斜拉橋索塔施工過程技術(shù)研究與力學(xué)分析

1、0目目 錄錄第一章 緒論 .1第二章 斜拉橋整體結(jié)構(gòu)靜力分析 .62.1 工程概述.72.2 武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道斜拉橋有限元模型的建立.92.2.1 結(jié)構(gòu)材料.102.2.2 施工工況及邊界條件的模擬.112.2.3 張拉索力的確定.11第三章 索塔施工階段計算與施工控制分析 .153.1 索塔水平橫撐的施工設(shè)計.153.1.1 橫撐支撐位置確定的原則和方法.173.1.2 水平橫撐主動力的確定方法.193.1.3、荷載 .203.1.4、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 .213.2、下橫梁分層施工研究分析 .323.2.1、下橫梁概況 .333.2.2、下橫梁建模 .353.2.3、下橫梁分析結(jié)

2、論 .383.3 索塔與中橫梁異步施工分析.393.4 索塔預(yù)拋高計算及分析 .42結(jié)論 .45參考文獻(xiàn) .471正正 文文第一章第一章 緒論緒論1.1 斜拉橋結(jié)構(gòu)特點斜拉橋結(jié)構(gòu)特點斜拉橋又稱斜張橋，其上部結(jié)構(gòu)是由塔、梁、斜拉索三種基本構(gòu)件組成的纜索承重的高次超靜定結(jié)構(gòu)體系。斜拉橋主梁一般采用混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，索塔大都采用混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，斜拉索則采用高強(qiáng)材料(高強(qiáng)鋼絲或鋼絞線)制成。斜拉橋中荷載傳遞途徑是:斜拉索的兩端分別錨固在主梁和索塔上，將主梁的恒載和車輛荷載傳遞至索塔，再通過索塔傳至地基。因此，斜拉橋的主梁在斜拉索的各點支撐作用下，猶如多孔的彈性支承連續(xù)梁，每根

3、鋼索猶如橋墩。正是由于斜向產(chǎn)生的強(qiáng)大水平分力，依靠塔的自錨體系加以平衡，使拉索承受巨大拉力，塔梁承受巨大壓力，從而充分發(fā)揮了鋼材受拉和混凝土受壓的特性。特別是由于利用斜拉索作為主梁的中間彈性支撐，可以大大降低主梁的彎矩值，改善主梁的受力狀態(tài)，這不但可以使主梁尺寸大大地減小，而且由于結(jié)構(gòu)自重顯著減輕，既節(jié)省了材料，又能大幅度的增大橋梁的跨越能力。在大跨徑橋梁方案比選中，斜拉橋與懸索橋占據(jù)絕大多數(shù)。斜拉橋以其簡明的結(jié)構(gòu)受力、較低的材料費(fèi)用、優(yōu)美多變的橋型、較好的剛度和抗風(fēng)能力等眾多優(yōu)點而備受青睞。1.2 斜拉橋索塔結(jié)構(gòu)形式及受力特點斜拉橋索塔結(jié)構(gòu)形式及受力特點斜拉橋的主塔結(jié)構(gòu)形式、高度、截面尺寸大

4、小、塔底支承形式，應(yīng)根據(jù)橋位處的地質(zhì)、環(huán)境條件、斜拉橋的跨徑、橋面寬度、拉索布置以及建2筑造型等因素決定。索塔結(jié)構(gòu)形式變化多樣，在順橋向常用的結(jié)構(gòu)形式有單柱式、a 字形和倒 y 形等幾種，如圖 1.1 所示。單柱形索塔構(gòu)造簡潔，外形輕盈美觀，施工方便，是常用的塔型，但承受橫向水平荷載的能力差。目前，國內(nèi)外大多數(shù)斜拉橋在順橋向均采用單柱形。a 形和倒 y 形在順橋向剛度大，不存在縱向具有柔度的變形條件，不利于索塔兩側(cè)拉索水平拉力的自平衡傳遞，主塔基礎(chǔ)承受較大的順橋向彎矩，這類索塔不多。1）單柱式 2）a 字形 3）倒 y 型圖 1.1 塔柱形式(順橋向)斜拉橋索塔在橫橋向常用的形式有獨(dú)柱形、雙柱

5、形、門形、h 形、梯形、a 形、倒 v 形、倒 y 形、菱形(包括寶石花形)等，如圖 1.2 所示。柱式塔構(gòu)造簡單，通常用于主梁抗扭剛度較大的單索面斜拉橋。門形索塔在兩塔柱之間設(shè)有橫梁，組成了門形框架，構(gòu)造較單柱式塔復(fù)雜，但抵抗橫向水平荷載的能力較強(qiáng)，并且構(gòu)造相對簡單，施工方便，一般用于橋面寬度不大的雙索面斜拉橋，早期的索塔都仿照懸索橋采用門式的。a 形、倒y 形、菱形索塔的特點是結(jié)構(gòu)橫向剛度大，但構(gòu)造、受力復(fù)雜，施工難度較大，既適用于單索面，也適用于雙索面，多用于大跨徑斜拉橋中。對較大跨徑的斜拉橋，從改善扭振的角度出發(fā)，一般傾向于采用 a 形或倒 y形的索塔。3a)a 形 b)倒 y 形 c

6、)單柱形 d)雙柱形 e)門形f)花瓶形 g)鉆石形圖圖 1.2 索塔橫橋向造型基本形式斜拉橋索塔一般由基礎(chǔ)、承臺、下塔柱、下橫梁、中塔柱、上橫梁、塔柱拉索錨固段及塔頂建筑等八大部分組成(或其中幾部分組成)，如圖1.3。塔柱是索塔的主要構(gòu)件，塔柱之間設(shè)有橫梁或其他連接構(gòu)件。塔頂橫梁及豎直索塔之間的中間橫梁是非承重橫梁，只承受自身重力引起的內(nèi)力。設(shè)有主梁支座的受彎橫梁、豎塔柱與斜塔柱相交點處的受拉橫梁是承重橫梁，除承受自身重力外，還承受其他的軸向力和彎矩。有的塔柱、橫梁作為索塔面內(nèi)的組成構(gòu)件共同參與抵抗風(fēng)力、地震力及偏心活載。組成索塔的塔柱及橫梁的截面形狀和截面尺寸應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要

