基于巢湖大桥钢板组合梁斜拉桥施工控制影响性分析
摘要：大跨径钢-混组合梁斜拉桥近年因其独特的施工工艺和经济效益，推广较为迅速。施工全过程中为保证线形和内力成桥后符合设计及规范要求，施工过程中施工监控的重要性将尤为突出。在施工过程中，施工监控通过合理和科学的控制手段、优化施工方案、精细化的监测、提前进行预警和预判，控制桥梁的整体线形和内力走向，最终达到最终的成桥目标。本文以巢湖大桥为例，探讨大跨径钢板组合梁施工监控过程中关键节点的计算分析，可为类似桥梁的施工提供相关参考。
关键词：组合钢板梁；施工监控；控制方法、钢-混组合梁斜拉桥、斜拉桥
1引言
斜拉桥是我国公路桥梁中一种常见的桥梁结构形式。双塔双索面钢板组合梁斜拉桥，这种结构造型比较为新颖。施工监控是大型桥梁建造过程中的重要技术环节，通过系统的仿真分析结合现场的实施监测，及时了解结构的实际状态，并通过一定的干预使其向着设计想要的理想状态逼近。通过全过程的控制使得结构始终处于可控状态。
2依托工程概况
巢湖大桥主线道路及地面辅道设计范围北起K2+550，南至K4+095.536，总长1545.536m，桥梁长度1122m，大桥横向共与4条道路交叉，其中滨湖大道、滨湖南路采用主线上跨型式，纬七路、临湖路采取接入辅道方式。
2.1 桥梁结构特点
巢湖大桥主桥为双塔空间索面组合梁斜拉桥，全桥跨径布置为：54m+216.5m +460m+216.5m+65m+55m+55m双塔组合梁斜拉桥，桥梁全长1122m。主桥桥面宽度34.5m。主塔采用“人”字形桥塔。组合梁水中部分安装方法采用悬臂拼装法，岸上部分采用支架施工。
图1巢湖大桥总体布置图
图2有索区典型横断面布置图
图3无索区典型横断面布置图
2.2 施工特点
巢湖大桥边跨采用支架施工，北岸和南岸分别通过用汽车吊和龙门吊对边跨主梁、横梁、小纵梁、挑梁和边纵梁进行吊装，吊装完成后浇筑S1、N1墩顶附近双结合及压重混凝土，S2~S3顶附近双结合混凝土。
南北岸分别用80T龙门吊安装桥面吊机，通过运梁车运送至跨中位置进行组拼，桥面吊机约150T，组拼完成后进行桥面吊机试吊装。N号节段主梁在桥面吊机工作平台进行组拼并完成定位焊接，进行N号节段斜拉索一张，安装N号节段桥面板，进行N号节段斜拉索二张，桥面吊机前移，N+1号节段主梁组拼焊接，进行N+1号节段斜拉索一张，安装N+1号节段桥面板，完成2节段湿接缝浇筑，进行N号节段斜拉索三张，N+1号节段斜拉索二张，后续悬臂节段循环施工至合龙段，通过斜拉索和配重调整悬臂标高，进行合龙观测完成切配，吊装合龙段，完成剩余拉索施工后浇筑合龙段湿接缝，完成桥面系施工。
3施工控制计算分析
3.1有限元模型
本斜拉桥采用桥梁博士进行控制计算。主梁采用组合截面单元，主截面为钢主梁，附加截面为混凝土桥面板，附加截面计自重和参与组合截面受力按两个施工阶段计算；主塔采用钢筋混凝土梁单元模拟，按设计图纸施工工序模拟。
图4全桥计算模型示意图
4支架失效状态下继续施工对结构线形影响量的验算
巢湖大桥南岸边跨LB14’、LB15’梁段支架失效，导致主梁线形变化异常的问题，对当前状态下，南岸主梁继续施工至LB12节段对结构线形的影响量进行验算，以验证该方案的可行性。
（1）对主梁线形的影响
当前状态下，南岸主梁继续施工至LB12节段对主梁施工阶段累计竖向位移影响量的验算结果如图5所示：
（a）正常施工状态
（b）LB14’、LB15’梁段支架失效状态
