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摘 要：斜拉桥的主梁为压弯构件，承担由斜拉索传递过来的水平分力，主梁完全受压，对于混凝土主梁来讲，相当于施加了免费的预应力，提高了混凝土主梁的抗裂性。对于钢主梁来讲，存在着纵向稳定的问题，巨大的轴力也是制约斜拉桥向超大跨径发展的因素之一。而采用双主肋梁作为斜拉桥的主梁，其将有着混凝土和钢材的良好的受力特性，并且其工程造价较低，是未来斜拉桥增大跨径最好途径之一。本文将着力介绍双主肋梁斜拉桥的受力特性与施工控制。
关键词：斜拉桥；双主肋梁；受力特性；施工控制
0 引言
追着密索体系概念的进步，双箱截面主梁进一步发展为梁高更低的双主肋梁，两个分离的实心主梁之间有桥面板及横梁连接，拉索直接锚固在主梁中心处，这样大大简化了模板。随着梁高的进一步降低，主梁底不再高于横梁，而与横梁平齐，形成板式边主梁。低高度边主梁的截面带有风嘴尖角，以适应大跨径斜拉桥的抗风要求。因此，双主肋梁斜拉桥有着良好的受力性能和较为低廉的造价的特点，使其不仅应用于特大跨径的混凝土斜拉桥，在中等跨度斜拉桥建设中也经常被予以采纳。
1 双主肋梁斜拉桥受力特性
双主肋梁斜拉桥，也被称为肋板式梁斜拉桥。大跨径桥梁中可将其设计梁高设计得很小小，抗风抗震性能好，并且其外形美观。其结构构造相对来说很简单，因此其整体性比其他梁型来说要强很多，在模板加工的过程中节约了不少成本，并且为施工带来了极大的方便。虽然该种结构的主梁的抗扭性能较小，但是配合双索面的斜拉桥结构在单幅桥宽 30m 以下的斜拉桥设计方案中极具竞争力。
斜拉桥的受力可以看成用高强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起，主梁恒载以及作用在主梁上的活载通过斜拉索传至塔柱，在通过塔柱基础传至地基。这样大跨度斜拉桥的主梁就像一根多点弹性支承的连续梁一样工作，从而主梁的截面尺寸比同跨径的梁桥截面尺寸小很多，大大减小了主梁的材料用量，结构自重明显减轻，大幅度增大了桥梁的跨越能力。双主肋梁斜拉桥有着一般大跨度斜拉桥的受力特点。其荷载传递路径是：两端分别锚固在斜拉桥主梁和桥塔上的斜拉索把作用在主梁上的恒载和活载传递到索塔上，再由桥塔传递到地基上。桥塔以承压为主，其需要承担斜拉桥所有构件自重，车辆活载等动静荷载。主梁在工作时，除了承担作用在主梁上的恒载、活载等荷载所产生的弯矩外还要承受斜拉索作用时的轴向力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆斜拉索在工作时轴心受拉，其是影响斜拉桥受力的性能的主要因素。
2 双主肋梁的剪力滞效应研究
斜拉桥式一种高次超静定结构，其施工阶段结构进行结构应力安全验算是斜拉桥施工控制结构分析计算的主要内容之一。在施工控制前期需要进行施工控制结构分析计算，常用平面分析的方法作为实施手段。基于初等梁理论的平面分析计算并不能反映宽缘结构主梁的剪力滞、变形以及局部翘曲等一些列问题引起的翼缘应力不均匀问题，在施工控制前期确定主梁合理施工方案时把确保主梁应力作为一项重要的控制参数量来考虑。
剪力滞后效应的概念最初起源于箱形截面。工程师最初在研究箱梁主梁的时候发现，在其腹板上作用对称荷载作用时，总会发生顶底板应力的不均匀分布。工程师用剪力滞来形容箱型主梁结构的腹板作用对称荷载作用时，沿宽度方向向板内传递的过程中正应力呈不均匀分布的现象。后来经过研究发现，剪力滞后问题广泛存在于带宽翼缘结构截面主梁上。忽视剪力滞后效应影响有可能会酿成大事故，使人民财产受到伤害。如 1998 年的宁波招宝山独塔双索面混凝土斜拉桥就因为忽略剪力滞效应，引致其主梁断裂。
3 斜拉桥施工控制方法
3.1 开环控制
早期的斜拉桥施工，斜拉桥设计时都会根据有关规范和资料估算结构的恒活载，从理论成桥状态通过施工过程的倒拆分析，以求得各个施工阶段主梁的预计挠度和索力大小。但是设计理想施工状态忽略实际现场的施工因素差异，按照计算的预拱度和索力张拉信息进行精细施工，按照理想的施工状态施工完成时的结构就能达到理想线形，其内力分布也与结构计算结构基本一致。与反馈控制和自适应控制相比，按照这种方法计算的施工控制量是单向的，并不需要根据现场施工监测信息反馈以改变结构计算参数。
3.2 反馈控制
斜拉桥超静定次数较高，步骤较为复杂，因此施工中的精度保证较难；而且设计计算时采用的各项参数与实际现场的参数存在一定的差异。在多种因素的影响下，使用开环控制法时不考虑实际施工状态与理想设计状态的误差。如果对误差不加以调整，会导致结构线形和内力与设计成桥状态偏离较大，危及结构安全。鉴于斜拉桥的施工控制难度较大，使用反馈控制可以通过施工控制点的监测数据与理想状态计算值作比较，得出偏差，调整施工控制量。
3.3 自适应控制
对于预应力混凝土斜拉桥，施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是混凝土弹性模量、材料的比重、徐变系数的取用等于施工中的实际情况与有限元计算模型中的计算参数有不确定的差距。要得到比较准确的控制调整量，须要在根据施工中实际监测的结构反应修正计算模型中的参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后自动适应结构的物理力学规律。在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统参数识别过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。
当结构监测的控制参数结果与模型计算结果不相符时，把误差输入到参数识别法中，调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量的结果相一致。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，按反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过几个工况的反复识别后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。
4 结语
目前系统控制理论已经被引用到斜拉桥施工监控中来，早期的控制采用反馈控制思路，即监测数据与理论计算数据的误差，从而得到斜拉桥张力的调整增量，但是，如果理论计算结果本身是不可实现的或与施工现场的情况有差距，虽然目前调整了存在的误差，但是新节段施工后将出现新的误差，又要实施调整。目前采用自适应控制思路，即在误差出现后不是立即实施调整，而是分析误差出现的原因。在斜拉桥施工控制中，需要对施工控制参量进行监测以检测实际控制参量与理论控制参量差异分析误差成因。施工监测是确保施工安全和成桥质量的重要环节，但是施工监测由于受外界影响较大，特别是现今基于频率法的中短斜拉索测量问题和施工过程中应力的测量问题还没得到统一的解决方法，其不确定性较大。对于解决在工程上的索力和应力测试的关键问题值得深入研究。
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论文作者:张博
论文发表刊物:《科技中国》2016年4期
论文发表时间:2016/6/22
标签：斜拉桥论文; 结构论文; 剪力论文; 误差论文; 应力论文; 受力论文; 参数论文; 《科技中国》2016年4期论文;