独塔斜拉桥主梁施工误差分析

摘  要   本文以湖北仙桃汉江公路大桥的主梁施工为例，考虑施工过程中可能引起的各种参数误差，分别进行主梁容重误差分析，主梁超方误差分析，拉索弹模误差分析，主梁弹模误差分析和斜拉索张拉力误差分析，考虑各个因素对预拱度、全桥索力，主梁成桥状态应力和成桥主塔偏位的影响，作出一些总结，可供同类桥型参考。
主题词 独塔斜拉桥  主梁施工  误差分析

引言
    在斜拉桥的施工过程中，影响结构受力的参数很多，其中影响较大的有：
1)梁段自重；   
2)施工荷载，各施工状态临时施工荷载的施加、移动或去掉情况；
3)结构刚度，包括梁、塔、索三大部分以及挂篮结构，涉及到各个单元的EA和EI(轴向刚度和弯曲刚度)；   
4)混凝土收缩、徐变；
5)整体温度变化及日照温差变化；

1工程概况
    本文以湖北仙桃汉江公路大桥为例，对斜拉桥施工过程中影响整体结构受力的主要参数进行识别及修正。湖北仙桃汉江公路大桥主桥为三跨一联独塔双索面斜拉桥。主桥跨径50+82+180m；结构型式采用塔梁固结。边跨辅助墩设有拉压支座。主梁断面形式是边主梁，断面全宽25．6m，主梁节段基本长度为8m，采用前支点挂蓝悬臂浇筑。斜拉索采用平行钢丝，全桥共设40对空间索；索塔为介于平行索H型塔及空间索倒Y型塔之间的“瓶颈”型塔。图1为主桥总体布置图。

2 参数误差分析
    该斜拉桥模型采用同济大学开发的桥梁结构分析综合程序系统BAP进行计算。主梁划分为121个单元，主塔划分为47个单元，承台顶取为固接进行计算。考虑到施工时可能引起的参数误差，分别在以下几个方面进行了计算分析比较。

2．1  主梁容重误差分析
    该桥主跨每个梁段长度均为8m；边跨前8个梁段长度为8m，后6个梁段长度为6m。斜拉桥设计时，通常取预应力结构混凝土容重为26kN／；在本桥中，由于长度为8m的梁段实际含筋率要大于长度为6m的梁段，将钢筋重量换算成混凝土重量以后计算得出6m段实际容重为25．53kN／，8m段实际容重为25．95kN／。

2．1．1  对预拱度的影响。

    图2为边跨6mkN段容重取为25．53kN／，8mkN段容重取为25．95kN／预拱度减去容重都取为26kN／成桥预拱度的差值曲线；可以看出主跨容重较边跨稍大，边跨预拱度减小，主跨预拱度增大，且增幅明显。

2．1．2  对全桥索力的影响。

    从图3可以看出，容重改变以后全桥索力值均有小幅变化，主梁悬臂较长的梁段索力普遍增大，增幅在10吨以下。

2．1．3  对主梁成桥状态应力的影响

    从图4可以看出容重变化后对成桥主梁应力有一定影响，施工过程中主梁最大压应力也相应有一定变化。

2.   1.   4对成桥主塔偏位的影响

     改变容重前，成桥主塔向边跨偏3.95cm；改变容重以后，成桥主塔向边跨偏0.57cm。可以看出容重的取值，将对成桥塔的偏位产生较大影响。
     从上面分析结果可以看出，对于塔粱固结的独塔斜拉桥，主、边跨梁平长度不一致时，是否考虑容重的差异将对成桥线形和主塔偏位产生较大影响；对主梁的内力影响不大。

2．2  主梁超方误差分析
    斜拉桥施工中，主梁尺寸常常由于挂篮模板刚度、涨模、顶板厚度难以控制等等原因导致普遍偏大，本桥中按每段梁段自重超重3％计算超方的影响大小