图5LSZ12、LSB12斜拉索二张后南岸主梁竖向累计位移（单位：m）
由图5可知，支架失效状态下南岸主梁中跨悬臂端在LSZ12、LSB12斜拉索二张后的累计竖向位移较正常施工状态下偏差为+4.1cm，且随施工进度的推进，累计位移的偏差有逐渐增大的趋势。
（2）对主塔线形的影响
当前状态下，南岸主梁继续施工至LB12节段对S0主塔施工阶段纵桥向水平位移影响量的验算结果如图6~图8所示：
（a）正常施工状态
（b）LB14’、LB15’梁段支架失效状态
图6LSZ10、LSB10斜拉索二张后南岸主梁竖向累计位移（单位：m）
（a）正常施工状态
（b）LB14’、LB15’梁段支架失效状态
图7LSZ11、LSB11斜拉索二张后南岸主梁竖向累计位移（单位：m）
（a）正常施工状态
（b）LB14’、LB15’梁段支架失效状态
图8LSZ12、LSB12斜拉索二张后南岸主梁竖向累计位移（单位：m）
由图6~图8可知，支架失效状态下S0主塔塔顶在10#~12#斜拉索二张后的累计水平偏位较正常施工状态下偏差为+0.9~+4.1cm，且随施工进度的推进，水平偏位的偏差有逐渐增大的趋势。
综上，如在南岸边跨LB14’、LB15’梁段支架失效的状态下继续施工，主梁、主塔施工阶段的线形变化较大，从而给施工控制造成困难，并导致本桥成桥阶段的结构状态与设计值产生偏离，因此在南岸边跨主梁顶升至支架失效前的状态之前，应停止南岸侧中跨主梁的悬臂施工。
5桥面板及湿接缝影响性分析
5.1桥面板、湿接缝荷载集度核对
（1）以LZ12节段桥面板为例
桥面板组成：2×A2、2×A2’、2×B2a、2×B2a’、2×C4。
计算模型的桥面板荷载集度（半桥）：105kN/m;
1）实际称重结果：
A2、A2’重量：16420*9.8=160.96kN；
B2a、B2a’重量：18600*9.8=182.28kN
C4重量（暂缺，容重按照27kN/m³计算）：（8.5*3.35*0.26）*27=199.89 kN
荷载集度（半桥）：0.5*(4*160.96+4*182.28+2*199.89)/9=98.49kN/m。
现场反馈实际称重结果与计算模型偏差：(98.49-105)/105=-6.2%。
（2）湿接缝
以LZ11、LZ12节段为例：
计算模型的湿接缝荷载集度（半桥）：22.6kN/m；
现场反馈的湿接缝方量：27.5m³；
现场反馈的湿接缝容重：24kN/m³；
荷载集度（半桥）：0.5*（27.5*24）/18=18.33 kN/m。
现场反馈数值与计算模型偏差：(18.3-22.6)/22.6=-19.0%。
5.2桥面板、湿接缝单项荷载对主梁挠度的影响
原计算模型与现场反馈的荷载下，桥面板、湿接缝单项荷载对12#节段悬臂端的挠度影响量如下表所示：
荷载类型
实测挠度
理论挠度
比例
桥面板
计算模型
-0.182
-0.226
80.5%
现场反馈
-0.211
86.3%
湿接缝
计算模型
-0.038
-0.074
51.4%
现场反馈
-0.060
63.3%
由以上计算结果可知，桥面板实际挠度与理论挠度比较实际效应达到约83%，湿接缝实际挠度与理论挠度比较实际效应达到约57%，结合5.1桥面板和湿接缝实际荷载和理论荷载比较的偏差，其中湿接缝影响较大。
5.3桥面板钢筋连接状态对截面刚度及挠度的影响
通过在桥面板荷载施加后，激活附加截面的方式，模拟桥面板吊装后，湿接缝钢筋连接对截面刚度的影响。
