合肥市繁华大道东延工程南淝河大桥预应力混凝土独塔斜拉桥施工监控计算分析报告.docx
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合肥市繁华大道东延工程南淝河大桥预应力混凝土独塔斜拉桥施工监控计算分析报告
合肥市繁华大道东延工程南淝河大桥（合肥段）
120+160m预应力混凝土独塔斜拉桥
施工监控计算分析报告
合肥市繁华大道南淝河大桥
120+160m预应力混凝土独塔斜拉桥
施工监控分析报告
1工程概况
1.1设计概述
本方案跨径布置为（120+160）m，全长280m，为独塔双索面塔梁墩固结体系斜拉桥。
主梁为预应力混凝土双边箱梁断面，主塔采用船帆式钢-混组合式桥塔，下部采用承台及群桩基础。
通航孔均由主桥160m的主跨跨越，右岸大堤由边跨跨越，全桥满足通航净空要求，同时也满足大堤防洪和防洪通道要求。
主桥桥型布置图及横断面图如下：
图1-1主桥桥型布置图（单位：
cm）
图1-2主桥横断面图（单位：
cm）
主梁采用预应力混凝土双边箱梁，主梁中心处梁高3.5m，主梁顶面设置双向2%的桥面横坡，主梁顶面宽44m，底面宽27m，箱梁顶板厚0.28m，标准段底板厚0.35m，在边跨45.65m配重段内底板加厚为0.5m，斜腹板厚0.3m，直腹板厚0.5m，锚索区边肋厚1.2m。
主梁标准节段长6.0m，标准段内每6.0m设置一道横梁，横梁厚0.30m，横梁采用底部带马蹄型断面；每6.0m设置一道横隔板，横隔板厚0.25m。
主塔中横梁宽6.8m，壁厚0.8m，中心处梁高6m；过渡墩处的端横梁厚2.0m，端横梁均采用矩形断面。
主梁在箱梁内的横梁中均设置人孔，主梁左右边箱设Φ5cm通气孔，位于节段横梁处底板与直腹板相交的角隅。
边跨45.65m范围为压重段。
主梁采用C50混凝土。
主梁纵向钢束由顶板钢束、底板钢束和合拢钢束组成，其中CT1～CT14为施工节段顶板钢束，规格分别为9股、3股钢绞线，CB1～CB7为施工节段底板钢束，规格为16股钢绞线，标准节段钢束采用12m错节段张拉。
BT1～BT4为边跨顶板合拢钢束，规格为25股钢绞线，ZT1～ZT4为中跨顶板合拢钢束，规格为25股钢绞线，B1～B4为边跨底板合拢钢束，规格为21股钢绞线，ZB1～ZB8为中跨底板合拢钢束，规格为21股钢绞线。
箱梁顶板设置横向预应力钢束，规格为3股钢绞线，管道成孔采用扁形金属波纹管。
所有预应力管道在直线段每1米设置一道井字型定位钢筋，曲线段每0.2米设置一道防崩钢筋。
主塔采用船帆型桥塔，分为钢筋混凝土主塔柱和钢副塔柱。
主塔柱采用矩形断面，其中上塔柱采用空心断面，下塔柱为增加防撞能力而采用实心断面。
主塔柱自承台以上为112m，桥面上塔高为91.0m。
从塔底至塔顶，桥塔横向宽度自承台向上14m范围内从6.0渐变为4.0m，自承台上14m至塔顶均为4.0m；主塔纵向宽自承台至塔顶从8.0m渐变为6.0m。
上塔柱空心段横桥向壁厚1.0m，纵桥向1.2m；，横向桥塔壁厚由1.5m渐变至1.0m；顺桥向自承台顶20.5m~42.5m范围内，桥塔壁厚由2.817m渐变至1.2m。
主塔设置一道横梁，横梁采用箱形截面，中心梁高6.0m。
塔柱、横梁侧壁每4m设置通风孔，横梁底部及塔柱空心段底部设置泄水孔，通风孔和泄水孔采用Φ160×6mmPVC管材制成。
桥塔与桥面的相邻处、横梁隔板均设置人孔，塔腔内设置爬梯。
主塔柱竖向主筋采用Φ32mm的Ⅲ级钢筋，为防止索塔表面出现收缩及温度裂缝，在塔柱内、外侧及横梁外侧的混凝土保护层中，贴近最外层钢筋放置一层直径6mm、网格间距为10×10cm的带肋钢筋焊网。
副塔柱为钢混混合塔柱，副塔柱顶端及下塔柱与主塔柱相连的部分采用钢筋混凝土结构，中间圆弧型塔柱及副塔横梁采用Q345D钢材。
副塔柱采用矩形截面，横桥向宽2.0m，顺桥向宽4.0m。
钢副塔柱中心线圆弧半径为382.52m。
