施工期转体斜拉桥有效预应力对线形控制影响研究

第48卷第23期施工技术CONSTRUCTION TECHNOLOGY23DOI ：10. 7672/sgjs2019230023施工期转体斜拉桥有效预应力对线形控制影响研究马成涛I,王啥2,刘佳琪2(1•中铁十局集团有限公司，山东济南 250061；2•山东大学岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061 )〔摘要］依托邯济铁路至胶济铁路联络线工程特大转体桥，开展基于“拉脱法”的锚下有效预应力检测基于有效

预应力实测数据，采用概率统计的方法开展全桥有效预应力评估，基于有限元软件Midas建立全桥模型，开展转体 斜拉桥施工过程中有效预应力对线形控制的影响分析。研究结果表明：全桥有效预应力的分布服从正态分布，并

拟合出正态分布概率密度函数；利用Midas建立全桥施工模型，通过计算不同预应力值对桥梁施工期挠度的影响， 对比发现预应力值与梁体挠度呈负相关，预应力减少10%,梁体挠度变化率约增大15%。［关键词］桥梁工程；斜拉桥；有效预应力；拉脱法；有限元分析；线形控制［中图分类号］U448. 27

［文献标识码］A ［文章编号］1002-8498(2019)23-0023-05Study on Effect of Effective Prestress of Swivel Cable-stayed Bridge

on Linear Control in ConstructionMA Chengtao1, WANG Han2, LIU Jiaqi2(1. China Railway \\Oth Bureau Group Co. , Ltd. , Ji * nan, Shandong 250061 , China ；2. Geotechnical and Structural Engineering Research Center, Shandong University, Ji * nan , Shandong 250061 , China )Abstract: Based on super large swivel bridge of Handan-Ji' nan Railway to Qingdao-Ji' nan Railway rail

link engineering, effective prestress of prestressed steel strand under the anchorage based on the \"lift-off

method” is carried out. Based on the effective prestress measured data, this paper adopts the method of

probability and statistics in effective prestressed bridge assessment, Midas/Civil is used to build the full bridge model and analyze the influence of effective prestress on linear control in construction process of

swivel cable-stayed bridge. The results show that the effective prestress distribution of the whole bridge is

normal distribution, fitting the probability density function of normal distribution. By analysis of lhe influence of different prestress value in the bridge deflection construction, compared with prestressed

value and negatively correlated with the girder deflection, the prestress reduces 10%, the girder

deflection rate increases about 15%.Key words: bridges ； cable stayed bridges ； effective prestress ； lift-off method ； finite element analysis ；

linear controlo引言桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计轴线

对于转体桥的预应力结构，预应力束筋有效值 是否满足设计要求及其分布状态对桥梁安全有至

位置制作成型后通过转体就位的一种施工方法。 关重要的意义。根据桥梁结构的转动方向，可分为竖转法、平转法 及两者相结合的施工方法，其中平转法的应用最广

影响预应力混凝土桥的有效预应力分布状态 的因素很多，如张拉工艺、混凝土收缩徐变、孔道摩

泛⑴，且对变截面梁桥、斜拉桥及拱桥等均可进行 转体施工3)。［作者简介］马成涛，工程师.E-mail：3376960056(» qq.com〔通讯作者］王 晴，硕士研究生,E-mail ：1217333184@ qq.com［收稿日期］2019-03-22阻等都会对有效预应力值产生影响。孟祥源'对

线形控制和应力控制进行分析研究，从平面线形监 控及高程线形监控岀发，对桥梁的线形和应力状态

进行了控制分析；马牛静等通过极限平衡法计算 钢筋的影响，对预应力混凝土斜拉桥施工过程中的

24施工技术第48卷混凝土收缩徐变效应进行了研究；郭琦等\"基于预 应力损失理论，建立了具有普遍意义的拟摩阻损失

函数简化解析算法；谢峻等\"对导致下挠问题的成 因在机理上进行了解释，并对桥梁混凝土施工及箱

梁下挠的防治技术进行了论述；汪剑等提出同时*

斜拉索,

锚块a主桥正视图--梁体中心线

号一

斜拉索锚块考虑混凝土温度、环境相对湿度、箱梁局部理论厚

度等因素及其变化的混凝土收缩应变和徐变系数 计算方法，并将其应用于实际桥梁的收缩徐变效应

分析中；牛艳伟等⑼得出梁跨中下挠的发展趋势呈 现出“快速-缓和-加速”特征，且部缝出现后,

即使相对较稳定，桥梁挠度也会继续增大。125 1360b主桥横断面图1主桥结构25对于预应力混凝土结构中有效预应力分布状

态及预应力变化对桥梁竖向变形的影响有待进一 步研究。本文利用反拉法对桥梁的有效预应力进

Fig.l The main bridge行了检测得出有效预应力正态分布的概率密度

函数。利用Midas建立全桥施工模型，分析预应力 值变化对桥梁线形的影响。1预应力测试及结果分析1.1 工程概况本文预应力研究对象为山东省内邯济铁路至 胶济铁路联络线工程特大转体桥，转体质量为