7、求并結(jié)合拉索在索塔上的錨固要求來確定。主塔的截面形狀總的4來講可分為實心截面和空心截面，沿塔高又可采用等截面和變截面的布置方式，外觀形狀可分為矩形、h 形、對稱和非對稱的多邊形等，如圖1.4。塔柱之間的橫梁(不管是承重橫梁還是非承重橫梁)，以及塔柱之間的其他連接構(gòu)件，它們的截面形式由塔柱的截面形式?jīng)Q定，一般采用矩形實心截面、t 形實體截面、工字形實體截面或矩形空心截面等形式。圖 1.3 索塔的組成（a）實心矩形截面 （b）實心非對稱五變形截面 (c)實心 h 型截面 (d)空心矩形截面5(e)空心非對稱五邊形截面(f)空心非對稱五邊形截面(g)空心正六邊形截面(g)空心六邊形截面圖 1.4 索

8、塔截面形式1.3 研究的內(nèi)容研究的內(nèi)容索塔在整個斜拉橋體系中是一個重要的支撐構(gòu)件，斜拉橋的活載和恒載幾乎全通過索塔傳遞到下部的塔墩和基礎(chǔ)?？紤]到索塔混凝土材料的彈塑性、收縮徐變效應(yīng)，以及索塔受風(fēng)力、斜拉索大噸位拉力等外力作用，索塔受力相當(dāng)復(fù)雜，并且變形和應(yīng)力分布具有明顯的空間性。在斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工時，索塔將受到不平衡的縱橫向水平力作用，懸臂節(jié)段塔頂發(fā)生變位。如果變位過大，則塔底截面混凝土有可能出現(xiàn)拉應(yīng)力，這對索塔這個受壓構(gòu)件來說是極其危險的。在整個橋梁的施工中，結(jié)構(gòu)體系的受力狀態(tài)是不斷變化的，索、梁、塔間相互影響，斜拉索索力的變化將給索塔的內(nèi)力造成顯著的變化。且由于索塔分節(jié)段施工，混凝土的收

9、縮徐變效應(yīng)對索塔的施工控制及成橋后的影響需要進(jìn)行研究。對于超大跨度斜拉橋，索塔的高度也越來越高，索塔的穩(wěn)定性也需要進(jìn)行驗證。因此，研究施工階段不同荷載工況、不同施工方法、不同順序?qū)λY(jié)構(gòu)的影響、索塔各截面的應(yīng)力、位移是否滿足要求、索塔線形是否滿足要求、超高索塔的錨固點的控制等，是本文所應(yīng)研究的問題。本文以武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道跨京廣鐵路斜拉橋為工程背景，作一下研究：61、對斜拉橋整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，首先采用大型通用軟件midas 軟件對武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道跨京廣鐵路斜拉橋進(jìn)行有限元正裝迭代計算，得到整體結(jié)構(gòu)的受力情況和位移狀況，同時得出合理成橋狀態(tài)下的斜拉索索力、下橫

10、梁內(nèi)力及索塔的內(nèi)力、應(yīng)力、位移；進(jìn)而推算出施工至裸塔成型階段的線形與應(yīng)力。2、對索塔施工階段進(jìn)行有限元分析，利用大型通用軟件 midas 建立武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道跨京廣鐵路索塔分節(jié)段施工模型，模擬施工過程，按照不同的荷載工況對武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道跨京廣鐵路索塔進(jìn)行了計算分析，得到索塔分段施工各階段的計算線形與應(yīng)力。其中包括施工階段索塔在靜風(fēng)荷載作用下的分析，在溫度荷載作用下的分析，研究索塔結(jié)構(gòu)的收縮徐變效應(yīng)，論述收縮徐變理論及其計算方法，分析混凝土收縮徐變效應(yīng)對索塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響；對于主塔主要部位的不同施工方法的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與線形比較分析，則采用軟件建立對比模型，對混凝土索

11、塔懸臂施工過程中的受力、溫變、內(nèi)支撐主動施加力等進(jìn)行仿真分析。同時，研究索塔結(jié)構(gòu)的收縮徐變效應(yīng)，分析混凝土收縮、徐變對索塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，為索塔結(jié)構(gòu)施工控制提供參考依據(jù)，為工程設(shè)計和施工提供重要的參考依據(jù)。第二章第二章 斜拉橋整體結(jié)構(gòu)靜力分析斜拉橋整體結(jié)構(gòu)靜力分析本章以在建的主跨 138m 的武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道跨京廣鐵路斜拉橋大橋混合梁斜拉橋施工控制為背景，對各個施工階段進(jìn)行模擬分析，得出合理成橋狀態(tài)下斜拉索的索力以及索塔的內(nèi)力、位移參數(shù)，推7算出施工至裸塔成型階段的線形與應(yīng)力。2.1 工程概述工程概述本工程位于漢口地區(qū)東北方向，由現(xiàn)狀的黃埔大街和金橋大道組成，起于黃浦路立交落地

12、點，止于三金潭立交，全長約 6.0km。是漢口地區(qū)南北向重要的城市快速路，是聯(lián)系城市一環(huán)線、二環(huán)線、三環(huán)線的放射線和快速出城通道。主橋為獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁斜拉橋，全長 260 米，主跨 138米，跨度組成為 138+（81+41）=260 米。標(biāo)準(zhǔn)橋面寬度組成：2.5（索錨區(qū)）+0.5（防撞護(hù)欄）+15.75（行車道）+1.5（中間分隔帶）+15.75（行車道）+0.5（防撞護(hù)欄）+2.5（索錨區(qū)）=39.0 米，從里程 k2+343.144 至k2+177.6 方向由 39 米寬漸變至 49.899 米。051#墩為主塔墩，主塔和下橫梁之間采用塔、梁、墩固結(jié)體系，邊墩和輔助墩處豎向均