下副塔柱采用普通钢筋混凝土结构，顺桥向宽4.0m，横桥向宽度由2.0m渐变至6.68m，壁厚均为0.8m。
斜拉索在塔上的锚固方案，采用钢锚梁方案。
为了克服斜拉索的不平衡水平分力在塔柱横截面框架内产生的拉力及弯矩，在锚固区四周塔壁内均布置环形预应力钢筋。
钢锚梁采用表面涂装进行防腐，钢锚梁与混凝土接触面不进行涂装，但在运输及存放过程中需采取措施防止该处钢板表面及剪力钉锈蚀。
斜拉索采用双索面扇形布置，拉索在梁上标准间距为6.0m，边跨压重段索距3.4m；塔上标准间距为2.2m，斜拉索采用标准强度1860MPa高强低松弛镀锌钢绞线。
斜拉索单侧24对，全桥共48对。
拉索型号为6-73、61、55、43等四种，拉索设置减震装置。
斜拉索采用多层防腐系统，包括镀锌、涂油、PE护套和高密度聚乙烯外护套管，为消除风雨震动效应，外护套管表面设置双螺旋线。
2工程技术要点
2.1主桥箱梁施工要点
（1）在索塔横梁上组拼托架，浇筑0＃块件，然后采用挂篮对称悬浇主梁标准节段块件，施工顺序为移动挂篮、扎钢筋浇块件、张拉主梁纵向和横向预应力束、张拉斜拉索，如此反复进行，完成对称悬浇后，托架浇筑边跨现浇段，合拢边跨，再合拢中跨，安装减振装置（阻尼器），安装支座、铺设二期恒载，全桥索力调整。
（2）由于主梁节段重量较大，建议采用牵引式挂蓝。
主梁标准节段悬浇工序如下：
移动挂篮，挂篮精确定位，将当前斜拉索安装于主塔与挂篮上→第一次张拉斜拉索→浇筑节段混凝土→施工完成后将斜拉索由挂篮转换至主梁上→第二次张拉斜拉索到初始张拉力。
一个节段内斜拉索张拉次数也可根据施工实际情况决定。
（3）主梁混凝土在施工前必须进行混凝土配合比试验。
混凝土浇筑后必须震捣密实，尤其要注意边角部位、钢筋密集及预埋件周围等应力集中位置，各施工缝包括封锚处应认真凿毛、整修、清洗，加强养护、控制拆模时间，混凝土必须达到90%设计强度后才能施加预应力。
主梁外观要平整光洁，严格避免蜂窝、麻面现象。
（4）主梁纵向及横向预应力钢束，必须按设计图纸位置准确定位，如预应力管道与普通钢筋干扰时，应适当扳移普通钢筋，确保预应力管道位置准确。
管道定位钢筋和防崩钢筋应严格按图纸设计布置，不得随意减少或取消。
主梁标准节段的预应力钢束采用错节段张拉，施工中要特别注意对未张拉预应力钢束的保护。
节段预应力钢束除0号块外采用单端张拉，合拢钢束采用两端张拉，横向预应力钢束采用两端张拉，并滞后一个节段张拉。
预应力管道应无破损，管道接口处及与喇叭管连接处应用胶带或冷缩塑料管密封，以防漏浆，施工时应特别注意管道成孔质量。
（5）在主梁双悬臂浇筑施工中，梁段混凝土的浇筑、钢束的张拉、挂篮和机具的移动等，均应严格遵循对称、均衡、同步的原则进行，每个梁段各个工序应有监控、监测，确保施工质量和安全。
梁面上堆放材料和施工机具注意两端对称堆放,但应尽量减少堆放材料。
在特殊情况下两侧不平衡重允许偏差不超过5t。
（6）为确保在正常运营荷载下，过渡墩不出现上拔力，在边跨附近边箱梁内施加压重，压重采用铁砂，以减少压重高度，箱内进行压重时注意不能阻挡横梁人孔位置。
（7）主梁施工时，梁段内横梁、预应力钢束锚固齿板、斜拉索锚固齿块均与主梁同时浇筑，并严格控制断面、倒角等尺寸，斜拉索锚固块面与拉索中心线垂直。
注意根据相关图纸预埋伸缩缝、支座、护栏、检修道栏杆、泄水管、交通工程等有关预埋件。
（8）设计合拢温度为15～20℃，为尽量减少温度的影响，要求焊接合拢段刚性连接、解除临时固结锚固钢筋、浇筑合拢段混凝土时，应尽量在当天低温时进行、升温时终凝，确保混凝土不受温差开裂，合拢施工应增派人员以保证快速合拢。
由于在混凝土浇筑及养护过程中，合拢段刚性连接为承力构件，因此必须确保其稳定可靠及其与主梁两端预埋件的焊接质量。
2.2主塔施工
（1）本桥主塔造型独特，曲线的钢幅塔柱较直线型塔柱施工难度增大，施工单位应予以足够重视。
