比受力狀態(tài)時短，因此需將主梁與斜拉索的連接點將主梁頂起，斜拉索引架完成后放下千斤頂使斜拉索受力。 3.千斤頂直接張拉。最常用施工方法114 斜拉橋施工控制 斜拉橋采用斜拉索支承主梁，使主梁變成多跨支承連續(xù)梁，大大降低主梁的高度。 由于主梁纖細且靠斜拉索支承，索力的大小和變形直接影響整個結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。因此必須很好的控

12、制索力使梁塔處于最優(yōu)的受力狀態(tài)，并利用斜拉索的預拉力調(diào)整主梁的標高符合設(shè)計要求。 施工控制是關(guān)鍵工作，應利用現(xiàn)代系統(tǒng)工程學根據(jù)設(shè)計與施工相組合，工程與控制相結(jié)合進行全面控制。 一、誤差特性與索力調(diào)整 在橋梁施工過程中，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏離目標值涉及因素較多，主要包括（1）結(jié)構(gòu)分析時模型誤差；（2）設(shè)計參數(shù)如彈性模量、截面特性、構(gòu)件自重等；（3）施工誤差，如構(gòu)件制作、架設(shè)定位、索力張拉、變位和索力誤差等。 大誤差范圍： 誤差分布沿橋縱向出現(xiàn)同號增加或減少的誤差稱為大范圍誤差。 小誤差范圍： 誤差分布沿橋縱向出現(xiàn)正負交替出現(xiàn)的誤差稱為小范圍誤差。 小范圍誤差對于索力和軸線位置影響并不顯著，通過主梁剛度將小

13、范圍誤差影響平均化； 大范圍誤差是索力調(diào)整的主要對象。 誤差處理： 1.預制構(gòu)件自重誤差（個別達5以上）。 為保證主梁軸線位置和改善內(nèi)力狀況，通過控制軸線位置調(diào)整索力。 2.索的剛度誤差：在相同引伸量情況下，索的剛度誤差將引起索力誤差。 控制索力 3.梁的制作誤差：對于主梁預拱度和局部變形誤差，當以索力作為管理目標控制時，制作誤差將保留在構(gòu)件中，內(nèi)力不受影響；當采用軸線位置為項目管理目標時，為保證理想的線形，將使索力發(fā)生偏差，甚至大大擾動結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布 。 二、索力調(diào)整的方法 斜拉橋的恒載索力一般根據(jù)剛性支承連續(xù)梁的原則確定，然后根據(jù)倒退分析逐步計算出各施工階段的索力和相應撓度。偏差處理和索力調(diào)

14、整方法： 1.一次張拉到設(shè)計索力 施工過程一次張拉到設(shè)計索力，對于梁段撓度和塔頂水平位移不用索力調(diào)整，任其自由發(fā)展或保持索力為設(shè)計值的條件下通過下一塊件接縫轉(zhuǎn)角進行調(diào)整，直至在跨中合攏時采用施加外力方法強迫合攏。該方法簡單，但對構(gòu)件制作精度要求高。 缺點：一次張拉對已完成梁體標高和索力不予調(diào)整，主梁線形不好，強迫合攏改變了主梁內(nèi)力狀況。 2.多次張拉 在整個施工過程中對拉索進行分期分批張拉，使各施工階段的索力較為合理，竣工后索力基本達到設(shè)計期望值。根據(jù)設(shè)計規(guī)定的張拉值經(jīng)過多次張拉，調(diào)整主梁的軸線位置，使成橋后的線形和內(nèi)力狀態(tài)優(yōu)于一次張拉。 缺點：施工復雜 3.卡爾曼濾波法 類似一次張拉，但各階

15、段索的張拉力不按原來的設(shè)計索力，而是根據(jù)變位的實測值經(jīng)過濾波和反饋控制計算出索力的修正值。 撓度隨機矢量，索力外加控制量，通過選擇索力使主梁達到規(guī)定定值（位置絕對）。 對于索力的控制是在滿足設(shè)計位置的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)內(nèi)能為最小條件為最優(yōu)。 4.以最小二乘法確定索力調(diào)整誤差。 三、斜拉橋施工管理系統(tǒng) 1.建立理想狀態(tài) 斜拉橋為高次超靜定結(jié)構(gòu)，一般指定索力建立其恒載內(nèi)力狀態(tài)，一般采用逆施工步驟的解體分析，得到每一施工階段的初始張拉力。 斜拉橋又是一種柔性結(jié)構(gòu)，其荷載位移關(guān)系是非線性的，引起非線性關(guān)系的主要原因是：索的垂度、梁柱效應、結(jié)構(gòu)受力后產(chǎn)生較大的位移。 2.斜拉橋的管理系統(tǒng) 將“施工測定解析施

16、工”的周期過程聯(lián)結(jié)起來在現(xiàn)場借助計算機強大的計算能力和信息處理能力實現(xiàn)施工控制。 （1）管理系統(tǒng)具有良好的適應性，能正確、迅速測定施工誤差并進行出來；（2）施工管理項目能根據(jù)實際需要自由選擇確定，包括索力、梁塔變位、截面應力、臨時支架反力等；（3）施工過程對索力和軸線有一定的寬容度以適應施工需要；（4）能迅速制定出最佳的索力調(diào)整方案，使索力調(diào)整方便并在施工過程中調(diào)整次數(shù)最少。 四、施工控制管理三個系統(tǒng) 1.解析系統(tǒng) 解析系統(tǒng)包括倒退分析系統(tǒng)、反饋控制程序和向前分析程序。 （1）倒退分析系統(tǒng)：施工各階段的目標值（索力，主塔、梁的形狀）根據(jù)完工時橋梁設(shè)計的理想狀態(tài)，按架設(shè)順序逐步撤去構(gòu)件和荷載，用

17、倒退分析程序計算出來。 倒退分析程序計算出來的目標值是理想值，用于指導施工階段。 （2）反饋控制程序：根據(jù)控制程序現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和誤差信息，進行誤差分析并制定出索力調(diào)整最佳方案，指導現(xiàn)場調(diào)整作業(yè)。 調(diào)整控制程序可采用卡爾曼濾波法、最小二乘法、自適應控制法。 （3）實時向前分析程序：向前分析和倒退分析是按施工正、逆序計算的程序，從理想狀態(tài)進行向前計算與倒退分析計算所得結(jié)果應一致。 實時向前分析的目的：確定出最終計入誤差和調(diào)整后結(jié)構(gòu)的實際目標；根據(jù)當前施工階段向前計算至竣工為止，預告施工過程中可能出現(xiàn)的狀況以及報警是否出現(xiàn)超應力狀態(tài)。 2.計測系統(tǒng) 設(shè)計參數(shù)計測：材料密度、彈性模量、尺寸、施工荷載及狀況。 施工管理目標計測：索力，梁、塔變位，截面應力，臨時支架反力。管理目標的計測可靠性直接關(guān)系到施工控制的成敗。 例如：索力檢測，利用振動頻率計算索力測定后，利用塔頂各拉索水平分力