施工方案中途改变的独塔斜拉桥变更设计与结构分析

城市道桥与防洪2018年8月第8期

D01:10.16799/j.cnki.csdqyfh.2018.08.043

施工方案中途改变的独塔斜拉桥变更

设计与结构分析

邓小伟

(同济大学建筑设计研究院（集团*有限公司，上海市

摘

要

：某城市景观桥梁为跨径

200092)

100 +,87 +的独塔双索面斜拉桥，塔、梁、墩固结体系，主梁采用钢-混凝土组合梁双钢箱

的主桥变更设计和结

，可为

工程

。

主肋断面，主塔采用

H形混凝土塔，斜拉索采用平面扇形密索体系。原设计主梁采用悬臂拼装施工方案，施工后期根据实际

条件将主梁变更为大节段支架施工，大大节省了施工周期。所

关键词％独塔斜拉桥;组合梁;悬臂施工;大节段支架施工;变更设计;结中图分类号：448.27

U

文献标志码：

B

文章编号：1009-7716(2018)08-0156-05

0引言

坡。钢主梁

土桥面板厚0.25 m 厚

25 m

1.985 m

，预制混凝

段箱梁宽为3.3 m，

16 m3

2.0 m

，斜拉桥主梁多采用悬臂筑

悬臂拼装施工， 桥 平大

，采用支架施工更为方、 采用 工方案

施工方， 结

的 的

计 ， ，

设计D1E。

施工

采 钢

节省工期。

的施施工中

变的设计变，

。

m，底板厚35 mm，腹厚26.5 m，两主肋间设

断面

2

m。两主肋

道工字型小纵梁。

主梁 主梁 面

。

制

，桥上通过

节段长9m，两主肋之间用梁桥

0.25m

连，桥面为厚

施工方案的形， 变形作 更施，

施工阶段

1

工程概述

原设计方案的

湿接头连接成体。梁断面型式为工字梁， 梁 间 4.5 m。与梁位 ，主梁外侧挑臂下设置一道托梁。制C50桥面的存放 期 小于6个月，制桥面之间 C50 微膨胀混凝土。桥面内配纵 钢。纵 采用s15.20 - 7高强低松驰钢绞线， 弛钢绞线。

主梁塔两侧设置钢混结合段，结合段长16.5 m。钢箱梁腹埋人混凝土塔内，伸人索塔内 的腹开孔利混凝土的筑，并索塔两侧2.5 m范围的钢箱梁内灌注混凝土，通过劲肋剪钉的作用，将传递至塔梁固结区。两主梁之 间采用实心混凝土梁连接，通过张拉预应力使 得塔梁固结区处于三 压状态。

斜拉索采用平面扇形 ，双索面。全桥共20索，梁上基本索距主跨为9 m， 跨桥墩 索

密为7.65~6.6 m索

;

索

段

采用0s15.20-

3

强低松

某城市景观桥梁主桥为跨径100 m+87 +的 独塔双索面钢混组合梁斜拉桥（1 )，塔、梁、墩 固结体系，主跨为0.87;主梁采用钢-混凝土 组合梁双钢箱主肋断面， 梁 2.5 m，梁/主跨=1/40;索塔 67.2 m，桥面 索塔

51.25 m

，塔

/

主跨=0.51;斜拉索采用平面扇形

索

索

， 跨桥墩 2.0 m，塔 索

9.0 m

密索体系，梁

索 密；塔 密为 1.8 m。

：

1

主梁面采用混凝土桥面 +双钢箱主肋断 面，主梁 40.1 m，顶面设2.0G双 ：

收稿日期= 2018-02-12作者简介:邓小伟（1986—)，男，安徽阜阳人，工程师，从事桥梁设计研究工作。

塔 索 2.0 m，塔

密为 1.8 m。

为H形，索塔

索塔纵为单柱式，

67.2

m。上塔柱采用五箱形截面，外形尺寸为

2018年8月第8期城市道桥与防洪

桥梁结构157

图2主梁标准横断面图（单位：cm)

3.5 m

x5 m，壁厚0.75-1.2 m，上塔柱拉索锚固区

18、16、14

工

(2)

柱 梁。，在

上

梁接

预制

1#

配置环向预应力，预应力采用s15.20-

在钢梁接处搭设W

面板湿接缝并养护，设索力。

1#

三种钢绞线。上塔柱横梁采用钢箱断面，横梁通过

端部预埋钢板锚筋、剪力钉和腹板伸人塔内等方 式与混凝土塔相连。下塔柱为实心截面，外形尺寸 由3.4 m X 5 m渐变到4.4 m x6 m。2个下塔柱之 间用2道厚度0.8 m的墙连接，并在墙中心处设置 厚

