钢箱梁斜拉桥施工控制要点分析.docx
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钢箱梁斜拉桥施工控制要点分析
钢箱梁斜拉桥施工控制要点分析
摘要：
以永川长江大桥施工监控为实例，分析介绍钢箱梁斜拉桥施工控制要点。
关键词：
斜拉桥钢箱梁施工控制
1.前言
斜拉桥以其简洁优美的外形及良好的跨越能力被广泛
地采用。
近些年来，随着交通量的剧增，桥面宽度及跨径均呈上升趋势，传统的混凝土斜拉桥已难以满足实用要求，
大跨钢箱梁斜拉桥也因此应运而生了。
但该类桥的施工控制与以往的混凝土斜拉桥的施工控制存在着较大差异，故而
施工控制必须因桥而异，采取有针对性的措施。
本文结合永川长江大桥施工控制实践，通过分析大跨钢箱梁斜拉桥结构本身的固有特点，介绍了在此类桥的施工控制过程中应注意的几个问题。
2.工程概况
永川长江大桥主桥全长1008m，起止桩号分别为K40+663.650〜K41+678.800，为64+2X68+608+2X68+64m的7跨连续半漂浮体系的双塔混合梁斜拉桥，边跨设置2个辅
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助墩和1个过渡墩（台），桥梁荷载等级为公路I级，中跨
为钢箱梁，边跨为预应力混凝土梁，两种梁顶板宽都为35.5m。
主桥桥型布置见图1-1全桥桥型布置示意图索塔：
索塔基础采用24根直径2.5m的钻孔灌注桩；索塔承台为八边形，平面最大尺寸为42X23.25m、厚6.0m的整体
式实体混凝土结构。
索塔为花瓶形，索塔高196.7m（32号）
/206.4m（33号），索塔共设计上、中、下三道横梁。
主梁：
主梁采用混合梁，边跨为混凝土梁，采用PK断面，
整幅箱梁由两个倒梯形的边箱及连接两个边箱的横隔板构成，材料为C55混凝土。
箱梁总宽37.6m（含风嘴装饰板），中心梁高3.501m，标准断面顶、底板厚35cm,腹板厚50cm；中跨为钢箱梁，采用与混凝土断面相适应的边箱封闭式流线
型扁平钢箱梁，材料为Q345-D。
宽37.6m（含风嘴）,高3.5m,标准节段长15.5m。
每隔3.1m设一道横隔板。
中跨主梁采用等高度的封闭式流线型扁平钢箱梁，桥面设置双向2%的横
坡，采用正交异性钢桥面板。
斜拉索：
斜拉索采用平行钢丝斜拉索，双索面扇形布置，每
一扇面由19对斜拉索组成，全桥共设76对斜拉索，最大索长332.086m，最大索重24.2t，张拉最大索力约4400kN。
斜拉索锚固于上塔柱内，1号斜拉索锚固于锚块上，其余均采用钢锚梁形式锚固。
技术标准：
⑴公路等级：
双向六车道高速公路+两侧人行道；
⑵设计车速：
80公里/小时；
⑶荷载等级：
公路一I级，人群荷载2.5kN/m2;
⑷主桥桥面宽度37.6m；
⑸桥面纵坡：
采用不对称纵坡，永川侧为1.7%，江津侧
0.833%;
⑹桥面横坡：
双向2%
⑺地震动峰值加速度：
0.05g；
⑻设计洪水频率：
1/300;
⑼航道标准：
内河航道为1（3）级，最高通航水位为
215.170m，通航净空高度为18.00m,通航净宽242.75m；
（10）基准风速：
V=27m/s（重现期100年）。
3.钢箱梁斜拉桥的结构特点
钢箱梁斜拉桥秉承了斜拉桥家族固有的品质一一外形
美观、梁矮而跨越能力大、良好的动力特性等，此外，它亦
具有如下的特点：
（1）纵横向跨越能力大。
大跨钢箱梁斜拉桥较混凝土斜拉桥而言，同等截面积的索便能跨越更大的跨度及更宽的桥面。
另外，较轻的主梁自重，使得主梁的线形更易调整。
（2）建设周期短。
钢箱梁因为采用工厂化生产，其制作精
度高，与设计偏差较小，且可与下部结构及主塔平行作业，节省了工期。
加之现均采取栓接或焊接连接方式，架梁周期
也大为缩短，进而也节省了成本，社会经济效益显著。
（3）主梁无徐变。
采用的钢箱主梁不存在徐变效应，进而
也不会产生因徐变而引起的结构内力的二次重分布，分析
中也省去了计算主梁徐变这一块。
（4）对温度变化敏感。
因钢材的容热性差，故钢箱梁对温度变化异常敏感，实桥架设过程中，可明显地看到主梁悬臂端随温度的升降有规律地变化。
故在架梁过程中，应对观测及架梁时机有机地进行选择；且在设计及控制计算时，
对有温度荷载参与的各种荷载组合进行详细地分析计算。