（2）严格控制塔柱的倾斜度偏差不大于1/3000，塔柱断面尺寸偏差不大于1.0cm，斜拉索锚固点高程偏差不大于1.0cm，斜拉索锚具轴线偏差不大于0.5cm。
塔柱施工时应随时观测塔柱变形，并进行相应调整，以保证塔柱几何形状符合设计要求。
（3）塔柱、横梁混凝土在施工前必须进行混凝土配合比试验。
下塔柱实心段为大体积混凝土，应采取有效的措施防止温度应力、混凝土收缩等引起的裂缝。
每段混凝土塔柱浇筑高度控制在4～6m，新老混凝土接触面应认真凿毛、清洗，以保证接缝质量，接缝处加密钢筋网，实体段与塔柱壁变化连接处应一次浇筑完成。
混凝土浇筑后必须震捣密实，尤其要注意边角部位、钢筋密集及预埋件周围等应力集中位置，加强养护、控制拆模时间，尽量减少混凝土收缩的发生。
（4）建议合理进行施工组织，桥塔的两塔肢可采取错2～3个节段浇筑施工，以减少模板用量。
塔柱模板采用工厂制作加工，考虑模板的重复利用，模板转换时要对模板进行检查矫正并消除弹性变形。
（5）塔柱节段施工中，应逐段对节段标高和断面位置坐标进行绝对放样，不可采用相对位置确定，以避免累积误差。
为确保塔柱截面尺寸和斜拉索管道定位正确，可采用劲性骨架等措施确保施工精度。
在混凝土浇筑过程中应当控制塔柱变形，在塔柱布设的横撑数量及顶推力应综合考虑施工荷载经计算确定，以保证塔柱线型正确。
（6）塔柱受力主筋的接长应采用可靠的机械连接方式，接头位置要满足规范要求，钢筋接长时要采取有效定位措施以便准确就位。
塔柱主筋为曲线形式，建议工厂加工制作，以使主筋受力前处在无弹性变形状态，不得采用现场弯曲制作的主筋。
主塔锚固区应采取可靠措施保证预应力的张拉、锚固的有效性，在第一次张拉后约15天再进行二次复拉。
（7）截面闭合箍筋长度较大时可以截断放样，安装后应采用焊接方式使其闭合，不得任意切断箍筋。
主筋表面的带肋钢筋网片建议工厂加工制作，以符合桥塔外形，防止因存在弹性变形而导致混凝土保护层的破坏。
横梁预应力钢束的张拉需在混凝土强度达到设计强度的95%以上时进行，预应力张拉的顺序为从顶、底板中部向左右对称张拉。
（8）注意预埋件的埋设，即：
爬梯、检修平台、电缆、照明设施、阻尼器预埋件、避雷设施、排水设施、栏杆、施工用升降机支架、交通工程、桥梁健康检测系统、景观工程等。
2.3斜拉索施工
（1）主塔、主梁施工时，确保斜拉索预留孔道锚固点、出口点定位准确，管道中心线与斜拉索出口中心线相吻合，锚固面与斜拉索中心线垂直。
锚垫板和预埋管要精确定位，孔中心坐标偏差<5mm，角度偏差<5"，钢管外径偏差<±1.5mm，壁厚偏差<±0.5mm，钢管与锚垫板垂直度的偏差<5"。
严格控制预埋管出口点伸出塔外和高出桥面的位置与长度，以保证外观线型。
锚具组装件的安装，锚具组装件是由供货厂商先在工厂组装，运到工地由工厂专业技术人员现场安装。
（2）斜拉索锚具应符合GB/T14370-2007的有关规定，锚具应具有可靠的锚固、疲劳性能，尤其是低应力锚固性能。
锚具中心线与垫板的中心线力求一致，上、下锚孔必须相互对齐。
在施工和运营期间不得在锚具内灌注粘结物质，保证对钢绞线能实现单根换索及检测。
锚具组装后锚头内部各钢绞线需独立密封，其密封性能在温度变化范围为40℃、20%～45%fpk的张拉负荷及拉索偏角为±1.4o的情况下，其密封装置可以经受3m高的水压。
定位器中橡胶硬度要符合GB/T6031的相关规定，拉伸强度和延伸率要符合GB/T528的相关规定，其中减震橡胶内圈硬度为shoreA45±5，外圈及其它减震橡胶硬度为shoreA65±5。
（3）设计图纸中所示斜拉索长度是基于理论设计线形的尺寸，在主梁、斜拉索安装阶段开始前，施工控制组要根据实际的安装荷载进行安装分析，计算每一根斜拉索在相应安装阶段预计的长度和索力，斜拉索的最终长度将根据施工期间测得的其在桥塔的实际锚固位置以及组拼期间测得的梁上锚固位置来确定。
斜拉索张拉至要求的索力及相应应力状态后，应对局部桥面线形、索塔倾斜度、索力、轴线和温度进行测量，所测得的斜拉索索力误差应在计算数值的5%范围内，终索力误差控制在2%以内。