25 000to主桥总体设计为独塔双索面有酢轨道矮塔

加劲预应力混凝土 T构，孔跨布置为(120+120)mo

桥梁采用塔梁刚接的结构体系，主梁为三向预应力 结构，桥塔内同样配置预应力钢束，斜拉索采用扇

图2检测装置Fig.2 Detection device形布置，曲率半径为800m。主梁全长239. 8m,计算跨径为(119.05 +

根据测试的钢绞线张拉力-时间关系曲线(见图

119.05)m,边支座中心线至梁端0. 85m (见图1)。

索塔梁顶面以上全高29.7m。采用实心截面，外轮 廓做倒角处理。索塔横向宽度均为4~6m。为抵消 桥塔横向弯矩，索塔下塔柱部分布置有竖向预应力。3)得出钢绞线预应力值。200 [ 150.

AB100 截面采用单箱双室、变高度连续箱梁，中支点 截面梁高7.0m,跨中及边跨等高段梁高4.5m,梁底

50.0l-------.------------.----------._____.5 10 15 20 25时间/s图3钢绞线张拉力■时间关系下缘按二次抛物线变化。一般段箱梁顶宽16.1m, 底宽13.6m,中支点顶宽局部加宽至16.5m。顶板

厚度除支点附近均为0. 4m；采用直腹板形式，腹板 厚0. 5m —>0. 7m —>■ 0. 8m,按折线变化；底板厚由

Fig.3 Tension-time curve of steel strand0. 4m变化至根部的lm。1.2预应力检测方法1.3现场检测全桥对100束有效预应力进行抽检，球较转盘

本研究采用拉脱法测试钢绞线有效预应力，具

预应力钢绞线抽检25根，纵向H1-H7抽检19根, 横向Z1-Z2分别抽检3根；现浇A号块抽检15根, 索塔预应力钢绞线抽检15根，大里程CD段抽检10

体方法阐述如下。拉脱法的工作条件：预应力钢绞线的工作长度 需保留，否则无法进行反拉。其基本操作为：在对

根，大里程D号段抽检10根，小里程CD段抽检15 根，小里程D号段抽检10根，部分测点如图4所示。 1.4测试结果及分析单根预应力钢绞线进行反拉时，在穿心式千斤顶和

工具锚之间放置穿心压力传感器，同时采用高精度 位移计测试钢绞线延伸量。检测装置如图2所示。由于篇幅所限，仅展示锚下有效预应力部分检2019 No.23马成涛等：施丁期转体斜拉桥有效预应力对线形控制影响研究25a转盘纵向测点布置b转盘横向测点布置图4转盘测点布置Fig.4 Layout of the measuring points of

turntable station210180N150N

丈n弋120/対90淤60-R记

300

滋

5 10 15 20 25 30 35 40

210时间/s180a转盘Hl・l15012090bPl/6030也200羽潸

5 10 15 20 25 30 35 40时间/sC转盘Zl-1Z1W150弋刽灌

0510 15 20 25时间/seA号块-1图5检测数据曲线Fig.5 Detection data curves测曲线，如图5所示。全桥共抽检100束，其中不合格的共有5束，合

格率为95%,对其中不合格的预应力进行补拉，达 到预应力设计值。1.5有效预应力概率分布模型将利用拉脱法测试的100个有效预应力值作为

统计样本，开展概率分布假设。利用正态、对数正态、威布尔3种概率分布假

设，建立钢绞线张拉力概率分布模型，使用柯尔莫 哥洛夫检验法分别对各种分布假设进行检验。值 得注意的是，非参数假设检验法通常也采用V拟合 优度检验法，但2拟合优度检验法的精度不高，为

了进一步提高精度，柯尔莫哥洛夫针对一个总体分

布函数，采用分组离散化后利用经验分布函数性质 的方法，较完整地考察了经验分布函数F„(x)与理

论分布函数F(’)的差异，提高了检验精度，但柯尔

莫哥洛夫检验法假定分布函数是连续的。利用柯尔莫哥洛夫检验法检验总体连续分布

函数F&)假设时，首先从总体抽取容量为n的子

样，并把子样按由小到大的顺序进行排列，得出经 验分布函数；在原假设下，计算检测值的理论分布

函数F&)的值，计算最大的统计量D”，选择显著性

水平值a,并根据相应的统计量的统计分布表查出 相应的临界值。”，，进而最终开展假设检验。统计正态分布、对数正态分布及威布尔分布的

检验结果如表1所ZK。表1检验结果Table 1 The inspection results分布类型/>„(«= 100)000.0. 05检验结果正态分布0. 1190. 134接受血对数正态分布0. 0730. 134接受弘威布尔分布0. 0870. 134接受H„由表1可知，正态分布、对数正态分布和威布尔 分布均接受假设，3种分布模型在95%置信区间内

