芜湖长江公路二桥斜拉索施工过程的力学计算与应用

芜湖长江公路二桥斜拉索施工过程的力学计算与应用

汪龙军殷旭敏王晓飞

中交二航局第四工程有限公司

摘要：斜拉桥索力的大小以及偏差范围直接影响着斜拉桥的工作状态和使用寿命，施工阶段采用准确的方法进行合理的索力控制是保证斜拉桥顺利施工和后序运营的必要手段。本文通过芜湖长江公路二桥斜拉索张拉施工阶段索力控制方法为类似施工桥型提供借鉴。

关键词：斜拉桥；平行钢绞线；力学计算与应用

引言：

现代斜拉桥拉索种类主要有平行钢丝拉索和平行钢绞线拉索两种。平行钢丝拉索是将若干根钢丝平行并拢，平行同向扭绞扎紧外表用PE护套做防护。一根拉索重量大施工过程中需要重型起重设备，斜拉索张拉施工时只能使用大型千斤顶张拉且对空间要求极高，当需要更换时只能整体更换。平行钢绞线斜拉索是由单根带PE护套的镀锌钢绞线组成，钢绞线最外层是HDPE护套作为防护。平行钢绞线施工过程中无需重型起重设备，钢绞线防护更加严密，当需要更换拉索时可以进行单根更换，张拉过程中只需使用小型千斤顶张拉，操作更加轻便。

现在国内对于平行钢绞线斜拉索施工索力控制方法一般采用柳州欧维姆机械制造股份有限公司的等值张拉法或者安徽威胜利预应力产品公司的数值张拉法，其中威胜利的张拉方法因涉及专利问题而使用较少，主要是威胜利公司自己使用。柳州欧维姆机械制造股份有限公司等值张拉法在张拉过程中一个张拉点需要两套索力传感器，在芜湖二桥张拉施工中需投入16套，设备投入费用高且张拉过程中操作也比较繁琐。为此我们开发了一套以计算为主要模式的张拉计算公式，方便快速指导施工，同时很好控制了索力，索力均匀性可控制在每根斜拉索的各股钢绞线的离散误差不大于理论值的±2%范围内，起到了很好的现场指导作用。

1.工程概况

芜湖长江公路二桥跨江主桥设计为主跨为806m的斜拉桥，跨径布置为（100+308+806+308+100）m。主塔为高262.48m柱式塔，桥面采用分离式设计，左右幅之间通过永久横梁连接，斜拉索采用8索面同向回转平行钢绞线斜拉索。通过创新性的同向回转鞍座使斜拉索对塔柱产生的拉应力通过回转鞍座形成环绕塔柱的径向压力，从混凝土的受力原理上避免的裂缝的产生。同时由于其同向回转鞍座系统使斜拉索钢绞线的张拉施工全部在梁面进行，使斜拉索张拉更加快速、方便、安全。斜拉索采用抗拉标准强度为1860MPa平行钢绞线斜拉索，全桥共216根斜拉索。在索塔上除N1~N3拉索采用齿板锚固方式外，其余拉索（N4~N25）均采用同向回转索鞍锚固体系进行锚固。根据索力的不同，全桥共采用15.2-15、15.2-17、15.2-19、15.2-22、15.2-25、15.2-27、15.2-29、15.2-31、15.2-33、15.2-39、15.2-41等11种规格的拉索，根据钢束孔数和锚固形式的不同，单根斜拉索采用15.2-22L、15.2-27L、15.2-31L、15.2-37L、15.2-43L、15.2-22G、15.2-31G、15.2-37G等8种规格锚具，斜拉索张拉端均设置在梁端。

2.力学计算过程

斜拉索施工过程中，监控单位根据其计算模型所提供的索力是将桥面抬到设计位置时斜拉索的内力N，而在具体施工过程中张拉时张拉的索力P是大于斜拉索内力N的。斜拉索张拉过程中梁面锚点处梁面因为张拉力而抬高H，此时已经张拉过的斜拉索由于梁面抬高而发生回缩ΔL，使索力P慢慢变为N。

在施工过程中若锚固住梁面再给予拉索P的张拉力，待索力不在发生变化时，解除约束此时梁面抬高索力变小有以下公式：

图-1张拉前后回缩模拟

3.工程实际应用实例

以下通过中交二航局芜湖长江公路二桥斜拉索施工过程中索力控制来介绍上述索力计算方法在实际工程中的应用。

我们以Z4-AW19为例进行计算。本编号索规格型号为15-29型，既此索包括29根钢绞线，索长712.658m。此编号锚拉板角度α=0.608549。

图-219#斜拉索一张施工预报表

一张采用分级张拉，在穿索过程中，穿索过程中张拉80%索力，剩余20%索力待所有钢绞线穿毕用以修正和调整整体索力平均值。下图为穿索过程中80%索力情况。由一张施工张拉预报表可知，本次整体索力1727KN，梁端变形量为0.947m，输入以下EXCEL计算表格，得出每份钢绞线施工过程中张拉索力，由此可知第一根张拉索力为74.13KN。

图-3一张施工张拉第一次索力计算表

待所有钢绞线穿毕，进行一张第二级张拉，补张剩余20%索力。补张20%前计算时要进行梁段变形监测，在计算索力时进行变形量修正，以实际需要变形量为参数，进行计算索力。比如，变形量还需0.3m才能达到相应设计标高，则需按照设计索力与实际所需变形量进行计算。计算过程如下图。

图-4一张第二次张拉计算表

4.结束语

通过以上计算过程，中交二航局承建的芜湖长江公路二桥钢箱梁架设和四索面同向回转斜拉索体系施工圆满完成，达到了相应技术质量要求的同时，也高效的完成了个工序衔接工作，为总体施工争取了宝贵时间，同时为后续类似桥梁施工提供了方便快捷的计算方法，望此计算应用不断改进，指导更多施工。

参考文献

[1]《公路桥梁施工技术规范》JTJ-F50-2011；