13、設(shè)置活動盆式橡膠支座。索塔采用“a型結(jié)構(gòu)，包括塔座、下塔柱、下橫梁、中塔柱、中橫梁、上塔柱、上橫梁。索塔總高度為 101.7 米，橋面以上為 79.0m，塔上索距為 1.8 米、1.7 米和 2.3 米。主塔塔座高度為 2 米，頂面尺寸為 9.0 米 x12.0 米，底面尺寸為 13.0米 x16.0 米。下塔柱高為 18.3 米，橫橋向?qū)挒?3.5 米6 米、順橋向?qū)挒?.5 米8 米，采用單箱單室截面，基本壁厚為 1.3 米 x1.5 米，在根部及與下橫梁交界部范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。中塔柱高 48.2 米，橫橋向等寬 3.5 米、順橋向等寬 6.5 米，采用單箱單室截面，基本壁厚為 1.0

14、米 x1.5 米，頂?shù)撞颗c中下橫梁交界部位一定范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。上塔柱高 35 米，橫橋8向等寬 3.5 米、順橋向等寬 6.5 米，采用單箱單室截面，側(cè)墻基本壁厚為 1.0米、錨固墻均為 1.4 米，頂?shù)撞颗c上下橫梁交界部位一定范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。上塔柱內(nèi)設(shè)置斜拉索錨塊。塔頂部為 1.5m 上橫梁。主塔結(jié)構(gòu)為塔梁固結(jié)體系，下橫梁即主梁 t0 節(jié)段，其頂同主梁一樣設(shè)置 1.5%斜坡，由于橋梁主跨主梁的加寬，主塔橫向中心線與主梁中心線不重合，主梁中心線處高 6 米，橫橋向均為 42.6 米，順橋向?qū)?6 米，采用上下箱型截面，頂板厚度為 0.9 米，中隔板厚度為 0.8 米、底板厚度為 0.6

15、米，腹板厚度為 1.5 米，上橫梁高 1.5 米，橫橋向為 10.84 米，順橋向同塔柱等高，采用矩形截面。主塔橫梁內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力，采用 fpk=1860mpa、15.2mm 高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，上塔柱斜拉索錨固區(qū)設(shè)置“井”字形預(yù)應(yīng)力，采用fpk=785mpa、jl32mm 精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力粗鋼筋，在塔柱縱橫向每側(cè)塔壁分別布置 2 排、4 排。塔柱截面豎向配有 32mm 受力主筋，間距 15cm，采用套筒連接，上中下塔柱配筋率不小于 1%。箍筋采用 20mm，拉筋采用 16mm。塔柱外表面均設(shè) 6mm,鋼筋網(wǎng)片。主塔采用 c55 級混凝土。斜拉索采用扇形雙索面布置，全橋共 20 對斜拉索，共 8

16、0 根。斜拉索采用 7mm 鍍鋅涂層高強(qiáng)平行鋼絲斜拉索，外擠雙層 pe，內(nèi)層為黑色，外層為彩色，鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 fpk=1670mpa。斜拉索規(guī)格共七種，即：1877，2117，2417，2657，2837，3137，3377。金橋大道跨京廣鐵路斜拉橋主梁施工節(jié)段劃分：竹葉山側(cè)主跨包括90#（21 米/2） 、mb1mb20(長均為 6 米掛籃懸澆段)，mb21(2 米長合攏段)，mb22(5.4 米長直線段)，機(jī)場側(cè)邊跨包括 0#（21 米/2） 、bb1bb6(支架現(xiàn)澆段)。金橋大道跨京廣鐵路斜拉橋主塔施工，擬采用爬模施工，分 14 次澆注完成，16 次每次澆注 5.85m，第 7 次澆注

17、5.50m，813 每次澆注5.35m，最后一次澆注 3.6m。塔柱截面橫橋向?qū)?3.5m、順橋向?qū)?6.5m，采用單箱單室截面，中塔柱基本壁厚為 1.0m1.5m,上塔柱基本壁厚為1.0m1.4m。根據(jù)主塔設(shè)計圖紙和施工組織設(shè)計圖，中塔柱與上塔柱均設(shè)置三道水平橫撐；每道橫撐為兩根 63012 的鋼管。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：(1)橋梁等級：雙向 6 車道城市快速路；(2 行車速度：60km/h；(3)荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路 i 級；(4)橋涵寬度：39.0m49.899m；(5)橋面縱坡：等于 1.5%；(6)通航標(biāo)準(zhǔn)：通航凈高不小于 24m；通航凈寬：(7)地震：地震動峰值加速度為 0.1g 設(shè)防；2.2 武漢

18、市黃浦大街武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道斜拉橋有限元模型的建立金橋大道快速通道斜拉橋有限元模型的建立采用有限元法對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析時，首先將構(gòu)件離散化，由節(jié)點坐標(biāo)等單元幾何性質(zhì)、單元的材料性質(zhì)參數(shù)、邊界點約束條件及荷載情況確定單元總數(shù)等控制參數(shù)以及單元和節(jié)點間的對應(yīng)關(guān)系。進(jìn)行單元特性分析時，單元節(jié)點力和位移間的關(guān)系式為：10ku=p式中：k為剛度矩陣；u為單元節(jié)點位移列陣；p為單元節(jié)點力列陣。本文采用基于上述原理且考慮非線性因素影響及收縮徐變影響的midas 橋梁計算軟件進(jìn)行有限元計算。計算采用非線性正裝迭代有限元法求解。用該程序進(jìn)行有限元法分析時，考慮斜拉橋幾何非線性問題，即：斜拉索單

19、元采用帶剛臂的懸鏈線索元模擬，主梁單元和索塔單元的梁柱效應(yīng)采用帶幾何剛度矩陣的梁元模擬，結(jié)構(gòu)的大位移效應(yīng)采用 cr 列式法考慮。計算模型簡圖見圖 2.1 所示。模型中，共有 104 個節(jié)點，103 個單元。其中 169 號單元為主梁單元，70 號單元為竹葉山側(cè)邊墩單元，73103號單元為主塔單元，71 號單元為機(jī)場側(cè)過渡墩單元，72 號單元為機(jī)場側(cè)邊墩單元，104143 號單元為斜拉索單元。圖 2.1 結(jié)構(gòu)計算模型圖2.2.1 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料表 2.1 模型主要材料計算參數(shù)匯總11單元類型材料類型容重(kn/m3)彈性模量 mpa線膨脹系數(shù)混凝土箱梁c55 砼26.03.45e41.0e-5

