第八章斜拉桥施工

“短平台复合型牵索挂篮”
挂篮平台、三角架和伺服系统（牵索、悬吊、行走、锚 固、水平支承、微调定位）组成。 复合型---现浇梁段的受力由牵索系统和三脚架共同承担。 设计构思：（1） 通过挂篮平台前、后吊杆将部分荷载 传给三脚架，通过三脚架直接传递给已浇注主梁上的横梁 上；（2）另一部分荷载则通过斜拉索直接传递给塔墩； （3） 牵索下端的水平力，由牵索纵梁前端传至挂篮平台 底层的水平拉杆，再通过抗剪柱传给已浇注主梁。 该设计思路使整个传力途径简洁，直接作用于混凝土主 梁上的强大集中力，均布置在抗弯能力较大的横梁上，避 免该力落于主梁顶板使应力集中。
工程实例：
（一）铜陵长江大桥牵索式挂篮
全名“大节距全断面整体浇注自行式前支点挂篮”。 挂篮长 18.5米，宽26.60米；主纵梁高度1.70米；单只挂篮重力900KN，模 板重力350KN，其他施工荷载100KN，总重量1350KN。 设计要求 施工荷载总控制1500KN。
工作原理： 1.挂篮悬挂脱空，后反力点作用力向下，挂篮作用力向 下，挂篮主纵梁承受负弯矩； 2.挂篮前移，呈悬臂状态，承受负弯矩； 3.挂篮挂梁顶升，后锚固点锚固，使挂篮就位，后反力 点使标高大致水平，设置预抬高量。
二)、塔与索的联结
索与塔、梁连结构件的功能是将斜拉索拉力可靠地传递给桥塔和 主梁。其构造形式与斜拉索的布置、根数、桥塔与主梁的结构有关。 锚固方式：（1）两端直接锚固在塔和主梁上；（2）通过塔顶的 索鞍延伸到桥塔两侧主梁上进行锚固；（3）混合使用，下部直接 锚固，上部索鞍。 优 点 塔上设置索鞍
索塔主要承受压力，结构 受力简单
第八章 斜拉桥的施工
第一节 概述
漂浮体系、支撑体系、塔梁固结体系、刚构体系
二、施工特点 斜拉桥的施工包括基础、墩塔、梁、索等四部分。 基础施工与其他类型桥梁相似 桥塔的施工方法和桥墩施工方法没有很大差别 主梁施工方法和梁式桥施工方法一样 只有索的施工有特殊性。
1991） 南浦大桥 （1991）
第三节 斜拉桥施工控制
斜拉桥采用斜拉索支承主梁，使主梁变成多跨支 承连续梁，大大降低主梁的高度。 由于主梁纤细且靠斜拉索支承，索力的大小和 变形直接影响整个结构的状态。因此必须很好的控 制索力使梁塔处于最优的受力状态，并利用斜拉索 的预拉力调整主梁的标高符合设计要求。 施工控制是关键工作，应利用现代系统工程学 根据设计与施工相组合，工程与控制相结合进行全 面控制。
2.多次张拉 在整个施工过程中对拉索进行分期分批张拉，使各施工阶段的索 力较为合理，竣工后索力基本达到设计期望值。 根据设计规定的张拉值经过多次张拉，调整主梁的轴线位置，使 成桥后的线形和内力状态优于一次张拉。 缺点：施工复杂 3.卡尔曼滤波法 类似一次张拉，但各阶段索的张拉力不按原来的设计索力，而是 根据变位的实测值经过滤波和反馈控制计算出索力的修正值。 挠度随机矢量，索力外加控制量，通过选择索力使主梁达到规定 定值（位置绝对）。 对于索力的控制是在满足设计位置的基础上，以结构内能为最小 条件为最优。 4.以最小二乘法确定索力调整误差。
三、斜拉桥施工管理系统