0.5 m

梁

m

面板， 索并拉

(3) :

预

2

#

斜拉

梁 2# 面板，

，在

，搭设 2#

上 梁 接

拉设设

梁 7#-11#

，预。

， 设

7#

横隔板。塔下承台平面尺寸为39.6 m X ，

80 m

面板接缝并

13.6 m，承台厚5 m。承台下布置24根必2.0 m的

。

钻孔

2施工方案变更设计

方

装钢梁，

(1)

梁横向预应力，并

拉索并张拉 索力。4) 上 ， 6# 上 面板， 5)

梁 接 施工 接并

6#

7#

7#-11#

采用 的方式，分节段安承台施工，钢

塔柱梁 处，设

上施工塔

内

施

在

体施工顺序如下：

梁

:设 面板预

，在 上

处

梁固 区 钢梁0# ， 钢混 ， 拉钢混

板

梁接 预 面板， 面板接缝并

横向预应力；利用 塔柱

拉 梁横向预应力，并

设7#斜拉索并拉 索力。

158桥梁结构

城市道桥与防洪

(1)

吊

2018年8月第8期

(6) 重复上述阶段，直至10#节段完成；吊装 支架施工主梁1#/6#节段：安

主跨11#节段，在支架上进行主梁焊接；安装预制

桥面板，现浇桥面板湿接缝并养护，主跨合龙；张

养护； 1#/%#斜拉索， 1#/6# 拉桥面板纵向预应力及剩余横向预应力。

(7) 拆除临时支架；施工桥面混凝土铺装、人 对称张拉拉索至 张拉力。理论上，

装主梁，安装预制桥面板，浇湿接缝并养护， 张拉1#/%#节段桥面板纵向、横向预应力，并及时

序时行道、防撞护栏、栏杆等附属；自索塔向两侧对称 调整斜拉索至最终索力；施工桥面沥青混凝土铺 装;全桥贯通。

悬施工流程图见图3。

图3悬臂施工流程图

合梁最成

安装 悬施工[2]，

悬施工

节段装梁节段，待前一节段

所有工序完成后

进行下一个节段。

节段

临时支架 、梁节段吊、梁焊接

及焊缝

、桥面板安装、湿接缝混凝土浇养

护、横向预应力张拉及斜拉索索张拉等工序，

至少需要18 d，全桥共10个梁段（除0#段），共需 180 d。

合 工

施工进

进，悬

装 工期

工期

。

施工期， 1#/10#节段主梁由悬施工调整 2 节段支架施工 ， 施工顺序下：

0#/6#节段主 支架。(2) 拆除0#/6#节段支架，

6#/1#

序

对称张拉索。张完成后复拉索索力，最 悬 最终拉索 力 阶段索力。

(3) 施工1#/6#节段的同时可搭设7#/11#节段支架。

吊

支架施工7#/11#节段:安装钢

主梁，施工跨压重，安装预制桥面板，浇湿接 缝并养护，张拉7#/11#节段桥面板纵向、横向预应 力，并及时 养护； 7#/10#斜拉索，矣照7#/10# 序 对称张拉拉索至 张拉力。

(4) 拆除支架与吊；拆架后复拉索索力成桥

最终拉索 力

阶段

索力；施工桥面混凝土铺装、人行道、防撞护栏、栏 杆等附属； 1#/6# 序 对称张拉索；施工桥面沥青混凝土铺装；复拉索索力，复 ：

索力 阶段 索力 合，

，调索;全桥贯通。

节段支架施工

4 所 。

图4大节段支架施工流程图

斜拉索 张拉力 1。

， 2018年8月第8期

城市道桥与防洪

表1斜拉索张拉力

桥梁结构159

kN

第一次2 0002 0002 5002 5003 0003 0004 3574 4314 3574 474

第二次18210111 3921 75519011 152

第三次1 0611 2021 0591 1331 2181 279

主跨拉索第一次4 4534 1393 8653 5523 0003 0002 5002 5002 0002)000

第二次第三次边跨拉索

MC10MC09MC08MC07MC06MC05MC04MC03MC02MC01

AC01AC02AC03AC04

1 1521)9011)7551 3921 011182

8508508508501 1501 100

AC05AC06AC07AC08AC09AC10

大节段支架施工与逐节段悬臂施工相比，一 方面大大节省了各小节段湿接缝养护及压浆养护 的时间，另一方面2个大节段可实现部分平行作 业，主梁施工完成仅需130 d,大大缩短了工期。