20、樁基c30 砼26.03.0e41.0e -5承臺c35 砼26.03 .15e41.0e -5邊墩及輔助墩c40 砼26.03.25e41.0e -5主塔c55 砼26.03.55e41.0e -5支座聚乙烯0(不計自重)3.0e41.0e -5斜拉索鋼絞線86.01.95e51.2e -5臨時支架鋼管0(不計自重)2.1e51.2e -52.2.2 施工工況及邊界條件的模擬施工工況及邊界條件的模擬分階段施工方法和施工順序直接影響到各個施工階段的成橋狀態(tài)的幾何構(gòu)型和內(nèi)力狀況。每一施工階段都可能伴隨結(jié)構(gòu)構(gòu)形變化；構(gòu)件材料的徐變、收縮；邊界約束增減；預(yù)應(yīng)力張拉和體系轉(zhuǎn)換等。一方面，施工方法和施工

21、順序一經(jīng)確定，幾何構(gòu)型和內(nèi)力狀況可以唯一計算確定；另一方面，也可以用施工方法和施工順序的變化來調(diào)整和改變幾何構(gòu)型和內(nèi)力狀況。后期結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與力學(xué)性能與前期施工過程有很大的關(guān)系。因此，分段施工中的施工過程模擬計算必須嚴(yán)格按照各個施工階段的實際形式進(jìn)行。施工過程模擬計算主要包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成、預(yù)應(yīng)力筋作用、施工荷載形式、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換等模擬計算。本橋的施工仿真采用前進(jìn)分析法、累加模型，根據(jù)前述的總體結(jié)構(gòu)信息、施工方式信息及各個施工階段的荷載信息對該橋進(jìn)行有限元分析。2.2.3 張拉索力的確定張拉索力的確定在計算中，先假定一個張拉索力，按正裝計算得到一個成橋狀態(tài)，將該成橋狀態(tài)與事先定好的合理成橋狀態(tài)

22、比較，按最小二乘法原理使兩個成橋狀態(tài)相差最小，以此來修正張拉索力，再進(jìn)行新的一輪正裝計算，直至收斂為止。該方法只需作正裝計算，且將不閉合原因造成的影響通過最小12二乘法原理減小到最低限度。其基本思路下圖 2-2。圖 2.2 正裝迭代法框圖通過索力的調(diào)整，最終可以使該組張拉索力計算出的成橋狀態(tài)與事先定好的合理成橋狀態(tài)吻合，在計算中確定的斜拉索初始張拉力見圖 2-2。表 2.2 主跨側(cè)線路中心線右側(cè)索力計算匯總支承板面斜拉索中心坐標(biāo)主 梁主 塔截面組成7mm鋼絲數(shù)量 n截面面積 a索力xbybzbxtytzt索號（根）（mm2）（t）（m）（m）（m）（m）（m）（m）mc1-r1877196.6

23、386.4122.200 -18.195 35.596 136.779 -12.814 75.820 mc2-r1877196.6416.5113.200 -18.137 36.059 137.156 -11.939 79.734 mc3-r2118120.2458.5110.200 -18.102 33.274 137.171 -11.296 82.376 mc4-r2118120.2496.5104.200 -18.076 36.385 136.829 -10.908 83.791 mc5-r2419274.8530.898.200 -18.057 36.527 136.505 -10.5

24、24 85.285 mc6-r2419274.8563.792.200 -18.044 36.620 136.489 -10.090 87.165 mc7-r26510198.4604.083.200 -18.033 36.680 136.476 -9.666 89.002 mc8-r26510198.4634.880.200 -18.025 36.715 136.463 -9.250 90.811 mc9-r28310891.1660.674.200 -18.018 36.736 136.452 -8.840 92.599 mc10-r28310891.1683.168.200 -18.01

25、2 36.749 136.442 -8.433 94.372 mc11-r31312045.7713.062.200 -18.008 36.755 136.433 -8.030 93.133 mc12-r31312045.7733.253.200 -18.003 36.755 136.425 -7.629 97.886 mc13-r31312045.7753.950.200 -18.000 36.752 136.417 -7.229 99.632 mc14-r31312045.7770.744.200 -17.997 36.745 136.411 -6.831 101.371 mc15-r31

26、312045.7783.438.200 -17.994 36.735 136.404 -6.435 103.107 13mc16-r31312045.7788.732.200 -17.992 36.722 136.399 -6.016 104.936 mc17-r31312045.7808.423.200 -17.990 36.707 136.394 -5.599 106.763 mc18-r31312045.7798.820.200 -17.988 36.691 136.390 -5.182 108.587 mc19-r31312045.7797.014.200 -17.987 36.674

27、 136.386 -4.766 110.408 mc20-r31312045.7787.28.200 -17.985 36.655 136.382 -4.351 112.228 表 2.3 主跨側(cè)線路中心線左側(cè)索力計算匯總支承板面斜拉索中心坐標(biāo)主 梁主 塔截面組成7mm鋼絲數(shù)量 n截面面積 a索力xbybzbxtytzt索號（根）（mm2）（t）（m）（m）（m）（m）（m）（m）mc1-l1877196.6393.5122.200 21.206 35.550 136.776 14.752 75.807 mc2-l1877196.6422.0113.200 21.533 36.007 137.