（4）斜拉索采用单根钢绞线安装、单根张拉、单根或整体调索以及单根换索、整根退索的施工方案，并配套数控智能张拉设备以保证索力的准确。
钢绞线拉索的安装过程是：
镀锌钢绞线从卷盘中抽出，用牵引设备拖至桥塔上，按施工要求长度切割钢绞线，在外套管内安装第一根钢绞线并提升HDPE外套管，然后张拉第一根钢绞线，其余钢绞线逐根穿索并张拉，张拉中随时对索力进行检测，按照索力要求可以采用单根或整体的方法调索。
要严格控制单根钢绞线张拉时索力的均匀性，在同一索的所有钢绞线安装完毕并进行体系转换后，即对锚固端每根钢绞线的夹片进行顶压处理，全桥后期调索完成后再对张拉端的每根钢绞线的夹片进行顶压处理。
3结构计算分析
3.1施工计算方法
斜拉桥的最终形成需要经历一个复杂施工过程及结构体系转换过程，对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本的内容。
采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的结构行为。
针对该桥的实际情况，采用正装分析法进行施工控制结构分析。
计算方法：
有限单元法
计算软件：
桥梁博士
模型划分：
计算模型将全桥划分为237个单元，其中主梁为1-135单元，桥塔为136-189单元，拉索为190-237单元。
计算荷载：
依据设计给定的荷载。
图3.1桥梁博士有限元计算模型
3.2施工阶段划分
按本桥的设计施工流程，监控计算将全桥施工过程细分为62个施工阶段。
表4-1施工阶段划分表
施工阶段
工程描述
施工阶段
工程描述
1
浇筑主塔
32
主跨现浇段
2
浇筑0号块
33
主跨合拢
3
安装0号挂篮
34
张拉主跨预应力
4
1#块浇筑
35
拆除支架
5
拆0号块支架
36
二期铺装
6
2#块浇筑
37
二次调索1
7
3#块浇筑
38
二次调索2
8
4#块浇筑
39
二次调索3
9
5#块浇筑
40
二次调索4
10
6#块浇筑
41
二次调索5
11
7#块浇筑
42
二次调索6
12
8#块浇筑
43
二次调索7
13
9#块浇筑
44
二次调索8
14
10#块浇筑
45
二次调索9
15
11#块浇筑
46
二次调索10
16
边跨现浇
47
二次调索11
17
边跨合拢
48
二次调索12
18
张拉边跨钢束
49
二次调索13
19
12#块浇筑
50
二次调索14
20
13#块浇筑
51
二次调索15
21
14#块浇筑
52
二次调索16
22
15#块浇筑
53
二次调索17
23
16#块浇筑
54
二次调索18
24
17#块浇筑
55
二次调索19
25
18#块浇筑
56
二次调索20
26
19#块浇筑
57
二次调索21
27
20#块浇筑
58
二次调索22
28
21#块浇筑
59
二次调索23
29
22#块浇筑
60
二次调索24
30
23#块浇筑
61
成桥
31
24#块浇筑
62
十年收缩徐变
4施工阶段变形计算结果
依据结构正装分析法的计算分析结果，各施工阶段的截面位移如下面表格所示，表中的计算阶段对应于表3-1中的阶段。
以下位移值考虑各种因素对结果产生的影响，这些因素包括结果自重、预应力钢束、斜拉索、移动挂篮、混凝土收缩徐变、施工临时荷载。
下面表4-1至4-3给出的是3个特殊施工阶段主梁的累积位移。
表4-1第36施工阶段各点累积竖向变形（单位：
cm）
节点
竖向位移
节点
竖向位移
节点
竖向位移
节点
竖向位移
1
0.29
35
-3.72
69
-0.22
103
-23.98
2
0.00
36
-3.10
70
-0.25
104
-24.64
3
-0.42
37
-2.93
71
-0.26
105
-23.19
4
-1.20
38
-2.46
72
-0.89
106
-25.02
5
-2.29
39
-1.93
73
