韩明洋 李龙 秦凯强 曹海勇

安徽省路港工程有限责任公司 中交公路规划设计院有限公司 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司

摘 要：依托S237临泉泉河大桥工程，针对施工顺序和斜拉索张拉施工过程中对0号块的受力性能和安全性能的影响，以及对成桥阶段斜拉索索力的影响进行研究。不同滞后张拉工况对成桥索力与0号块应力的影响总体表现一致，并且斜拉索滞后1阶段张拉与无滞后相比其对结构性能的变化影响较小，说明目前斜拉索滞后施工技术经常采用滞后1阶段施工是合理的。因此，建议项目在施工时可以考虑斜拉索滞后1阶段张拉，在达到节约工期的目的同时，也不会对结构的受力性能产生大的影响。

关键词：矮塔斜拉桥;斜拉索;滞后张拉;0号块;成桥索力;

常规索区节段施工步骤多为：模板安装→混凝土浇筑→预应力张拉→安装并张拉斜拉索→挂篮前移，此施工方案为流水作业施工，施工周期较长。为加快工程建设进度，有工程建设单位提出“斜拉索滞后张拉”施工技术。所谓斜拉索滞后施工是将斜拉索安装张拉工序往后移，使斜拉索的安装与后续挂篮前移、模板安装等形成平行作业施工，以达到节约工期的目的。目前研究多为将斜拉索施工滞后1个阶段，即将安装并张拉斜拉索施工放在挂篮前移之后进行[1,2,3,4,5]。为进一步探讨和拓展该施工技术的应用，本文将分别研究斜拉索正常施工(不滞后)、滞后1阶段、滞后2阶段、滞后3阶段下对结构受力性能的影响，包括施工过程中对0号块的受力性能和安全性能的影响，以及对成桥阶段斜拉索索力的影响。

1 工程概况

1.1工程简介

S237临泉泉河大桥及接线工程是阜阳市干线公路网布局规划中“纵八”(按新省道路网编号由S415-G220-S318构成)的组成部分，也是临泉县规划界临淮公路的重要节点工程。路线在桩号 K1+537.746 左右跨越泉河，桥梁全长约857 m。大桥全貌如图1所示。

图1 临泉泉河大桥主桥

1.2桥型布置

S237临泉泉河大桥共5联，第3联主桥采用矮塔斜拉桥，主梁采用预应力混凝土，跨径布置为95 m+170 m+95 m。引桥均采用35 m装配式混凝土组合箱梁。平面位于直线以及R=41 000 m的圆曲线上；纵断面位于R=5 600 m的竖曲线上，其中i1=2.48%,i2=-2.48%;墩台径向布置。

1.3主桥

主桥采用墩梁固结、塔墩分离体系矮塔斜拉桥方案。主梁采用单箱五室大悬臂变截面PC连续箱梁，支点主梁中心处高度为7 m, 跨中主梁中心处高度为3.5 m, 跨中8 m段主梁为等截面，其余部分为变截面，其高度变化为1.8次抛物线。主梁顶、底板宽分别为33.5 m和22.5～24.86 m, 翼缘板长度为3.5 m。主梁顶、底板和腹板内布置三向预应力，箱梁中室内设置有斜拉索锚固点。

主桥主塔高28.0 m, 塔身采用矩形实心截面，长4.0 m(顺桥向),宽3.0 m(横桥向),并在其上设有倒角和装饰槽，布置在中央分隔带上。鞍座采用可换索式并设置在塔身上部，达到斜拉索便于通过的目的。斜拉索和鞍座都采用2排布置。

全桥共有斜拉索44根，采用单索面扇形布置，共有4个扇形索面，每个主塔设有两个对称扇形索面，每个索面设有11根斜拉索。纵向间距为4.0 m, 竖向间距1.2 m。

2 对0号块受力影响分析

0号块在悬臂浇筑施工过程中的受力变化比较复杂，是施工中重点监控的部位，受施工工序的影响较大。因此，本章节首先研究斜拉索滞后施工对0号块的受力性能和安全性能的影响。

使用有限元软件Midas建立矮塔斜拉桥全桥三维杆系模型，参照施工图纸详细添加各施工阶段进行计算分析，考虑分析4个不同工况下对0号块局部应力状态的影响，计算对比各施工阶段0号块局部应力情况差异。4个工况分别对应如下：工况1对应斜拉索正常无滞后施工，工况2对应斜拉索滞后1阶段施工，工况3对应斜拉索滞后2阶段施工，工况4对应斜拉索滞后3阶段施工。各工况的具体施工步骤如图2所示。

图2 工况设置

塔梁采用梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟，全桥共有单元242个，包括198个梁单元，44个桁架单元。参照施工图纸详细添加各施工阶段，共设置施工阶段88个。全桥整体有限元模型如图3所示。

图3 有限元模型

分别对不同工况下的有限元模型进行计算，并提取0号位置块最大应力。各施工阶段的最大应力为0号块靠近桥塔侧的端部位置，因此分别提取0号块跨中桥塔侧的主梁应力进行分析，包括主梁上缘应力和主梁下缘应力。为了更详细地分析不同工况下对0号块应力的影响，分别提取4种工况下主梁上、下缘的结果进行对比，具体结果如图4和图5所示。