28、156 13.850 79.732 mc3-l2118120.2463.9110.200 21.885 33.217 137.172 13.207 82.376 mc4-l2118120.2501.2104.200 22.246 36.322 136.830 12.844 83.789 mc5-l2419274.8536.098.200 22.615 36.458 136.505 12.482 85.283 mc6-l2419274.8568.592.200 22.989 36.545 136.490 12.049 87.163 mc7-l26510198.4608.983.200 23.36

29、6 36.600 136.476 11.627 89.000 mc8-l26510198.4639.580.200 23.746 36.629 136.463 11.212 90.809 mc9-l28310891.1665.374.200 24.127 36.644 136.452 10.802 92.597 mc10-l28310891.1690.768.200 24.509 36.651 136.442 10.396 94.370 mc11-l31312045.7717.962.200 24.892 36.652 136.433 9.993 93.131 mc12-l31312045.7

30、740.953.200 25.276 36.646 136.425 9.593 97.884 mc13-l31312045.7758.550.200 25.660 36.637 136.418 9.194 99.630 mc14-l31312045.7775.144.200 26.045 36.624 136.411 8.796 101.370 mc15-l31312045.7787.638.200 26.431 36.608 136.405 8.400 103.105 mc16-l31312045.7792.532.200 26.816 36.589 136.399 7.982 104.93

31、5 mc17-l31312045.7811.723.200 27.202 36.569 136.394 7.565 106.761 mc18-l31312045.7801.520.200 27.588 36.547 136.390 7.149 108.585 mc19-l31312045.7799.114.200 27.975 36.524 136.386 6.733 110.407 mc20-l31312045.7788.48.200 28.361 36.500 136.382 6.318 112.226 表 2.4 邊跨側(cè)線路中心線右側(cè)索力計算匯總支承板面斜拉索中心坐標(biāo)主 梁主 塔截面組成

32、7mm鋼絲數(shù)量 n截面面積 a索力xbybzbxtytzt索號（根）（mm2）（t）（m）（m）（m）（m）（m）（m）sc1-r1877196.6375.1153.800 -18.195 35.326 139.242 -12.829 75.738 sc2-r1877196.6393.5159.800 -18.136 35.686 138.843 -11.946 79.720 14sc3-r2118120.2450.2165.800 -18.102 35.798 138.822 -11.302 82.375 sc4-r2118120.2483.0171.800 -18.076 35.807 1

33、39.165 -10.915 83.778 sc5-r2419274.8509.7177.800 -18.057 35.845 139.494 -10.531 85.261 sc6-r2419274.8539.0183.800 -18.044 35.837 139.508 -10.097 87.141 sc7-r26510198.4561.0189.800 -18.033 35.801 139.522 -9.673 88.978 sc8-r26510198.4617.0195.800 -18.025 35.748 139.534 -9.257 90.787 sc9-r28310891.1648

34、.6201.800 -18.018 35.684 139.545 -8.846 92.576 sc10-r28310891.1690.0207.800 -18.012 35.610 139.555 -8.440 94.349 sc11-r31312045.7714.9213.800 -18.007 35.530 139.564 -8.036 93.110 sc12-r31312045.7748.8220.500 -18.094 34.906 139.572 -7.635 97.863 sc13-r31312045.7786.6225.900 -18.012 35.281 139.579 -7.

35、235 99.609 sc14-r33712969.3801.3229.600 -18.012 35.220 139.581 -6.844 101.324 sc15-r33712969.3812.1233.300 -18.011 35.157 139.584 -6.452 103.038 sc16-r33712969.3824.1237.000 -18.011 35.093 139.586 -6.039 104.849 sc17-r33712969.3848.8240.700 -18.010 35.028 139.587 -5.625 106.660 sc18-r33712969.3844.1

36、244.400 -18.010 34.963 139.589 -5.212 108.469 sc19-r33712969.3851.5248.100 -18.010 34.898 139.591 -4.799 110.278 sc20-r33712969.3849.8251.800 -18.009 34.832 139.592 -4.386 112.087 表 2.5 邊跨側(cè)線路中心線右側(cè)索力計算匯總支承板面斜拉索中心坐標(biāo)主 梁主 塔截面組成7mm鋼絲數(shù)量 n截面面積 a索力xbybzbxtytzt索號（根）（mm2）（t）（m）（m）（m）（m）（m）（m）sc1-l1877196.6374

37、.7153.800 19.147 35.310 139.244 14.856 75.734 sc2-l1877196.6392.3159.800 18.703 35.677 138.843 13.999 79.720 sc3-l2118120.2448.4165.800 18.282 35.795 138.822 13.355 82.375 sc4-l2118120.2481.2171.800 18.025 35.806 139.165 12.940 83.778 sc5-l2419274.8507.7177.800 18.015 35.845 139.494 12.532 85.262 sc

38、6-l2419274.8537.0183.800 18.007 35.837 139.508 12.094 87.141 sc7-l26510198.4558.7189.800 18.001 35.801 139.522 11.668 88.978 sc8-l26510198.4614.6195.800 17.996 35.748 139.534 11.250 90.788 sc9-l28310891.1645.7201.800 17.992 35.684 139.545 10.838 92.576 sc10-l28310891.1686.7207.800 17.989 35.610 139.

39、555 10.430 94.349 sc11-l31312045.7712.2213.800 17.986 35.530 139.564 10.026 93.110 sc12-l31312045.7746.7220.500 18.056 34.906 139.572 9.623 97.863 sc13-l31312045.7785.3225.900 17.991 35.281 139.579 9.223 99.609 sc14-l33712969.3800.5229.600 17.992 35.219 139.581 8.831 101.324 sc15-l33712969.3812.0233

40、.300 17.992 35.157 139.584 8.439 103.038 sc16-l33712969.3824.5237.000 17.992 35.093 139.586 8.026 104.849 sc17-l33712969.3848.7240.700 17.992 35.028 139.587 7.612 106.660 15sc18-l33712969.3845.5244.400 17.993 34.963 139.589 7.198 108.469 sc19-l33712969.3853.5248.100 17.993 34.898 139.591 6.785 110.2