1.建立理想状态 斜拉桥为高次超静定结构，一般指定索力建立其恒载内力状态， 一般采用逆施工步骤的解体分析，得到每一施工阶段的初始张拉力。 斜拉桥又是一种柔性结构，其荷载—位移关系是非线性的，引起 非线性关系的主要原因是：索的垂度、梁—柱效应、结构受力后产 生较大的位移。 2.斜拉桥的管理系统 将“施工—测定—解析—施工”的周期过程联结起来在现场借助 计算机强大的计算能力和信息处理能力实现施工控制。
2.顶推法施工 当桥下不允许多搭设支架时，可以考虑顶推法施 工。顶推施工需在跨内设置临时支承墩，顶推前在 桥台后方拼装主梁（塔架），利用顶推设备将梁体 向跨中顶推，此时斜拉索只承受部分拉力。当顶推 就位后，张拉斜拉索，拆除临时支承墩。 3.转体施工 将主塔和主梁沿岸边制造，在安装和调整后，将 整个桥塔—缆索—梁体以塔轴为中心转体就位。 转体过程中为防止梁体产生过大的负弯矩，可在 悬臂端增设临时索，待就位后拆除。
4.拉索与挂篮连接，进行第一次索力张拉，此时挂篮前 支点受力，纵梁呈简支状态，承受正弯矩； 5.浇注至1/2梁段时进行第二次索力张拉； 6.浇注全断面混凝土，控制挂篮端部弹性下挠度小于 6mm； 7.检查梁段标高，待强张拉预应力索； 8.挂篮脱空前移。
拉索
成型梁段
待浇注梁段
混凝土短柱
调高装置 后锚点 侧锚
索的引架方法： 1.在工作索道上引架。先在斜拉索的位置下安装一条工作索道， 斜拉索沿着工作索道引架就位。 2.由临时索及滑轮吊索引架。在待引架的斜拉索之上先安装一根 临时钢索（导向索），利用绞车沿着滑动装置牵引就位。 3.利用吊装天线引架。 4.利用卷扬机或吊机直接引架。利用塔顶的预埋扣件，挂上滑轮 组，利用桥面上卷扬机和引绳将拉索起吊，一端塞入箱梁，一端塞 入桥塔。 5.单根钢绞线安装。
杨浦大桥
Sunniberg Bridges (Swiss)
Sunniberg Bridges (Swiss)
第二节 斜拉桥的施工特点
斜拉桥的施工包括基础、墩塔、梁、索等四部分 基础、墩塔、 基础
一、塔的施工
（一）塔所用材料： 塔所用材料 钢材、钢筋混凝土、预应力混凝土 （二）构造： 构造： 构造 设有横梁、交叉预留管道、塔顶航空标志灯、避雷针、攀登扶 梯、内部观光电梯等。 施工方法： （三）施工方法： 支架现浇、预制吊装、滑升模板
“长平台型牵索式挂篮”特点
长平台型牵索式挂篮，一般仅在混凝土主梁下设置挂篮 平台，且挂篮平台一般长于待浇梁段下挂篮平台的长度， 例如浇注8米梁段，挂篮平台长度达23米。原因如下： 1.便于挂篮的行走； 2.增加挂篮在顺桥向的刚度，以保证主梁的线形 缺点： 1.挂篮长，自重大，使挂篮前移时挂钩直接作用于主梁 的反力过大，对某些断面可能会改变主梁的设计尺寸，增 加工程数量和工程费用。 为克服“长平台型牵索式挂篮”缺陷，武汉长江二桥牵 索式挂篮设计为“短平台复合型牵索挂篮”。
4.悬臂拼装 将主梁在预制场预制，由于主梁预制龄期较长， 收缩徐变变形小，断面尺寸和质量易于控制。 施工工序：现浇塔柱部位的梁段 安装悬拼吊机 悬臂拼装 张拉斜索（水平分力） 吊机前移逐段拼装。
5.悬臂浇注（最适宜方法） 一般采用牵索式挂篮。 利用施工节段前端最外侧两根斜拉索， 将挂篮前端大部分施工荷载传至桥塔，变 悬臂负弯矩受力为简支正弯矩受力。
缺点
索鞍构造简单，造价贵；由于拉 索容许弯曲半径限制，索塔顶部 桥轴方向宽度增大，呈辐射形， 内索倾角太大，设计困难。
拉索锚固于塔上