（5）动力性能好。
钢箱梁斜拉桥比之混凝土斜拉桥，其刚度相对要小，故动力性能更佳，更适宜于在震区修建。
（6）防腐性差。
因大跨斜拉桥多用于跨越大江大河，其外界环境因风霜雨雪、盐碱湿气等而显恶劣。
加之钢材若直接暴露在空气中，其防腐蚀能力是极差的。
故，比之混凝土斜拉桥，必须加强防腐工作。
该桥采用了在梁体内外表面电弧喷铝、风嘴内表面涂水溶性无机富锌
漆的方法来防腐，其设计防腐使用年限为30年。
4.施工控制
该型桥在施工过程中，会由于设计、计算参数等与实际工程中所表现出来的对应参数不完全一致而产生偏差。
在运营过程中，也会由于斜拉索的应力松弛、混凝土的收缩、徐变、日照温差、风雪荷载及基础沉降等因素的影响，结构的
线形与内力都会发生变化。
故为确保该型桥的施工及运营安
全，必须进行施工控制。
斜拉桥的施工控制通常采用“双控”――标高控制与内力控制。
其具体内容包括两方面：
数据的
采集与数据的分析。
4.1数据采集
4.1.1温度对钢箱梁的影响
因钢材容热性差，其对温度变化十分敏感，而钢箱梁施工中塔、梁位移及应力受温度变化的响应也非常敏感，因为在永川长江大桥的施工控制中，首先控制关键施工工序及施工测量数据采集的时间，来减少温度变化对施工控制精度的影响。
选择季节代表性天气状况对主梁温度场及温度变化进行24h连续观测，根据温度变化趋势确定在主梁梁段匹配工序和斜拉索二次张拉工序以及中跨合拢工序的时间段，并在日出前完成工序施工及施工数据的测量。
施工工序中控制阶段的实际时间根据当日的温度状况作出具体调整。
温度测量结合应变测量进行。
主梁、索塔、拉索等构件温度场的测量采用模拟/数字混合式测温传感器进行测试。
采用仪器为：
型号JDZX-3振弦读数仪，如下图1-2所示。
温度传感器系统采用模拟/数字混合式半导体温度传感器系统，温度传感器外形为①5X20mm其主要性能指标如下表1-3所示。
测量
范围
测量精度
工作电压
工作电流
接口
-50
150
士0.05
924V
18mA
RS48-5
表1-2温度传感器表示性能指标
安装时，用粘接方式，将传感器直接固定在预定的安装位置，并通过电缆连接到现场中心。
图1-3JDZX-3振弦读数仪
4.1.2索力的测试
本桥因采用频率法对拉索索力进行测量，仪器如图
1-4JMM-268动测仪
所以索力计算时需要通过有效弹性模量来考虑拉索的非线
性因素对索力的影响。
这种方法是利用索力与索的振动频率
之间存在对应关系的特点。
在己知索的长度、两端约束情况、
分布质量等参数时通过测量索的振动频率，进而计算出索的拉力。
根据张紧弦振动理论，当张紧索抗弯刚度可忽略时（即柔性索），其动力平衡方程为：
—h/r上
mcvy-
gdrdx2
式中：
y——横向坐标（垂直于索的长度方向）；x――纵向坐标（沿索的长度方向）；m单位索长的质量；
g——重力加速度；
T――索的张力；t――时间。
若索的两端为铰结时，可得
式中：
nf――索的第n阶自振频率；
L――索的计算长度；
n振动阶数。
当索的抗弯刚度不能忽略（即刚性索），且索的两端为铰结
时，同样可根据其
动力平衡条件得到：
式中：
Eil――索的抗弯刚度。
斜拉索由于其自重垂度的影响，索力与索的拉伸量呈非线性关系，且随索力减小而愈加明显。
斜拉索的这种性质，也使与之组合的结构反映出不可忽视的非线性问题。
为了计入斜拉索的这种特性，同时也便于结构分析，通常采用斜拉索的表观弹性模量来描述其弹性性能，这种弹性模量也就被人们所称的“有效弹性模量”或“修正弹性模量”。
4.1.3应变的监测
主梁测点位置为主梁各控制截面，通过计算确定，预定为在主梁靠近主塔的根部、中跨的合龙段处、中跨合龙段与主塔L/2附近，边跨的辅助墩位置附近以及永川侧的边跨的跨中位置附近和永川侧钢混结合段左右两边和钢混结合段
处（共计3个断面，如图1-5中的椭圆中所示断面），共计
14个截面，布置应变测点，其具体位置如图1-6所示。
每
个截面布置9个测点，边箱顶底板各布置4个，中间顶板布置1个，全桥共设126个测点，其中，边跨混凝土箱梁采用埋入式钢弦应变传感器（JMZX-215T），共81个，中跨钢箱梁采用表贴式钢弦应变传感器（JMZX-206），共45个，其具体位置如图1-7所示。
20叫5200X3
2加5200X4
■-P.4-J-I.i.