41、78 sc20-l33712969.3852.3251.800 17.993 34.832 139.592 6.372 112.087 表 2.6 成橋恒載作用下主塔受力情況表項目分項計算值dx-252.7位移(mm)索塔頂dz43彎矩(kn .m)索塔底m214873.2最大壓應(yīng)力dx-8.8成橋恒載狀態(tài)應(yīng)力(mpa)最大拉應(yīng)力dx0注明：dx 為順橋向方向，dz 為垂直方向。第三章第三章 索塔施工階段計算與施工控制分析索塔施工階段計算與施工控制分析斜拉橋混凝土索塔的施工主要包括基礎(chǔ)施工、承臺施工、下塔柱施工、下橫梁施工、中塔柱施工、中橫梁施工、上塔柱施工及塔頂上橫梁施工等八大施工階段。施工

42、控制中的一些參數(shù)計算是隨著施工過程而進(jìn)行的，不同的施工階段，所需要計算的主要控制參數(shù)不同。在索塔施工控制中，水平橫撐的設(shè)計、主塔的預(yù)拋高、拉索錨點位置的修正以及斜塔柱的修正數(shù)據(jù)對塔的安全與線形控制至關(guān)重要。3.1 索塔水平橫撐的施工設(shè)計索塔水平橫撐的施工設(shè)計混凝土直索塔一般采用懸臂裸塔爬模法施工，這種方法通常用在索塔高 100 多米左右，塔柱斜率不大，施工懸臂不長的情況。而對于一些大跨斜拉橋的既高而且傾斜率又大的索塔，由于索塔的大斜率而在懸臂狀態(tài)下由自重和施工荷載等產(chǎn)生的水平分力會在塔柱根部形成較大的彎矩，使塔柱根部外側(cè)混凝土出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力而引起開裂，甚至在成橋后塔柱根部16內(nèi)外側(cè)壓應(yīng)力嚴(yán)重

43、不均使成橋后的塔柱底截面內(nèi)側(cè)的壓應(yīng)力超出設(shè)計要求，從而影響索塔的使用壽命，因而在施工過程中采取有效的控制措施是必不可少的。設(shè)置一定的水平支撐，或者施加主動支撐力來減少水平分力的影響，使施工階段的附加應(yīng)力控制在允許的范圍內(nèi)，就是一種有效的施工控制措施。為了減少水平分力的影響，設(shè)置支撐的方法通常有兩種。第一種方法為在塔柱施工過程中搭設(shè)滿堂腳手架支撐。其特點為；(1)、工作量大，耗費(fèi)人力、物力多，工作效率不高，進(jìn)度慢；(2)、隨著塔柱高度的增加，腳手架的搭設(shè)會更加麻煩，而且在風(fēng)力的影響下，施工安全度也大大下降；(3)、施工中需要設(shè)置水平穩(wěn)定析架及塔吊、電梯附墻支架，這將與滿堂腳手架鋼管發(fā)生沖突，使其

44、操作產(chǎn)生困難；(4)、滿堂支架屬于被動支架，它本身存在很大的彈性、非彈性變形，無法克服塔柱施工過程中自重和施工荷載引起的附加內(nèi)力。由于以上原因，這種方法一般用于水平力小、不太高的下塔柱施工。第二種方法是采用橫向鋼管支撐。此方法，可用幾道直徑較大的橫向鋼管支撐作為主塔施工臨時撐桿。在塔柱施工過程中有一定分隔高度，與塔柱臨時固結(jié)在一起形成框架，增強(qiáng)塔柱施工過程中的橫橋向的穩(wěn)定性和安全性，保證結(jié)構(gòu)的線形與應(yīng)力滿足設(shè)計要求，且鋼管本身具有很好的橫向剛度，又能作為塔吊和電梯的附墻，同時在安裝橫向的鋼管橫撐時，可利用本身較大剛度和強(qiáng)度用千斤頂對塔柱內(nèi)側(cè)施力變被動支撐為主動支撐，完全克服了塔柱施工過程中自重

45、和施工荷載而引起的附加應(yīng)力的積累。因17而采用橫撐是較為簡潔而又行之有效的方案。主動橫撐的設(shè)計包括橫撐支撐位置、主動力和橫撐結(jié)構(gòu)的選定。3.1.1 橫撐支撐位置確定的原則和方法橫撐支撐位置確定的原則和方法由于塔柱根部混凝土截面應(yīng)力控制是整個塔柱施工方案設(shè)計中的控制關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)塔柱根部在懸臂澆注過程中自重、溫度、收縮徐變、支撐主動力、施工荷載作用下不產(chǎn)生裂縫(應(yīng)留有安全儲備)的最大懸臂高度再扣除一定的高度(主要考慮爬模工作空間并結(jié)合塔吊和電梯附墻位置)來確定橫撐位置。對于傾斜度較小的斜塔柱，則應(yīng)綜合考慮施工中的穩(wěn)定性、安全性以及便利性，確定主動橫撐的位置。圖 3-1 橫撐計算圖示1)第一道橫撐位

46、置確定(如圖 3-1)=m*y/j-n/ar1k (3-1)h=h- (3-2)式中：塔柱根部受拉邊緣混凝土的計算應(yīng)力；18m：第一道橫撐施加前塔柱根部高度計算范圍 h 內(nèi)的索塔自重和施工荷載在根部產(chǎn)生的彎矩；j：塔柱根部截面慣性矩；y：塔柱根部截面中性軸到受拉邊緣的距離：n：第一道橫撐施加前塔柱根部高度計算范圍 h 內(nèi)的索塔自重和施工荷載在根部產(chǎn)生的軸力；a：塔柱根部截面面積；r1：澆注到 h 高度對塔柱根部混凝土預(yù)期標(biāo)號的極限拉應(yīng)力；k：安全系數(shù)；h：橫撐高度；：扣除高度值。2)其他橫撐位置確定由于安裝好第一道橫撐后，其與懸臂狀態(tài)的塔柱構(gòu)成一個框架。第一道橫撐上部新澆注塔柱的自重對第一道橫