图9 湿接缝浇筑阶段主梁位移（考虑湿接缝钢筋连接）
图10 湿接缝浇筑阶段主梁位移（不考虑湿接缝钢筋连接）
由以上计算结果可知，在LZ12节段，是否提前计入湿接缝钢筋连接刚度对悬臂端的挠度影响极小，可以忽略。
6边跨支架拆除前后影响性分析
6.1支架拆除前
边跨支架拆除前，边跨辅助墩墩顶反力为743t，支架拆除前辅助墩中跨侧两个支架反力是145t和370t。
钢梁最大拉应力为98.9MPa，支架位置钢梁上缘拉应力为39.7MPa,下缘拉应力为24.3MPa；桥面板上缘压应力为2.4MPa，下缘未出现拉应力。
图11 钢梁应力
图12 桥面板应力
6.2支架拆除后
边跨支架拆除，N0#塔17#斜拉索张拉后，边跨辅助墩墩顶反力为1290t。
钢梁最大拉应力为-138.5MPa，支架拆除位置钢梁下缘拉应力增大至122.6MPa，上缘拉应力增大至35.2MPa；桥面板上缘压应力增大至6.6MPa，下缘未出现拉应力。该阶段边跨支架拆除位置主梁阶段挠度为-3.1cm。
图13 钢梁应力
图14 桥面板应力
图15 拆架对主梁位移影响
7控制效果分析
通过上述各种情况分析结合常规施工监控工作的实施，结构在施工过程中处于安全可控状态，在成桥时桥梁的主要构件均达到了较好的内力状态。
1）通过对主塔偏位跟踪观测，二期铺装完成后，N0#墩主塔塔顶累计偏位为-122~-121mm（理论累计偏位为-144mm），S0#墩主塔塔顶累计偏位为87~91mm（理论累计偏位为63mm），主塔实测偏位与理论偏位基本相符。
2）主桥边、中跨合龙误差控制在3~8mm之间，主桥铺装前钢主梁顶板整体线形误差范围为-6.6~4.2cm，除个别控制点外，整体线形误差基本控制在主跨跨中±92mm，协作跨±43mm，其余边跨±20mm以内；成桥状态下主梁线形整体平顺。
在成桥状态下，主桥桥面系施工完成后，巢湖大桥左侧单索索力误差为-9.9%~7.3%，右侧单索索力误差为-8.9%~4.9%，绝大部分误差在±8%以内，全桥所有索力总和的误差约1.5%。由此可见，斜拉索索力整体误差均控制在±10%误差范围以内，满足施工技术规范相关要求。
8结语
本桥通过施工全过程的现场跟踪监测及过程控制，主桥成桥后：
1）合龙线形高差满足要求，成桥后主梁高程误差在允许误差范围内；
2）关键控制截面实测应力与理论变化趋势一致，且均在安全范围内；
3）铺装施工完成后斜拉索索力整体误差基本控制在±10%误差范围以内。
综上所述，巢湖大桥主桥成桥后线形、应力、斜拉索索力均达到预期监控目标要求，成桥和各项监测结果满足设计和规范要求。施工控制过程有效的指导了现场施工，并确保各施工阶段结构始终处于安全状态，圆满完成施工监控的任务。
参考文献
[1]大跨径组合梁斜拉桥试设计及力学性能研究[J]. 邵长宇,陈亮,汤虎. 桥梁建设. 2017(04) .
[2]确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法[J]. 颜东煌,刘光栋. 中国公路学报. 1999(02) .
[3]无应力状态控制法在桥梁施工控制中的应用[J]. 谭俊. 公路. 2016(04) .
[4]大跨度结合梁斜拉桥制造线形控制与分析[J]. 卜一之,孙才志. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2011(05).
