1 某水道特大桥工程概述
桥跨总体布置为：（12×30）m简支小箱梁（95+168+95）m矮塔斜拉桥+（55+90+55）m预应力砼变截面连续箱梁+（6×30）m简支小箱梁，桥梁总长1098m，主桥桥宽34.2m。引桥半幅宽16m。
主桥采用双塔单索面矮塔斜拉桥，墩塔梁固结体系，边中跨比为0.565。主桥桥面标准布置：0.5m（防撞墙）+3.0m（硬路肩）+12.0m（车行道）+0.5m（防撞护栏）+2.2m（索、塔区）+0.5m（防撞护栏）+12.0m（车行道）+3.0m（硬路肩）+0.5m（防撞护栏）=34.2m。主桥总体布置图如下：
图1.1某水道特大桥主桥总体布置图
2 矮塔斜拉桥结构特点
矮塔斜拉桥的特点是塔矮、梁刚、索集中布置。
当结构在受外部竖向荷载时：
（1）连续梁：梁受弯、受剪；
（2）矮塔斜拉桥：梁受压、受剪，斜拉索受拉；
（3）斜拉桥：梁受压，斜拉索受拉。
矮塔斜拉桥的斜拉索虽然也叫斜拉索但是其作用与斜拉桥又不一样，矮塔斜拉桥的斜拉索更类似体外预应力索，矮塔斜拉桥的桥塔起着转向块的作用。通过将预应力索从梁体内转移到体外，从而缩减梁截面尺寸；同时又由于其斜拉索还能提供一部分竖向力，主梁上的弯矩减小，主梁应力分布得到优化。
3 矮塔斜拉桥施工控制的几个问题
矮塔斜拉桥施工控制的目标与斜拉桥类似，就是塔直梁平，主梁应力分布均匀且施工过程中及成桥后主梁应力都不会超过限值，斜拉索索力分布均匀。为确保达到这一目标，施工控制的关键就在于斜拉索索力控制和主梁、主塔线型控制以及应力控制。对于矮塔斜拉桥而言，索力控制就是要控制好斜拉索初张力，因为一般而言，矮塔斜拉桥都是一次张拉到位不会进行成桥后二次调索；对于主梁线型而言，主要是确保主梁的竖向线型，即主梁的竖向高程，横向线型在施工过程中只需要注意立模放点与设计相符就可以得到保证；对于主塔线型而言，由于其主塔一般较矮（本桥为29.5m）且斜拉索为贯穿索，主塔两侧索力平衡，理论上不会有较大塔偏。对于应力控制而言，主要是作监测工作，及时反馈从而调整模型。
3.1 斜拉索初张力计算
矮塔斜拉桥的斜拉索的施工控制关键就在于：一是要计算准确斜拉索的初张力；二是要确保在实际张拉过程中斜拉索索力张拉到位。
首先，在开展施工控制工作之前，控制人员要根据设计斜拉索成桥索力反算出斜拉索的初张力。斜拉索初张力的计算方法主要有：倒拆法、倒拆——正装法、正装迭代法。理论上倒拆计算得到的结果就是各施工阶段的目标，但是由于不平衡力的存在和结构非线性，倒拆结果与实际往往有所偏差；倒拆——正装法就是将结构模型倒拆、正装反复进行，同时调整参数，逐步减小偏差从而达到要求，操作过程比较繁琐；正装迭代法，理论很清晰，若是完全按照正装迭代理论进行且基于MIDAS CIVIL软件来进行的话，工作量浩大，比倒拆——正装还要繁琐，对于某水道特大桥，本文采用的是正装迭代法中的一个特例，即差值迭代法。差值迭代的原理与正装迭代一样，只是将影响矩阵中的参数全部定为1,具体内容如下：
3.1.1 差值迭代法
设一组施工索力{T0}，进行正装计算，设最后一个施工阶段（即成桥状态）拉索力为{F0}。通过成桥阶段索力优化方法确定的最优成桥状态索力为{N}，比较{N}和{F0}，则差值为{ΔF0}={N}-{F0}。
为消除这一差值，在下一轮的正装分析中，使施工张拉索力{T1}={T0}- {ΔF0} 。进行第一次迭代计算，拉索内力在{T1}作用下计算到最后一个施工阶段（即成桥状态）时，拉索力为{F1}，{F1}和{N}之间的差值为{ΔF1}={N}- {F1} ，则此时{ΔF1}将小于{ΔF0}。
循环迭代计算，至满足精度要求为止。精度要求一般为：一般取为0.005。
3.1.2 工程实例
某水道特大桥斜拉索采用环氧喷涂钢绞线索，规格分为35Φs15.2和55Φs15.2两种，钢绞线标准强度fpk=1860MPa。每个主塔两侧分布13束斜拉索，斜拉索穿过索鞍在两侧主梁上锚固。其中，1#至7#索为35Φs15.2索，8#至13#索为55Φs15.2，全桥共有52对斜拉索。
为使迭代分析能快速收敛，取{T0}等于目标索力{N}，计算得{F0}，则