概率分布如图6所示。由图6可看岀，正态分布的概率图中2个点在

95%置信区间的边缘，其余点均在95%置信区间内；

对数分布的概率图中有3个点略超出95%置信区 间；威布尔分布的概率图中的两端均有多点超出

95%置信区间。虽然假设检验结果显示钢绞线预应力也服从

对数正态分布，但考虑到正态分布的假设检验结果 最优，最终检验结果为钢绞线预应力服从正态分布。正态分布的概率密度函数为：)*/(= —

( J)丿2ttct式中：u为均值；为方差；X为值域。通过计算求得均值U = 17. 886kN,方差tr，=

0. 698,则钢绞线预应力概率密度函数为：/(x) = 0.485e_o <,98(*_'7 886,2

( 2 )通过查找正态分布概率表，得出有效预应力的

95%置信区间上限分位点值为19. 26kN,95%置信

区间下限分位点值为16.51kN。26施工技术第48卷150 160 170 180 190 200 210 150 160 170 180 190 200 210120 130 140 150 160 170 180190200 210

钢绞线预应力/kN钢绞线预应力/kN 钢绞线预应力/kNa正态分布b对数正态分布图6概率分布C威布尔分布Fig.6 Probability distribution2有效预应力对主梁线形的影响大，在边跨合龙段出现最大值，最大值为1. 83mm。2.1正态分布均值下梁体线形基于Midas/Civil有限元软件建立全桥的施工 监控模型，全桥施工监控模型如图7所示。当预应力为设计值时，即预应力为100%时，主

梁的最大挠度为167.61mm,两者差值为22.22mm, 满足规范中规定的施工控制中主梁标高偏差应小

于土厶/5 000（厶为跨径），所以1.4节所得出的预应

力正态分布的概率密度函数满足线形控制要求，即

该正态分布的概率密度函数符合实际要求。2.2不同有效预应力值对梁体挠度变化图7全桥施工监控模型Fig.7 Monitoring model in whole bridge construction为研究预应力变化对主桥线形的影响，将预应

力值设置为设计值的70%, 80%, 90%. 100%，计算 不同预应力下的竖向位移，分析计算不同预应力的 条件下对10年混凝土收缩徐变后梁体线形的影响。为验证1.4节得出的正态分布的概率密度函数

线形是否满足要求，将Midas中的预应力值设置为 正态分布函数的均值17. 886kN,计算有效预应力在

统计不同有效预应力下梁体挠度最大值，分析

所得分布函数的均值下梁体挠度。由图8可看出，在边跨合龙段梁体下挠值较大，

有效预应力的影响，结果如表2所示。表2梁体挠度最大值在索塔中心位置由于有塔柱的竖向约束故变化值 较小。%Table 2 The maximum deflection of beam body张拉力/挠度

变化率/%张拉力/挠度 最大值/mm变化率/%最大值/mm%7080图8竖向位移等值线241.98216.784490190. 84167.6114029100通过计算结果得到不同预应力的挠度值随梁 体截面的变化曲线，如图10所示。3

Fig.8 Vertical displacement contours)0根据Midas计算出的挠度值绘制挠度随梁体变 化曲线，如图9所示。25020o I

n5oS 10oH-

5O

— 70%张拉力80%张拉力 -90%张拉力-120 -80

距索塔中心距离/m图9有效预应力均值下挠度变化曲线-40 0 40 80 120 160距索塔中心距离/m图10挠度沿梁体长度变化曲线Fig.9 Deflection curve under mean effective prestressFig.10 Deflection curves along the length of the beam由图9可知，当预应力为正态分布的概率密度函 由图10与表2可知，在索塔中心位置，由于有

数的均值时，主梁的挠度由索塔中心向两端逐渐增 塔柱的竖向约束故变化值较小，在边跨合龙段梁体

2019 No.23马成涛等：施工期转体斜拉桥有效预应力对线形控制影响研究27下挠值较大。70%的预应力下梁体下挠的最大值为

利用Midas模型验证得：当有效预应力为该正态分

241.98mm, 80%的预应力下梁体下挠的最大值为 216.87mm, 90%的预应力下梁体下挠的最大值为 190.84mm, 100%的预应力下梁体下挠的最大值为