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摘要：大跨径钢-混组合梁斜拉桥近年因其独特的施工工艺和经济效益，推广较为迅速。施工全过程中为保证线形和内力成桥后符合设计及规范要求，施工过程中施工监控的重要性将尤为突出。在施工过程中，施工监控通过合理和科学的控制手段、优化施工方案、精细化的监测、提前进行预警和预判，控制桥梁的整体线形和内力走向，最终达到最终的成桥目标。本文以巢湖大桥为例，探讨大跨径钢板组合梁施工监控过程中关键节点的计算分析，可为类似桥梁的施工提供相关参考。
关键词：组合钢板梁；施工监控；控制方法、钢-混组合梁斜拉桥、斜拉桥
1引言
斜拉桥是我国公路桥梁中一种常见的桥梁结构形式。双塔双索面钢板组合梁斜拉桥，这种结构造型比较为新颖。施工监控是大型桥梁建造过程中的重要技术环节，通过系统的仿真分析结合现场的实施监测，及时了解结构的实际状态，并通过一定的干预使其向着设计想要的理想状态逼近。通过全过程的控制使得结构始终处于可控状态。
2依托工程概况
巢湖大桥主线道路及地面辅道设计范围北起K2+550，南至K4+095.536，总长1545.536m，桥梁长度1122m，大桥横向共与4条道路交叉，其中滨湖大道、滨湖南路采用主线上跨型式，纬七路、临湖路采取接入辅道方式。
2.1 桥梁结构特点
巢湖大桥主桥为双塔空间索面组合梁斜拉桥，全桥跨径布置为：54m+216.5m +460m+216.5m+65m+55m+55m双塔组合梁斜拉桥，桥梁全长1122m。主桥桥面宽度34.5m。主塔采用“人”字形桥塔。组合梁水中部分安装方法采用悬臂拼装法，岸上部分采用支架施工。
图1巢湖大桥总体布置图
图2有索区典型横断面布置图
图3无索区典型横断面布置图
2.2 施工特点
巢湖大桥边跨采用支架施工，北岸和南岸分别通过用汽车吊和龙门吊对边跨主梁、横梁、小纵梁、挑梁和边纵梁进行吊装，吊装完成后浇筑S1、N1墩顶附近双结合及压重混凝土，S2~S3顶附近双结合混凝土。
南北岸分别用80T龙门吊安装桥面吊机，通过运梁车运送至跨中位置进行组拼，桥面吊机约150T，组拼完成后进行桥面吊机试吊装。N号节段主梁在桥面吊机工作平台进行组拼并完成定位焊接，进行N号节段斜拉索一张，安装N号节段桥面板，进行N号节段斜拉索二张，桥面吊机前移，N+1号节段主梁组拼焊接，进行N+1号节段斜拉索一张，安装N+1号节段桥面板，完成2节段湿接缝浇筑，进行N号节段斜拉索三张，N+1号节段斜拉索二张，后续悬臂节段循环施工至合龙段，通过斜拉索和配重调整悬臂标高，进行合龙观测完成切配，吊装合龙段，完成剩余拉索施工后浇筑合龙段湿接缝，完成桥面系施工。
3施工控制计算分析
3.1有限元模型
本斜拉桥采用桥梁博士进行控制计算。主梁采用组合截面单元，主截面为钢主梁，附加截面为混凝土桥面板，附加截面计自重和参与组合截面受力按两个施工阶段计算；主塔采用钢筋混凝土梁单元模拟，按设计图纸施工工序模拟。
图4全桥计算模型示意图
4支架失效状态下继续施工对结构线形影响量的验算
巢湖大桥南岸边跨LB14’、LB15’梁段支架失效，导致主梁线形变化异常的问题，对当前状态下，南岸主梁继续施工至LB12节段对结构线形的影响量进行验算，以验证该方案的可行性。
（1）对主梁线形的影响
当前状态下，南岸主梁继续施工至LB12节段对主梁施工阶段累计竖向位移影响量的验算结果如图5所示：
（a）正常施工状态
（b）LB14’、LB15’梁段支架失效状态