3.2承载能力极限状态验算

(1 力极限 ，主梁边

力为_19〇〜151 MPa，钢主梁采用Q345钢材，抗 拉、压 2015)要

(2

。

力极限组合下，混

计

270 MPa，主梁

度满足《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—

3桥梁结构分析

3.1计算模型

结构总体计算采用空间结构计算图式，主要 用于斜拉桥结构的空间静力分析、动力分析、稳定

分析与地震分析[3]。米用Midas Civil有限兀程序，建立空间计算模型，图5所示。

最大桥 56 693 kD*m， 的轴力为

89 533 kD;最大横桥向弯矩为16 404 kD.m，对 的力 84 405 kD; 大顺桥弯矩为125 314 kD*m，对应的轴力为229 539 kD;大桥 228 614 kD。 构 ， 力

桥 2004

计 ”）要

。

94 827 kD.m， 算，

与

作

及

JTG D62—2004)(下面

的轴力

压

力

图5空间有限元模型

3.3正常使用极限状态验算 3.3.1抗裂与裂缝宽度验算

期

，

的 小压 力

现拉

，

有

的 小压 力 ，主梁

力构及

面，

4.11 MPa， 现 力，

有

，小压应力 3.90 MPa;4.33 MPa，

短期

要 。 0.43 MPa; 现 2004 2004

的 定。

期及短期

，

要

。

的小压力 2004 的 小压 力 大拉 力 0.35 MPa，

力 短

：

图5 ，主梁、桥、桥墩采用空间梁元模

骨梁”；

梁固结采

，斜拉索采用空间架元行模。索面与 主梁采用臂接成 用主从约束的式模“-

的盆式支

0.39 MPa，

动方，采用一 接模“主、-

地 的 ，采用 支模。

建的有限元模，行 限

、

用

限

、

态的力、稳定

震验算。

A类部分

160桥梁结构

城市道桥与防洪2018年8月第8期

均处于全受压状态，无裂缝，满足2004规范要求。

3.3.2变形验算

的80H，则最大压应力限值为0.70/ck’ 2 0.7x 0.8 X32.4 2 18.14 MPa>6.25 MPa，

，施工阶

段主塔 均满足规范要求。

施工 中，斜拉索的最大 为540 MPa，

小于0.5/pk=835 MPa，满足规范要求。

车道荷载作用下，主梁竖向最大挠度为64.3 mm， 小于！/400=250 mm，满足斜拉桥设计规划334的要 求。

车道荷载作用下，塔顶水平位移最大为2.72 cm， 最小为-3.51 cm;人群活载作用下，塔顶水平位移 最大为1.37 cm，最小为-1.86 cm;正常使用短期 效

下，塔顶水平位移最大为3.3 cm，最小为

-5.31 cm。

3.5稳定验算

施工阶 桥运营阶段的几个重要工况

2

工况下 的

。 施工阶段

屈曲稳定 ，

屈曲稳定全系数，

3.4持久状况和短暂状况的应力验算

3.4.1持久状况应力验算

荷载 13.32 MPa，

效

下， 度

的最大压

为

，最大压应力为14.41 MPa;

现浇板的最大压 为12.02 MPa，均小于0.5/ck=0.5x32.4=16.2 MPa，满足规范要求（其中/。:为 混凝土轴抗压

。

的裸塔状态最大双悬状态，失稳模态均 为索塔纵桥向失稳；桥运营阶，失稳模态

为索塔纵桥向失稳主梁竖向失稳。施工及运营 阶，稳定全系数最小为24。 2 ，主桥

阶 均 足 的稳定 全系数。

表2

序号123

裸塔阶段裸塔阶段

施工阶段最大双悬

臂状态

4

最大双悬臂状态

5

主桥各工况弹性屈曲稳定系数

稳定安全系数24.024.043.7

阶段工况

恒载%纵风恒载%横风恒载%纵风

屈曲模态特点索塔纵桥向失稳索塔纵桥向失稳索塔纵桥向失稳

荷载 下，桥 的最大拉应力

为1 203 MPa，小于2004规范允许的1 209 MPa， 满足2004规范要求。

荷载 下，斜拉索的最大 为644 MPa，最小应力为365 MPa，最大应力小于0.4

/Pk=668 MPa，满足规范334的要求。斜拉索最大

恒载+横风43.6索塔纵桥向失稳索塔纵桥向失稳、 主梁竖向失稳索塔纵桥向失稳、 主梁竖向失稳索塔纵桥向失稳、 主梁竖向失稳

为168.6 MPa<200 MPa，满足拉索使用全要求(其中/>:为 抗压度

斜拉索最大

。6。

6

运营阶段7

纵风％汽车恒载％横风 恒载％纵风

8 横风％汽车

索塔纵桥向失稳、主梁竖向失稳

3.6抗震验算

工

3.4.2短暂状况应力验算

施工 中，主梁 为-124@50 MPa;混凝土 正应力-10.94@0.58 MPa，混凝土

正

为-10.56@0.66 MPa，

定施工 中，混凝土 载强度为80A，许压应力 0.70_/；：’20.7\\0.8\\32.4218.14 MPa，允 许拉应力 1.15/4B21.15X0.8X2.6522.438 MPa，可 ，施工阶段主梁 均满足规范要求（:’、/：：’：为短状况施工阶段的混凝土轴心抗压、抗拉 度。