{ΔF0}={N0}- {F0}
开始第一次迭代计算，取
{T1}={T0}+{ΔF0}
得到{F1}和{ΔF1}，按此方法循环迭代计算，直到满足精度要求。具体分析数据如下表。
表1.样本索单元在迭代过程中索力的变化值
从表1中可以看出仅仅迭代了两次就得出了满足精度要求的施工索力。根据差值迭代的。使用差值迭代的方法继续对全桥索力进行迭代计算7次，则索力输入、输出值的变化情况可以绘制出下图。
图3.1样本索单元索力输出值随迭代次数变化情况
图3.2样本索单元索力输入值随迭代次数变化情况
从图中可以看出迭代3次以后，继续迭代，索力输出、输入值变化情况很小，几乎没有变化。
3.2 主梁线形控制
主梁线形控制主要工作就是控制主梁的竖向线形，控制竖向线形是通过调整斜拉索力和立模高程来实现的。斜拉索的初张力计算前文已介绍，就无需赘言。这里主要讨论某水道特大桥立模高程的计算。
3.2.1 立模高程计算
某水道特大桥的施工控制主要是根据立模标高来进行控制的。施工监控通过输入阶段桥面高程、徐变收缩修正系数、温度影响系数、砼弹性模量等参数，利用桥梁计算软件重新计算各阶段挠度值，在此基础上与已计算好的预拱度值对照，从而确立阶立模标高，并提供给施工单位进行指导施工。立模标高的计算公式为：
HL=HS+HT+Y+△g
式中：HL——立模标高
HS——设计标高
HT——标高调整值
Y——预拱度
△g——挂篮变形值
上式中，设计标高可以从设计图中得到，HT为考虑临时荷载影响的调整值，预拱度可经过MIDAS CIVIL软件计算得到，挂篮变形值通过挂篮加载实验得到。
计算得到立模高度，交由施工方施工，待主梁混凝土浇筑以后，测量主梁高程，比较高程实测值与计算理论值，结果可能会出现偏差。这时就需要进行参数识别。一般而言，主梁高程对混凝土容重、斜拉索索力、主梁预应力、温度、收缩徐变等影响参数比较敏感。本文主要讨论温度对主梁高程的影响。
3.2.2 温度影响
温度影响是施工控制中比较难掌握的因素，这主要是因为温度始终变化无常，而且在同一时刻，结构各部分也存在温差。所以，在结构计算中一般不把温度影响作为单独工况，而是将温度影响单独列出，作为修正。研究某水道特大桥主梁高程随温度变化的情况，采取的就是测气温。
温度对主梁高程的影响是通过热胀冷缩来实现的，显然，主梁施工的阶段进行的越多，主梁悬臂就越长，温度影响也就越明显。本文研究讨论的是边跨合拢时，主梁端部高程随温度的变化情况，此时主梁悬臂最长。
表2.个测点高程随时间温度变化情况
取4#测点作为代表，其高程随温度变化情况绘制成图如下
从图表中可以看出最大温差为7℃，最大温差为2.5cm，按照规范要求合拢误差为2cm，
图3.3 4#测点高程随温度变化情况
可知温度对主梁高程影响很大，对合拢工作的进行影响很大。温度对主梁高程的影响是
非线性的，且每座桥的结构刚度不同，施工到不同阶段主梁刚度分布也不一样，因此本文针对温度对主梁高程的影响仅供参考。
4 小结
本文针对某水道特大桥施工监控过程中遇到的问题，主要介绍了矮塔斜拉桥施工控制过程中的差值迭代法和温度对主梁高程的影响。实际证明差值迭代法在计算一次张拉斜拉桥施工阶段初张力非常简便实用，但要注意适用情况，有二次张拉的斜拉桥效果可能没有这么好。针对温度对主梁高程的影响，建议在实际施工控制过程中，尽量选择温度比较低且稳定的清晨或夜间进行测量工作，或者尽量每个施工阶段都进行温度影响分析，得出各施工阶段温度对主梁高程的影响值，然后在施工过程中将这一增量考虑进去。
参考文献
[1]杨煊,周水兴.斜拉桥施工阶段初张索力计算方法研究[J].重庆交通大学学报,2008,2.
[2]彭昌利.矮塔斜拉桥施工监控关键问题研究[J].华南理工大学,硕士学位论文.
[3]颜东煌,刘光栋.确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法[J].中国公路学报,1999,4.
[4]薛成凤,白延芳,赵雷.大跨度混凝土斜拉桥施工控制正装和倒拆仿真分析[J].铁道建筑,2009(8).
论文作者:尹国
论文发表刊物:《红地产》4月
论文发表时间:2019/1/2