了-jl.』
图1-5主梁主要控制截面应力测点断面位置
索塔应力测点布置根据模型计算结果布置在受力最不利截
面。
观测断面竖向布置在上塔柱、中塔柱、下塔柱和塔柱根部截面变化处，横向布置在中、下横梁跨中处。
每个截面布
设4个应变测点，全桥共设置80个测点，采用埋入式钢弦应变传感器（JMZX-215T），测点布置位置如图1-7所示
F—F
图5-7索塔控制截面应力测点布置示意图
4.1.4支座反力的监测
应对支座反力进行监测，这是由斜拉桥本身的结构特
点决定的。
对于双悬臂状态“伞”状结构而言，其为外部静
定、内部超静定结构，故只需求得支座处反力，即可知主梁任一截面的内力。
4.1.5测量时机的选择
（1）尽量选择无风或微风的天气，以排除风荷载的影响
（2）
经过夜间的热
在清晨进行测量。
多座实桥检测证明
传导，梁、塔、索等构件内温度梯度相对较小，温度也较均匀。
（3）测量时的气温应尽可能与桥位处年平均气温相近。
（4）测量应在短时间内完成，以免测试条件的变化太大。
（5）测量时应将桥面吊机等施工机械停下来，以排除制动力的影响。
4.2数据采集与参数识别
大跨钢箱梁斜拉桥施工控制的重要一环即是对采集到的数据进行分析。
设计阶段进行结构计算时的各参数与实测得到的对应参数会不一致，因此，必须对参数进行识别与正。
此外，通过对采集到的数据进行细致深入地分析，可对
大跨钢箱梁斜拉桥的后续施工提供指导，并能预报结构下一阶段的行为。
设计参数的识别与修正即是根据施工中结构的实测值对主要设计参数进行估计，然后将被修正过的设
计参数反馈到控制中去，重新给出施工中索力和挠度的理论期望值，以消除理论值与实测值一致中的主要部分。
参数识别是进行斜拉桥施工控制分析的有效途径。
对大跨钢箱梁斜拉桥而言，因钢箱梁是工厂化生产的，其制作精度高，实际参数与设计参数相距颇小；而混凝土主塔，由于混凝土的收缩徐变系数、几何尺寸及自重等与设计不符，影响较
大，故该桥在施工控制过程中，注意了对这些参数的采集、识别与修正。
421稳定问题
大跨钢箱梁斜拉桥因跨度大，其施工中几个主要状态
和稳定问题不可小视。
该型桥的稳定问题包含两个方面：
一
为结构自稳（静力稳定）；二为动力稳定（风及地震）。
对于结构静力稳定问题，主要应考虑最大双悬臂、最大单悬臂等状态下，因结构的不对称性及施工荷载的随机性而可能导致的结构失稳（或失效）。
应该说，通过对应力应变测点加强监测，另外在结构分析计算过程中仔细考虑各种可能的荷载组合,是可以防患于未然的。
而对于动力稳定问题（主要指风稳），必须注意对施工阶段结构的抗风稳定性进行有限元分析及风洞试验。
该大桥在基础施工阶段即已完成了主梁节段、主塔及全桥模型试验，并用两套有限元程序对
其动力稳定进行了校核计算。
5.总结
大跨钢箱梁斜拉桥的施工控制，应结合其固有的结构
特点，采取针对性的措施来进行。
永川长江大桥的施工控制实践证明：
紧扣重点，抓住难点，是能保证设计意图的真正实的。
参考文献
[1]林元培.斜拉桥[M].北京:
人民交通出版社.
[2]周念先.预应力混凝土斜张桥[M].北京:
人民交通出版
社,1989.
[3]王应良.流线形扁平钢箱梁横隔板的应力分析和设计
[J].公路,1999,
（2）:
13〜16.
[4]《公路斜拉桥设计细则》（JTJ/TD65-01-2007）
[5]《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）;
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