布的均值时，梁体挠度变化值满足施工控制精度

要求。3) 计算出钢绞线预应力95%置信区间的上分

位点与下分位点。167.61mm,挠度变化率如图11所示。4) 随着预应力的减小，梁体的挠度逐渐增大； 当预应力值减小10%时，梁体下挠变化率约增大

15%。锚下有效预应力是影响预应力混凝土桥梁挠

度变化的主要原因。参考文献：[1 ]陈宝春，孙潮.陈友杰.桥梁转体施工方法在我国的应用与

发展[J].公路交通科技，2001, 18(2) :24-28.图11挠度变化率[2]吴海军，刘健，张雷.平转连续梁桥主梁现浇施工中的摩阻效

应[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2013, 32( 2)：

Fig.11 Deflection rate183-186.随着预应力的减小，梁体下挠增大，两者为负 相关；预应力每减小10%,梁体挠度变化率增大约

[3 ]峰，钟启宾.桥梁水平转体法施工的成就及发展[J].铁

道标准设计,1992(6)： 19-28,41.15%。通过以上数据可知，锚下有效预应力对大跨 度预应力混凝土桥梁的挠度影响较大，可认为预应

[4 ]孟祥源.大跨度预应力混凝土连续梁桥线形控制[J].公路交

通科技(应用技术版),2018.14(8) =236-238.[5] [6] [7] [8] [9]

马牛静.王荣辉.李平杰.预应力混凝土斜拉桥施工过程中

的收缩徐变效应[J].铁道学报,2013, 35(4):90-95.力损失是影响挠度变化的主要原因之一。因此，保证有效预应力达到设计要求值对梁体

郭琦，贺拴海，任伟.后张预应力钢束有效预应力分布模式

的线形变化有至关重要的影响。若预应力未达到 设计值，梁体则会出现下挠过大，过早岀现裂缝，甚

判别与模拟方法[J].交通运输工程学报,2008,8(6) ：57-62.谢峻.王国亮，郑晓华.大跨径预应力混凝土箱梁桥长期下 挠问题的研究现状[J].公路交通科技，2007,24( 1):47-50.汪剑，方志.大跨预应力混凝土箱梁桥收缩徐变效应测试与

至更严重的病害。3结语分析[J]. 土木工程学报,2008. 41( 1) :70-81.牛艳伟，石雪飞，阮欣.大跨径混凝土梁桥的长期挠度实测

1) 利用拉脱法对本文研究桥梁有效预应力进

行检测，检验合格率为95%以上，对不合格预应力

分析[J].工程力学，2OO8(S1) :116-119.进行补拉。[10]

张峰，高磊，徐向锋.等.施工期钢绞线锚下有效预应力测试 技术[J].东北大学学报(自然科学版)，2017, 38 ( 8 )：

2) 利用数理统计方法，得出预应力钢绞线服从 正态分布，并得出概率统计模型的数学表达式；且张吉怀铁路下垄舞水特大桥主跨顺利合龙1201-1205.世界最高混凝土高塔桥平塘特大桥预计年底通车张吉怀铁路项目下垄舞水特大桥主跨顺利合 龙，标志着大桥正式进入全桥合龙倒计时。此次合龙的44号墩高40. 5m,45号墩高49.5m,

当前贵州省平塘特大桥施工已进入最后阶段，

预计2019年底大桥实现通车。平塘特大桥主塔塔高332m,相当于110层楼 高，是目前世界上桥塔最高的三塔斜拉桥。由于施 工技术非常复杂，施工难度大，属于世界级桥梁，建

45号墩的总体施工方案采用了先围堰后基础的施工

方法，基础施工主要为“水下爆破施工” “双壁钢围堰

施工”，水下环形槽设计深达18m,施工难度极大。

成后，将成为贵州地标性建筑。贵州省是全国唯一没有平原支撑的省份，新中

168m连续钢构0号块长13m,宽12. 6m,高10. 5m，混 凝土方量达到1 100多m‘，竖向预应力100道，横向预

国成立70年来，贵州省建起2. 3万座共3 176km的 公路桥梁。其中，世界高桥前100名中有47座在贵

应力99道，纵向预应力143道，共21个节段，合龙段

3个，平均每节段控制在8~ 10do截至目前，张吉怀铁路项目全线651根桩基、62

州，实现了“高原变平原”、“地无三里平”到“世界桥 梁博物馆”的转变。个承台均已完成。下垄舞水特大桥60个墩身已完 成40个，已完成66%,连续梁5联，已完成2联，正 在合龙的有3联。该大桥为平罗高速的控制性工程，该高速建成

通车后，将成为连接贵州南部的交通要道，对助推

滇黔桂石漠化片区脱贫攻坚具有重要意义。(摘自“怀化新闻网\"2019-12-07)

(摘自“人民网\"2019-12-09)