图4 不同工况对0号块上缘应力的影响

从图4可以看出，4种工况下0号块上缘应力变化不大且趋势相同，整个施工阶段0号块上翼缘处于受压状态。在第28阶段(第一根斜拉索张拉)之前各工况下的0号块上翼缘应力没有变化，这也与实际情况相符合。进入有索区后，随着不同工况的张拉滞后现象，应力出现了变化，随着拉索张拉滞后，0号块上缘压应力有减小的趋势。进一步对结果分析可以发现，随着张拉滞后，其应力也有随之滞后的趋势，原因是拉索提供的拉力对主梁的预加力与斜拉索索力的施加是同步的。

图5 不同工况对0号块下缘应力的影响

从图5可以看出，下翼缘与上翼缘类似，4种工况下0号块下缘应力变化不大且趋势相同，整个施工阶段0号块下翼缘处于受压状态。同样在第28阶段(第一根斜拉索张拉)之前各工况下的0号块下翼缘应力没有变化。进入有索区后，随着不同工况的张拉滞后现象，应力出现了变化，与上翼缘不同的是，随着拉索张拉滞后，0号块下缘压应力有增大的趋势，这其实也是随着张拉滞后其应力也有随之滞后的表现，因为拉索的张拉使上缘产生压力，使下缘产生拉力。

总体上看，无论是0号块上翼缘应力还是下翼缘应力都为负值，说明整体应力状态为受压，且压应力没有超过规范允许值，整体是安全的。且斜拉索滞后1阶段张拉与无滞后相比变化较小，因此，这也是目前斜拉索滞后施工技术经常采用滞后1阶段施工的原因。

3 对成桥索力影响分析

为进一步研究分析斜拉索滞后张拉对结构受力性能的影响，本部分针对不同滞后张拉工况对成桥索力的影响进行计算分析。同样分别对4种工况下的有限元模型进行计算，提取各工况下成桥索力并对其结果进行比对，结果如图6所示。图6中的斜拉索编号顺序为边跨→中跨→边跨，共有44根索。

从图6可知，不同斜拉索张拉工况对长索同时也是后张索的影响比较大，原因可能有两方面：一是由于长索本身应力大于短索带来的影响；二是由于张拉顺序是由短索到长索，该过程带来累加效应，即随着张拉的进行，其差别是一个累加的过程。

图6 不同工况对成桥索力的影响

随着斜拉索张拉的滞后，成桥索力有减小的趋势，最大索力为无滞后张拉的边跨最外侧拉索，其索力值为1 541 MPa。根据《公路斜拉桥设计规范》(JTG/T 3365-01—2020)的规定，1860斜拉索的抗拉强度设计值为1 005 MPa; 对于短暂状况，其抗拉强度设计值提高25%;斜拉桥的结构体系修正系数的?d=1.5,其余结构体系的?d=1.0。根据公式可知，斜拉索抗拉强度允许值为1 005×1.25×1.5/1.1=1 713 MPa, 可知临泉泉河大桥索力计算结果满足规范要求。

总的来说，不同滞后张拉工况下的成桥索力满足规范要求，且与0号块应力结果一致。斜拉索滞后1阶段张拉与无滞后相比变化较小，进一步说明目前斜拉索滞后施工技术经常采用滞后1阶段施工是合理的。

4 结语

依托S237临泉泉河大桥开展了斜拉索不同滞后张拉工况下对矮塔斜拉桥受力性能的影响研究，主要有以下结论。

(1)4种工况下0号块上缘应力变化不大且趋势相同，整个施工阶段0号块全截面整体处于受压状态，且压应力没有超过规范允许值。

(2)进入有索区后，随着不同工况的张拉滞后现象，应力出现了变化。随着拉索张拉滞后，0号块上缘压应力有减小的趋势，0号块下翼缘有增大的趋势，原因是随着张拉滞后，其应力也随之滞后。

(3)不同滞后张拉工况对成桥索力与0号块应力的影响总体表现一致，其中斜拉索滞后1阶段张拉与无滞后相比变化较小。这也是目前斜拉索滞后施工技术经常采用滞后1阶段施工的原因，也进一步说明目前斜拉索滞后施工技术经常采用滞后1阶段施工是合理的。

建议本项目在施工时可以考虑斜拉索滞后1阶段张拉，在达到节约工期的目的同时，也不会对结构的受力性能产生大的影响。

参考文献

[1] 吴小军，邹力.洪溪特大桥“斜拉索滞后张拉”施工技术[J].世界桥梁，2020,48(5).

[2] 尹梦祥.矮塔斜拉桥施工仿真分析与索力优化研究[D].南京：东南大学，2017.

[3] 毛润华.矮塔斜拉桥合理成桥状态与参数研究[D].长沙：长沙理工大学，2018.

[4] 韩岳.矮塔斜拉桥施工控制及关键技术研究[D].成都：西南交通大学，2018.

[5] 靳会武，陈占明，周春华.矮塔斜拉桥超宽箱梁0号块施工技术[J].公路，2020,65(4):201-207.

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