图5LSZ12、LSB12斜拉索二张后南岸主梁竖向累计位移（单位：m）
由图5可知，支架失效状态下南岸主梁中跨悬臂端在LSZ12、LSB12斜拉索二张后的累计竖向位移较正常施工状态下偏差为+4.1cm，且随施工进度的推进，累计位移的偏差有逐渐增大的趋势。
（2）对主塔线形的影响
当前状态下，南岸主梁继续施工至LB12节段对S0主塔施工阶段纵桥向水平位移影响量的验算结果如图6~图8所示：
（a）正常施工状态
（b）LB14’、LB15’梁段支架失效状态
图6LSZ10、LSB10斜拉索二张后南岸主梁竖向累计位移（单位：m）
（a）正常施工状态
（b）LB14’、LB15’梁段支架失效状态
图7LSZ11、LSB11斜拉索二张后南岸主梁竖向累计位移（单位：m）
（a）正常施工状态
（b）LB14’、LB15’梁段支架失效状态
图8LSZ12、LSB12斜拉索二张后南岸主梁竖向累计位移（单位：m）
由图6~图8可知，支架失效状态下S0主塔塔顶在10#~12#斜拉索二张后的累计水平偏位较正常施工状态下偏差为+0.9~+4.1cm，且随施工进度的推进，水平偏位的偏差有逐渐增大的趋势。
综上，如在南岸边跨LB14’、LB15’梁段支架失效的状态下继续施工，主梁、主塔施工阶段的线形变化较大，从而给施工控制造成困难，并导致本桥成桥阶段的结构状态与设计值产生偏离，因此在南岸边跨主梁顶升至支架失效前的状态之前，应停止南岸侧中跨主梁的悬臂施工。
5桥面板及湿接缝影响性分析
5.1桥面板、湿接缝荷载集度核对
（1）以LZ12节段桥面板为例
桥面板组成：2×A2、2×A2’、2×B2a、2×B2a’、2×C4。
计算模型的桥面板荷载集度（半桥）：105kN/m;
1）实际称重结果：
A2、A2’重量：16420*9.8=160.96kN；
B2a、B2a’重量：18600*9.8=182.28kN
C4重量（暂缺，容重按照27kN/m³计算）：（8.5*3.35*0.26）*27=199.89 kN
荷载集度（半桥）：0.5*(4*160.96+4*182.28+2*199.89)/9=98.49kN/m。
现场反馈实际称重结果与计算模型偏差：(98.49-105)/105=-6.2%。
（2）湿接缝
以LZ11、LZ12节段为例：
计算模型的湿接缝荷载集度（半桥）：22.6kN/m；
现场反馈的湿接缝方量：27.5m³；
现场反馈的湿接缝容重：24kN/m³；
荷载集度（半桥）：0.5*（27.5*24）/18=18.33 kN/m。
现场反馈数值与计算模型偏差：(18.3-22.6)/22.6=-19.0%。
5.2桥面板、湿接缝单项荷载对主梁挠度的影响
原计算模型与现场反馈的荷载下，桥面板、湿接缝单项荷载对12#节段悬臂端的挠度影响量如下表所示：
荷载类型
实测挠度
理论挠度
比例
桥面板
计算模型
-0.182
-0.226
80.5%
现场反馈
-0.211
86.3%
湿接缝
计算模型
-0.038
-0.074
51.4%
现场反馈
-0.060
63.3%
由以上计算结果可知，桥面板实际挠度与理论挠度比较实际效应达到约83%，湿接缝实际挠度与理论挠度比较实际效应达到约57%，结合5.1桥面板和湿接缝实际荷载和理论荷载比较的偏差，其中湿接缝影响较大。
5.3桥面板钢筋连接状态对截面刚度及挠度的影响
通过在桥面板荷载施加后，激活附加截面的方式，模拟桥面板吊装后，湿接缝钢筋连接对截面刚度的影响。