施工

无拉

。

中，索塔最大压 混凝土

为6.25 MPa，载度设计强度

全

。

均处于 塔

的

状态；E2

为观，

， 主桥，在E1

作用下，构作用下，

塔横梁作为 状态，

抗 均满足规范要求， 梁、主

作为

；

，

范

、挡块和伸缩缝的设置均能

梁、斜拉索、塔 满足 4

结语

的需求。

梁斜拉桥为高超静定

较为复杂。主梁施工方案

， 体系

梁斜拉桥施工阶

(下转第199页）

2018年8月第8期城市道桥与防洪

与

场

防洪排水199

况 ，

的要， 以及大等 在运 场河段，相应的河道总长度为498 ;，规划蓝线50 ;来控 制河口宽度，以20 m宽度作为两岸陆域控制带， 对

态景观进行合理

已

[4]。成熟，

工程

进行理，从实现源截，期根据

采 合适的 方式 和河道水体。

2.3河道景观设计

及

综合考 影响

合理地设 施，

性保障[7]。

多

，在设计的 形式，科

， 最大限度地

等设提供

，根据

及 关

设

2.1生态护坡技术

目前，态 结合实际况， 土态

放

态绿 ，

合理地选择了现浇绿混凝

结构方案。该 次，态

以结构材

，在一定程度上效防止面冲

和多样性，从

结构，

刷和堤顶雨霖沟冲蚀现象

3结语

的变 ，

适 的 与 ，

的绿

的 规 的和

的

需求，以

和

对

，在一定程度上人

边 ，建以

要以 主干

治工 已

料适草本及 植物 首先要确保混凝 土的孔隙率在25<=35<，抗压强度在8 N/mm2左 右，根系适应范围在3 mm以下。现浇绿化混凝土 态

结构表面形成

均匀的孔洞，储存

会在内部

营养土保剂等，

的营养土与

提保障

， 对

得以储存，在一定程度上促进植物 [5]。

态的 在常位以下， 形成良好的透型态混凝土 形成植型态混凝土 态河道治理最终实现多 准以 上

目前，边防的方式 以及土质态边防

关植被

_在常位以上，从 型。

多样性，

标

让

的生

形成良好的

态

参考文献：

%1]钟福立.浅析城市河道综合整治与河道生态景观[J].农业与技

术？ 2017? 37(3)@68-68.[2]

*

综合整治中生态护岸的建设思路[)]*华东科技综合整治与河道生态景观设计[)]*工程技术

次级河道综合整治的景观空间概念

以

段

[)]*

建筑科学研究？

(学术版）？ 2017(1)@142-143.[3] 强. [4]

?设计 [5] 张天力*

49(4)@6-10*[6]

*城市河道综合整治与河道生态景观[J]*工程技术（引

文版）？ 2016(8)@130*

[7] 王岩？尚毅轩.生态景观在河道综合治理中的应用[)]*工程

? 2016(12)@228*雨.

(引文版）？ 2016(1)@181-181.

的土质条件为基础，主要岩质边

种型，

在一定程度

合理地

提保障%6]。

2.2污染水体综合处置进行修复净化

将

活、

的污截

，

设施进行理， ，难免未经截的污

对水系水质的综合治理，首先应截断污染源，

污放。结合，

质标准

2016? 42(3)@111-115.

综合整治规划研究[)]*人民长江？ 2018?

的地形地貌及土质状况，采人工湿地、定

塘、种植 植物和土 透等 和

被污染的土 段将

(上接第160页）

段、成桥阶段以及运营阶段的内力状态影响很大。 本工程根据项目建设的需要，对主梁的施工方案、 施工工序和斜拉索张拉力进行了变更设计，并对 桥梁的施工阶段与运营阶段各个工况进行了验 算，各项指标均满足规范要求。本工程在保证结构

安全合理的前提下，最大限度地减少了施工现场 已采购项目的浪费，

大大节省了施工周期

结果能为类似工程提供参考。

参考文献：

[1] 曹爱虎，胡成，殷涛，等.施工工艺变化对斜拉桥施工监控的影

响

[)]*安黴建工

，2013,21

1 67-69*

[2] 庞维新.斜拉桥钢箱叠合梁安装施工方案优化[)]*公路交通科技

(应用技术版），2011 (8): 320-325*

[3] JTG/T D65-01—2007,公路斜拉桥设计细则[S].