2．2．1  对预拱度的影响

     从上面预拱度比较图可以看出，主梁梁段超方3％后全桥预拱度影响较大，影响最大处达到59mm，在斜拉桥施工时，应充分考虑超方对全桥预拱度的影响。

2．2．2  对全桥索力的影响

   从图6可以看出，考虑梁段超方后，全桥索力值明显增大，增幅最大超过30吨。

2．2．3  对主梁成桥状态应力的影响

      从图7可以看出，主粱超方3％对于塔粱固结的独塔斜拉桥成桥应力有一定影响，大部分主粱下缘压应力增大，增幅在1MPa以下。

2. 2. 4 对成桥主塔偏位的影响
       不考虑超方，成桥主塔向边跨偏0.57cm；考虑全桥超方3％，成桥主塔向主跨偏0.36cm。可以看出结果考虑超方误差，将对成桥塔的偏位产生影响。
       从上面分析结果可以看出，对于塔粱固结的独塔斜拉桥，是否考虑主粱超方将对成桥线形、全桥索力产生较大影响；对主粱内力和主塔偏位的影响较小。

2. 3拉索弹模误差分析
    斜拉索的刚度考虑由1.95E＋05MPa调至1.9E＋0.5MPa。
2. 3. 1对预拱度的影响

    从图8可以看出，改变斜拉索弹模对全桥预拱度影响不大。
2. 3. 2 对全桥索力的影响
        从图9可以看出，改变索的弹模对成桥索力有一定影响，将导致索力普遍偏小，差值最大超过10T。

2. 3. 3 对主粱成桥状态应力的影响
       改变斜拉索弹模并不会引起全桥主粱应力的变化。

2. 3. 4对成桥主塔偏位的影响
       斜拉索弹模的改变不会引起成桥塔偏位的变化。
       从上面分析结果可以看出，对于塔粱固结的独塔斜拉桥，斜拉索弹模的改变对主粱的标高、内力及塔偏位的影响较小。

2．4  主梁弹模误差分析
    结构材料弹性模量和结构变形有直接关系。对通常遇到的超静定结构来讲，弹性模量对结构分析结构影响更大，主梁的混凝土弹性模量E实际值往往比规范建议值高，这一方面与实际混凝土强度往往偏高有关。可假设所有的主梁单元的E均增大10％。

2．4．1  对预拱度的影响

     从图10可以看出，主梁弹模的改变对全桥预拱度有一定影响，对主跨中间梁段影响较大。
2．4．2  对全桥索力的影响
    从图11可以看出，梁弹模的改变对全桥索力有一定影响，但影响幅度并不大，悬臂越长影响越明显。

2．4．3  对主梁成桥状态应力的影响
    从图12可以看出，主梁弹模增大会导致成桥主梁下缘压应力增大，但增幅不大。

2．4．4  对成桥主塔偏位的影响
    改变主梁弹性模量前，成桥主塔向边跨偏0.57cm；改变主梁弹性模量后，成桥主塔向边跨偏0.74cm。可以看出主梁弹模的取值，不会对成桥塔的偏位产生较大影响。
    从上面分析结果可以看出，对于塔梁固结的独塔斜拉桥，主梁弹模的改变对主梁的标高、内力及塔偏位不会产生较大影响。

3  结束语
    通过以上分析，对于塔梁固结的独塔斜拉桥得出以下小结：
(1)主梁容重的大小对预拱度、成桥塔偏位以及成桥主梁应力有一定影响，施工时应测定每个梁段主梁容重，以便精确控制。
(2)由于主梁超方对预拱度、成桥塔偏位以及成桥主梁应力都有一定影响，施工时每个梁段混凝土方量都应严格控制。
(3)斜拉索弹模和主梁弹模的大小对预拱度、成桥应力、成桥塔偏位影响不明显。
    对于混凝土收缩、徐变及温度变化对结构的影响其他许多文章作了详细的专题分析，限于篇幅，本文未对此作详细分析。
    以上是本人在独塔斜拉桥施工中的一些总结，望能对今后此类斜拉桥的设计、施工提供一些有益的参考，文中疏漏之处，请专家同行们指正。

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