-1.08
107
-25.65
6
-3.33
40
-1.81
74
-1.15
108
-23.83
7
-4.30
41
-1.47
75
-2.06
109
-25.56
8
-5.18
42
-1.14
76
-2.44
110
-26.16
9
-5.96
43
-1.06
77
-2.57
111
-24.08
10
-6.64
44
-0.85
78
-3.67
112
-25.72
11
-7.20
45
-0.70
79
-4.27
113
-26.28
12
-7.64
46
-0.66
80
-4.50
114
-23.98
13
-7.95
47
-0.55
81
-5.85
115
-25.49
14
-8.13
48
-0.66
82
-6.73
116
-26.01
15
-8.20
49
-0.63
83
-7.05
117
-23.23
16
-8.15
50
-0.57
84
-8.40
118
-24.58
17
-8.11
51
-0.55
85
-9.55
119
-25.04
18
-9.53
52
-0.54
86
-9.97
120
-21.96
19
-9.42
53
-0.53
87
-11.26
121
-23.11
20
-9.06
54
-0.53
88
-12.69
122
-23.50
21
-9.20
55
-0.53
89
-13.19
123
-19.89
22
-9.03
56
-0.53
90
-14.61
124
-20.82
23
-8.52
57
-0.53
91
-16.30
125
-21.15
24
-8.47
58
-0.52
92
-16.90
126
-17.18
25
-8.27
59
-0.52
93
-18.13
127
-17.89
26
-7.65
60
-0.49
94
-20.05
128
-18.14
27
-7.42
61
-0.43
95
-20.72
129
-13.41
28
-7.19
62
-0.41
96
-19.08
130
-13.86
29
-6.52
63
-0.18
97
-20.97
131
-14.03
30
-5.97
64
-0.06
98
-21.62
132
-0.53
31
-5.74
65
-0.02
99
-20.83
133
-0.25
32
-5.09
66
-0.04
100
-22.74
134
0.15
33
-4.51
67
0.04
101
-23.41
135
0.26
34
-4.30
68
0.06
102
-22.10
136
0.33
表4-2第60施工阶段各点累积竖向变形（单位：
cm）
节点
竖向位移
节点
竖向位移
节点
竖向位移
节点
竖向位移
1
0.01
35
-0.01
69
0.29
103
-16.92
2
0.00
36
0.26
70
0.40
104
-17.48
3
-0.01
37
0.26
71
0.43
105
-15.87
4
-0.03
38
0.24
72
-0.10
106
-17.48
5
-0.06
39
0.45
73
-0.12
107
-18.04
6
-0.10
40
0.41
74
-0.14
108
-16.12
7
-0.13
41
0.30
75
-0.93
109
-17.74
8
-0.16
42
0.35
76
-1.12
110
-18.31
9
-0.18
43
0.30
77
-1.19
111
-16.19
10
-0.19
44
0.14
78
-2.15
112
-17.84
11
-0.20
45
0.07
79
-2.53
113
-18.42
12
-0.20
46
0.01
80
-2.67
114
-16.17
13
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