构造简单，不需索鞍与索 由于索塔两侧拉力不相等，使索 座；架设容易，便于保养、 塔和桥墩的设计按照弯矩控制。 检查与换索；适用于拉索 小、索数多情况。
三、索的安装
索的安装分两步：引架作业和张拉作业。
短平台复合型牵索挂篮
优点：
挂篮平台后挂钩直接作用于主梁上的反力不足长平台反 力的一半；利用三脚架解决了长挂篮平台行走问题，缩短 挂篮长度（8米），减轻挂篮自重；挂篮长度减小，刚度 增大，解决了主梁变形的问题。
三、斜拉索的制造与安装
（一）索的组成与防护
斜拉索由两端锚具、中间拉索传力件和防护材料组成，称为拉 索组装件。 拉索种类：钢丝绳、粗钢筋、高强钢丝、钢绞线等。 目前斜拉索普遍采用平行钢绞线，采用群锚体系锚固。 拉索技术涉及三个问题： （1）如何使拉索与组装件在使用期内经受高幅度的应力变化， 即锚具具有优良的抗疲劳性能；（2）如何保证拉索组装件绝对可 靠，永久性保护；（3）在保证组装件可靠、耐久的前提下，力争 施工方便，造价低。 索的防护（1）单根钢绞线外包PE护套，然后挂线、张拉、成 索后外包环氧织物；（2）PE管压注水泥浆。
牵索式挂篮施工工艺
牵索式挂篮主要由主桁承重系统、模板系统、牵索系统、 锚固系统、调高系统及行走系统六部分组成。 主要特点：牵索系统利用斜拉索将挂篮前端的垂直荷载 直接传递给斜拉桥的主塔，以减小挂篮作用在斜拉桥主梁 上的垂直荷载。牵索另外一个作用是完成体系转换，即施 工时缆索锚固在挂篮上，施工后锚固在斜拉桥主梁上。 为实现体系转换，准确确定梁上斜拉索锚固装置的位置 和方向，将带法兰盘的钢管在预制厂预埋在一个短的混凝 土构件中，施工时栓接在挂篮模板上，在浇注混凝土前装 入斜拉索并施加部分张拉力，待施工结束后补充张拉力。
常见误差处理： 1.预制构件自重误差（最常见，个别达5％以上）。
为保证主梁轴线位置和改善内力状况，通过控制轴线 通过控制轴线 位置调整索力。 位置调整索力。
2.索的刚性误差：在相同引伸量情况下，索的刚度误
差将引起的索力误差。 控制索力
3.梁的制作误差：如主梁预拱度和局部变形误差。
当以索力作为管理目标控制时，制作误差将保留在构件 中，内力不受影响；当采用轴线位置为项目管理目标时， 为保证理想的线形，将使索力发生偏差，甚至大大扰动结 构内力分布 。
一、误差特性与索力调整
斜拉桥施工过程中，结构产生偏离目标值涉及因素： （1）结构分析时模型误差；（2）设计参数如弹性模量、 截面特性、构件自重等；（3）施工误差，如构件制作、 架设定位、索力张拉、变位和索力误差等。 大误差范围： 误差分布沿桥纵向出现同号增加或减少的 误差称为大范围误差。 小误差范围： 误差分布沿桥纵向出现正负交替出现的误 差称为小范围误差。 小范围误差对于索力和轴线位置影响并不显著，通过主 梁刚度将小范围误差影响平均化； 大范围误差是索力调整的主要对象。 大范围误差是索力调整的主要对象。
斜拉索的张拉作业方法：
1.用千斤顶将塔顶索鞍顶起。每一对索支承在各自的索 鞍上，先使索鞍位置低于其最终设计位置，当斜拉索牵引 就位后，将索鞍顶起到预定高称，使斜拉索张拉至其承载 力。 2.在支架上将主梁前端向前顶起。斜拉索引架时处于不 2. 受力状态，比受力状态时短，因此需将主梁与斜拉索的连 接点将主梁顶起，斜拉索引架完成后放下千斤顶使斜拉索 受力。 3.千斤顶直接张拉。最常用施工方法