47、撐位置中塔柱混凝土截面的影響明顯，而對塔柱根部截面應(yīng)力影響較小，因而，可以對第一道橫撐位置處塔柱混凝土截面進(jìn)行應(yīng)力控制以確定第二道橫撐的位置高度。依此類推，確定其他橫撐的位置，自至塔柱澆注完畢。針對武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道跨京廣鐵路斜拉橋索塔，按照以上原則，同時考慮中塔柱施工時的穩(wěn)定性，在中塔柱設(shè)置 6 道主動水平橫撐。設(shè)置位置分別為：48.90m，60.60m，72.30m，83.65m，93.85m，104.55m(此為實際高程值)。結(jié)構(gòu)的橫橋向控制拉應(yīng)力按 1.89mpa，壓應(yīng)力按 24.4 mpa。如圖 3-2 所示。19圖 3-2 所示3.1.2 水平橫撐主動力的確定方法水平

48、橫撐主動力的確定方法橫撐位置確定以后，主動施力的大小成為控制施工過程應(yīng)力的關(guān)鍵，力小達(dá)不到預(yù)期的效果，力大則過猶不及，甚至?xí)绊懰w線形，因此水平撐力太大太小都難以保證控制口標(biāo)的實現(xiàn)。一般對變形和內(nèi)力進(jìn)行雙控，在滿足塔柱各截面受力要求的同時確保塔柱線形，以設(shè)計單位提供的理想狀態(tài)下成塔(在施工過程中不產(chǎn)生不利施工附加內(nèi)力)的內(nèi)力為參照，20保證塔柱完成后塔柱內(nèi)力與其盡可能接近。迭代法計算方法： （1）施工加載順序分階段計算自至成塔全過程；（2）根據(jù)計劃工期對應(yīng)施工階段計算區(qū)間溫差的影響；（3）對應(yīng)加載階段計算橫撐加壓荷載，計算中先按施加單位力(1000kn)計算；（4）計算從工往下逐道拆除橫

49、撐，先按施加單位力(1000kn)代替解除約束來計算；（5）根據(jù)（3）的計算結(jié)果，分析以不同的壓力試算，即在單位力影響矩陣上加載；（6）根據(jù)的計算結(jié)果與（1） 、 （2）的計算結(jié)果疊加，由此得出成塔時橫撐端的軸力；（7）將（6）計算得到的橫撐軸力與（4）的計算結(jié)合，解出各橫撐在拆除過程中的兩端軸力，并由此計算出拆除橫撐時塔柱各節(jié)點的內(nèi)力；（8）將（6）和（7）的計算結(jié)果疊加，即得最終成塔時的內(nèi)力；（9）所得最終結(jié)果再按施工加載順序復(fù)算一遍，加工風(fēng)荷載等臨時荷載進(jìn)行復(fù)核；在武漢市黃浦大街-金橋大道快速通道跨京廣鐵路斜拉橋索塔模型中，先按照 1000kn 的水平力進(jìn)行四個橫撐的水平力施加。3.1.

50、3、荷載、荷載（1） 結(jié)構(gòu)自重結(jié)構(gòu)自重包括鋼筋混凝土自重、爬模結(jié)構(gòu)自重及臨時施工荷載。21主塔塔柱鋼筋混凝土容重為。32.6t m爬模結(jié)構(gòu)自重及臨時施工荷載：70t/單側(cè)塔柱；（2） 溫度荷載按不考慮溫度荷載、升溫 20、降溫 20三種情況下分別計算塔柱及橫撐受力。（3）預(yù)應(yīng)力荷載中橫梁與上橫梁施工均需預(yù)應(yīng)力張拉，預(yù)應(yīng)力束均采用 1215.2 高強(qiáng)低松弛鋼絞線，其公稱抗拉強(qiáng)度 f=1860mpa,彈性模量 e=195gpa。上橫梁與下橫梁預(yù)應(yīng)力束錨下控制應(yīng)力 。0.72contkf（4） 風(fēng)荷載金橋大道跨京廣鐵路斜拉橋處于城市市區(qū)，風(fēng)荷載對橫撐及塔柱受力影響較小，計算不考慮其參與荷載組合。3.

51、1.4、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算采用 midas 軟件進(jìn)行施工階段分析計算，其中中塔柱施工第一道橫撐計算主動對頂力為 251t，單個千斤頂對頂力為 62.75t；第二道橫撐計算主動對頂力為 92t,單個千斤頂對頂力為 23t，第三道橫撐計算主動對頂力為131t,單個千斤頂對頂力為 32.75t。其中上塔柱施工第一道橫撐設(shè)計施工初始對頂力為 100t，單個千斤頂對頂力為 25t；上塔柱第二道橫撐設(shè)計施工初始對頂力為 98t,單個千斤頂對頂力為 24.5t；上塔柱第三道橫撐設(shè)計施工初始對頂力為 84t,單個千斤頂對頂力為 21t。表 3-1 施工階段分析計算工況表22工況一爬模施工完第 5、6、

52、7 節(jié)段混凝土工況二在第 7 節(jié)段頂安裝中塔柱第一道橫撐，并施加頂力 251t工況三爬模施工完成第 8 和第 9 節(jié)段混凝土工況四在第 9 節(jié)段頂安裝中塔柱第二道橫撐，并施加頂力 92t工況五爬模施工完成第 10、11 節(jié)段工況六安裝中塔柱第三道橫撐，并施加頂力 131t工況七爬模施工完成第 12、13 節(jié)段工況八安裝上塔柱第一道橫撐，并施加頂力 100t工況九爬模繼續(xù)施工 14 節(jié)段混凝土工況十施工中橫梁工況十一張拉中橫梁預(yù)應(yīng)力鋼筋工況十二爬模施工完成第 14、15 節(jié)段工況十三安裝上塔柱第二道橫撐，并施加頂力 98t工況十四爬模施工完成第 16、17 節(jié)段工況十五安裝上塔柱第三道橫撐，并施

53、加頂力 84t工況十六爬模施工完成第 18、19 節(jié)段施工各階段圖見下圖所示(a1g2 為整個塔柱施工應(yīng)力控制點即最不利截面的上邊緣與下邊緣對應(yīng)點）： 工況一工況一 工況二工況二 工況三工況三 工況四工況四a1a2b1b223 工工況五況五 工況六工況六 工況七工況七 工況八工況八 工況九工況九 工況十（張拉預(yù)應(yīng)力）工況十（張拉預(yù)應(yīng)力）d1d2c1c224 工況十一工況十一 工況十二工況十二 工況十三工況十三 工況十四工況十四 e1e2f1f2g1g225工況十五工況十五 工況十六工況十六1、 鋼管橫撐未考慮溫度荷載作用各階段的混凝土控制點應(yīng)力值通過整理，見下表所示：表表 3-23-2 各工況