图9 湿接缝浇筑阶段主梁位移（考虑湿接缝钢筋连接）
图10 湿接缝浇筑阶段主梁位移（不考虑湿接缝钢筋连接）
由以上计算结果可知，在LZ12节段，是否提前计入湿接缝钢筋连接刚度对悬臂端的挠度影响极小，可以忽略。
6边跨支架拆除前后影响性分析
6.1支架拆除前
边跨支架拆除前，边跨辅助墩墩顶反力为743t，支架拆除前辅助墩中跨侧两个支架反力是145t和370t。
钢梁最大拉应力为98.9MPa，支架位置钢梁上缘拉应力为39.7MPa,下缘拉应力为24.3MPa；桥面板上缘压应力为2.4MPa，下缘未出现拉应力。
图11 钢梁应力
图12 桥面板应力
6.2支架拆除后
边跨支架拆除，N0#塔17#斜拉索张拉后，边跨辅助墩墩顶反力为1290t。
钢梁最大拉应力为-138.5MPa，支架拆除位置钢梁下缘拉应力增大至122.6MPa，上缘拉应力增大至35.2MPa；桥面板上缘压应力增大至6.6MPa，下缘未出现拉应力。该阶段边跨支架拆除位置主梁阶段挠度为-3.1cm。
图13 钢梁应力
图14 桥面板应力
图15 拆架对主梁位移影响
7控制效果分析
通过上述各种情况分析结合常规施工监控工作的实施，结构在施工过程中处于安全可控状态，在成桥时桥梁的主要构件均达到了较好的内力状态。
1）通过对主塔偏位跟踪观测，二期铺装完成后，N0#墩主塔塔顶累计偏位为-122~-121mm（理论累计偏位为-144mm），S0#墩主塔塔顶累计偏位为87~91mm（理论累计偏位为63mm），主塔实测偏位与理论偏位基本相符。
2）主桥边、中跨合龙误差控制在3~8mm之间，主桥铺装前钢主梁顶板整体线形误差范围为-6.6~4.2cm，除个别控制点外，整体线形误差基本控制在主跨跨中±92mm，协作跨±43mm，其余边跨±20mm以内；成桥状态下主梁线形整体平顺。
在成桥状态下，主桥桥面系施工完成后，巢湖大桥左侧单索索力误差为-9.9%~7.3%，右侧单索索力误差为-8.9%~4.9%，绝大部分误差在±8%以内，全桥所有索力总和的误差约1.5%。由此可见，斜拉索索力整体误差均控制在±10%误差范围以内，满足施工技术规范相关要求。
8结语
本桥通过施工全过程的现场跟踪监测及过程控制，主桥成桥后：
1）合龙线形高差满足要求，成桥后主梁高程误差在允许误差范围内；
2）关键控制截面实测应力与理论变化趋势一致，且均在安全范围内；
3）铺装施工完成后斜拉索索力整体误差基本控制在±10%误差范围以内。
综上所述，巢湖大桥主桥成桥后线形、应力、斜拉索索力均达到预期监控目标要求，成桥和各项监测结果满足设计和规范要求。施工控制过程有效的指导了现场施工，并确保各施工阶段结构始终处于安全状态，圆满完成施工监控的任务。
参考文献
[1]大跨径组合梁斜拉桥试设计及力学性能研究[J]. 邵长宇,陈亮,汤虎. 桥梁建设. 2017(04) .
[2]确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法[J]. 颜东煌,刘光栋. 中国公路学报. 1999(02) .
[3]无应力状态控制法在桥梁施工控制中的应用[J]. 谭俊. 公路. 2016(04) .
[4]大跨度结合梁斜拉桥制造线形控制与分析[J]. 卜一之,孙才志. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2011(05).
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