大跨度结合梁斜拉桥
2018-04-02
1前言
钢——混凝土结合梁斜拉桥是近期发展起来的一种新型结构体系。选用受力较为合理的结合梁桥面结构型式，已成为当今大跨度斜拉桥的重要桥面结构型式；虽然结合梁斜拉桥设计与施工控制机理较为复杂，工程造价略高（相对于混凝土斜拉桥），但其跨越能力与建造速度已远远超过混凝土斜拉桥，为特大跨度斜拉桥的建造创造了条件[2]。
结合梁斜拉桥主要的结构型式：在钢主梁和钢横梁组成的框架结构上铺设混凝土桥面板，混凝土桥面板通过钢梁顶面的剪力键与后浇的混凝土湿接缝连接为一整体而共同受力。根据其结构特点，斜拉索在同一梁段施工期间需要多次张拉，且前两次张拉的索力一般不是很大，这样就决定了每次的张拉力比较小；那么，就有可能在前面几次张拉后，斜拉索的锚头还未拔出锚垫板，这时就需要接长杆暂时将其接长以承受后续施工荷载，待张拉端的锚头拔出锚垫板且螺母可以锚固在张拉端锚头时，就可以将螺母锚固在拉索锚头上。
本文以重庆江津观音岩长江大桥为背景，结合施工监控单位提供的斜拉索无应力长度介绍大跨度结合梁斜拉桥在施工期间拉索接长杆长度的计算方法，为该桥斜拉索的张拉提供指导。
2工程概况
江津观音岩长江大桥是重庆绕城公路南段跨越长江的重要工程，也是规模最大的特大桥，该桥在江津市观音岩附近跨越长江，连接滴水岸和南澎岸，我单位负责南澎岸侧桥梁结构施工，其结构布置如图2.1所示。
图2.1南澎岸结构布置图
主桥跨布置为35.5+186+436+186+35.5m，主桥共长879m。主梁的结构形式为双工字型结合梁，在双工字钢纵梁间每隔4米（0号梁段每隔3.6米）设置一根钢横梁将其连接为一框架结构；纵向半漂浮体系，在索塔下横梁与梁体间设置油压阻力器；横向采用限位支座；斜拉索全桥68对，按双索面扇形布置，标准节段索距在主梁上为12m。
斜拉索共有7种规格，分别为：PES7-187、PES7-151、PES7-199、PES7-253、PES7-283、PES7-313、PES7-349；整个主梁自重和汽车荷载主要靠这些斜拉索传给主塔。
3施工流程
一般在主塔施工结束后，即可进入结合梁主梁的施工，其施工方法基本采用桥面吊机以及辅助安全操作平台进行悬臂对称安装。重庆江津观音岩长江大桥主梁的结构型式为双工字型结合梁，在双工字钢纵梁间设置钢横梁，且各钢梁间通过高强螺栓栓接，这种结构施工工序复杂，在现场拼装、架设的构件多。
重庆江津观音岩长江大桥主梁标准梁段施工流程主要分七个步骤，其施工流程为：
第一步：钢梁匹配，包括双工字钢纵梁、钢横梁、小纵梁、车道梁；
第二步：挂索，斜拉索第一次张拉；
第三步：对称吊装混凝土桥面板；
第四步：斜拉索第二次张拉；
第五步：对称浇注混凝土湿接缝，养护（3天）；
第六步：斜拉索第三次张拉；
第七步：桥面吊机前移，进入下一梁段的安装；
图3.1标准梁段施工流程图
4接长杆长度的确定
如上面标准梁段施工流程图所示，在一个梁段施工中，同一号斜拉索需要经过三次张拉，那么第一次的张拉力一般较小，当斜拉索比较长时，就可能在第一次张拉后，斜拉索的锚头还未出锚垫板或者其伸出量还不足以让永久锚固螺母锚固；而第一次张拉后到第二次张拉还要经过一段时间，在这段时间内，不可能让张拉千斤顶一直承受在这段时间的拉索索力，这时就需要用接长杆将锚头接长，然后通过另外加工的和接长杆配套的临时螺母锚固；若斜拉索第二次张拉后，永久锚固螺母还不能锚固在锚头上，则继续通过上述方法锚固，以保证施工安全。在接长杆后，往往需要连接张拉杆，以便千斤顶的张拉。斜拉索张拉时，各构件布置如图4.1所示。
图4.1张拉构件布置图
①—索塔，②—斜拉索，③—锚头，④—接长杆，⑤—张拉杆，⑥—永久锚固螺母，⑦—临时锚固螺母，⑧—张拉螺母，⑨—支撑架，⑩—千斤顶
显然，要确定接长杆的长度，必须要知道斜拉索各次张拉后，张拉端锚头的具体位置，再结合永久锚固螺母和临时锚固螺母的厚度即可确定接长杆的长度。
本桥施工采用几何控制法进行施工控制，根据施工监控单位提供的成桥时的最终无应力索长以及各次张拉后斜拉索对应的中间状态无应力索长[3]，再结合斜拉索固定端螺母的定位位置就可以确定各次张拉后斜拉索张拉端的锚头位置，从而确定接长杆长度，具体方法如下：
图4.2斜拉索构造图
L—斜拉索制造总长，L1—张拉端锚头总长，L2—螺母厚度，L3—张拉端非锚固长度，L4—张拉端有效锚固长度， L5—张拉端安全距离，L11—锚垫板到张拉端锚头尾部距离；带“’“号的为固定端对应长度；
一旦斜拉索型号选定，则锚头的构造尺寸就可确定，如图4.2所示；要想确定张拉端螺母在各次张拉后的位置，首先就要确定固定端螺母的锚固位置，因为它一旦确定就不能再移动；一般固定端螺母厚度中心定位在与其有效锚固长度的中心重合，这样再根据各次张拉后的的无应力索长和斜拉索的制造总长就可确定张拉端螺母的定位位置L11。
设斜拉索第一次张拉后对应的无应力索长为Lw1，则有：
L11＝Lw1＋L3’ ＋L4’/2＋L2’/2－ L（4-1）
公式中各符号意义如图4.2所示；
若L11为负，表示张拉端锚头已经拔出锚垫板；
若 L11为正，表示张拉端锚头还未拔出锚垫板。