54、下塔柱控制點應(yīng)力表各工況下塔柱控制點應(yīng)力表塔柱控制點的混凝土應(yīng)力(mpa) 項目工況1a2b1b2c1c2d1d2e1e2f1f2g1g2工況一+0.98+0.98 -1.93工況二-1.11 +0.09工況三+0.31+0.31 -1.92 +1.1+1.11 1 -2.12工況四-0.86 -0.77 +0.28 -1.30工況五-0.82 -1.43 +0.86 -2.49+1.0+1.0-2.0工況六-1.20 -1.03 -0.01 -1.62 +1.06 -2.05工況七-1.70 -1.10 -0.08 -2.11 -0.14 -0.88+ +0.90.9-1.8工況八-1.54

55、 -1.26 -0.26 -1.93 +0.31 -1.90 +0.06 -1.00工況九-1.74 -1.33 -0.40 -2.07 -0.30 -1.56 +0.17 -1.40工況十-2.10 -1.46 -0.70 -2.26 -0.49 -1.87 +0.29 -2.02工況十一-1.81 -1.76 -0.50 -2.48 -0.50 -1.86 -0.45 -1.25工況十二-2.03 -1.83 -0.67 -2.58 -0.60 -2.04 -0.37 -1.62 +0.84 -1.74工況十三-1.94 -1.91 -0.63 -2.62 -0.64 -2.00 -0.6

56、1 -1.38 +0.12 -1.05工況十四-2.26 -2.15 -0.93 -2.88 -0.90 -2.29 -0.75 -1.80 +0.53 -2.04 +0.90-1.83工況十五-2.22 -2.19 -0.92 -2.89 -0.92 -2.28 -0.85 -1.70 +0.06 -1.57 +0.19-1.15工況十六-2.31 -2.29 -1.01 -3.00 -1.01 -2.37 -0.95 -1.780-1.69 +0.25-1.40+0.23+0.23-0.80表中“+”為拉應(yīng)力， “-”為壓應(yīng)力。表表 3-33-3 各工況下塔柱頂部位移及鋼管內(nèi)力表各工況下塔

57、柱頂部位移及鋼管內(nèi)力表水平位移（mm）中塔柱橫撐單根鋼管壓力(t)上塔柱橫撐單根鋼管壓力(t) 項目工況塔柱頂端橫撐 1橫撐 2橫撐 3橫撐 1橫撐 2橫撐 3工況一+2.0工況二-0.7-124.7工況三+8.8-162.6工況四+3.3-137.2-45.9工況五+10.7-148.0-126.8工況六+0.5-136.0-44.2-65.7工況七+8.6-132.9-51.2-142.4工況八+2.0-134.7-43.8-79.0-49.4工況九+2.1-133.3-40.6-81.7-82.8工況十+3.5-130.5-30.7-68.7-97.4工況十一+1.8-137.0-58.

58、2-118.9-109.9工況十二+3.1-135.2-51.9-110.5-122.226工況十三+0.2-136.9-58.3-118.9-108.2-45.4工況十四+7.1-135.7-54.2-113.3-114.6-127.3工況十五+2.6-136.4-57.0-117.1-109.7-71.0-42.5-42.5工況十六+1.1-136.4-57.0-117.1-109.2-72.3-68.1-68.1表中“+”表示塔柱頂端位移向內(nèi)傾斜， “-”為塔柱頂端位移向外傾斜，對于鋼管受力“+”鋼管受拉， “-”表示鋼管受壓。主塔柱混凝土受壓應(yīng)力最大值為 3.0mpa，受拉應(yīng)力最大值為

59、1.1mpa；橫撐單根鋼管最大軸向壓力為 162.6t（每道橫撐包括兩根鋼管） 。由上述計算結(jié)果可知：主塔通過橫撐作用，位移明顯減小，至中橫梁準(zhǔn)備澆筑合龍時，塔柱頂端單側(cè)向內(nèi)傾斜為 2.2mm；至上橫梁準(zhǔn)備澆筑合龍時，塔柱頂端單側(cè)向內(nèi)傾斜為 1.2mm；滿足施工要求。主塔線形如下圖所示。 27圖圖 3-33-3 中橫梁準(zhǔn)備澆注合龍時的塔柱位移圖（中橫梁準(zhǔn)備澆注合龍時的塔柱位移圖（mmmm）28圖圖 3-43-4 上橫梁準(zhǔn)備澆注合龍時的塔柱位移圖（上橫梁準(zhǔn)備澆注合龍時的塔柱位移圖（mmmm）2、鋼管橫撐考慮溫度荷載作用、當(dāng)實際溫度與鋼管橫撐初始安裝溫度有差別時，鋼管橫撐將產(chǎn)生29溫度荷載，且溫度

60、荷載作用對主塔及鋼管受力影響較大。當(dāng)鋼管橫撐實際溫度與初始安裝溫度相比，升溫 20時，考慮塔柱混凝土體積較大，受溫度影響較小，計算假定塔柱溫度不變，考慮鋼管橫撐升溫對塔柱的影響。主塔應(yīng)力、變形及鋼管橫撐內(nèi)力如下表所示：表表 3-43-4 升溫升溫 2020后各工況塔柱控制點的應(yīng)力后各工況塔柱控制點的應(yīng)力塔柱控制點的混凝土應(yīng)力(mpa)項目工況1a2b1b2c1c2d1d2e1e2f1f2g1g2工況一+0.9+0.98 8 -1.93工況二（中塔柱橫撐 1升溫）-2.63 +1.57+1.57工況三-1.21 -0.45 +1.+1.0505 -2.04工況四（中塔柱橫撐 2升溫）-3.26