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摘要 自锚式斜拉-悬索协作体系桥是一种新型的结构体系桥梁，其缆索系统有主缆、吊杆和斜拉索共同组成，该缆索系统的张拉将不同于自锚式悬索桥或斜拉桥。本文以世界上第一座自锚式斜拉-悬索协作桥-庄河建设大桥为工程背景，对其缆索系统的张拉方案、主缆架设、吊杆与斜拉索的张拉进行研究，以指导该桥的施工控制，并为其它桥梁的施工提供参考。
关键词 自锚式斜拉-悬吊协作体系桥；缆索系统；张拉控制
中图分类号 U441 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0042-02
自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁是在传统的斜拉桥和悬索桥的基础上发展起来的一种新型的桥梁结构。吊拉组合体系桥型兼顾了悬索桥和斜拉桥的特点，其缆索系统也较悬索桥和斜拉桥复杂。因此其缆索系统的张拉控制决定了桥梁能否顺利建成，斜拉—悬索协作体系桥作为一种新型的结构体系，虽然其计算模式和结构分析理论已经得到了完善，但可以用于借鉴的工程经验相对较少，特别是自锚式斜拉—悬索协作体系桥，其缆索系统的张拉控制没有现成的工程经验作为参考，目前可检索到的文献资料较少。
1 工程概况
庄河建设大桥主桥为自锚式混凝土斜拉-悬吊协作体系桥。桥梁长度为200m，跨径为（45+110+45）m，结构体系为半漂浮体系。单个桥塔处布置6对斜拉索，单侧中跨跨中布置7根吊杆，跨中悬索段矢跨比为1/7。斜拉索和吊杆间距为6.4m。主桥立面布置图见图1。桥面横向布置为2×1.55m（索区）+2×2m（人行道）+2×8.5m（机动车道）+4.5米分隔带，桥梁宽度为28.6m。桥塔采用独柱式，桥面上桥塔高度为24.5m。庄河建设大桥设2根主缆，每根主缆采用7×127φ7.1mm镀锌高强平行钢丝，强度为1670Mpa。全桥共有吊杆14根，吊杆采用109×φ7.1mm镀锌高强平行钢丝，强度为1670Mpa。全桥共用斜拉索48根，斜拉索采用163xφ7.1mm镀锌高强平行钢丝，钢丝束外设PE护套，两端配冷铸锚，斜拉索在塔上交错布置。
2 张拉方案和确定原则
庄河建设大桥主梁采用支架现浇施工，主塔、主梁施工完成后，进行主梁部分预应力张拉，然后进行缆索系统张拉的施工顺序。因其特殊的结构形式，对该桥缆索系统张拉提出三种方案：①全桥斜拉索安装并初始张拉→主缆和吊杆架设→背缆与吊杆张拉→斜拉索二次张拉→吊杆二次张拉。②主缆架设与吊杆全部安装→背索与全部吊杆初始张拉→全桥斜拉索安装并初始张拉→吊杆二次张拉→斜拉索二次张拉。③斜拉索架设→主缆架设与吊杆安装→背缆张拉及部分吊杆初始张拉→其他吊杆初始张拉→斜拉索张拉→全桥吊杆二次张拉。
确定缆索系统张拉方案的最终目标就是使成桥的线形和受力满足设计要求，保证缆索张拉过程中的结构安全。在满足以上要求的基础上，降低施工难度，减少张拉次数。根据自锚式吊拉组合体系桥的结构特性，从缆索张拉的最终目标和张拉过程结构的受力、构造、经济要求等方面将缆索系统张拉方案应遵守的原则概括如下：
1）缆索系统张拉完成后（体系转换完成），桥梁结构各个构件的线形满足设计要求。
2）主塔、主梁的应力应满足强度和稳定的要求。
3）主缆、吊杆和斜拉索张拉力控制在允许的范围内。
4）主缆的水平不平衡力索鞍摩擦力之间的平衡范围。
5）索鞍顶推距离小于主塔塔顶的可利用操作空间。
6）缆索张拉次数、缆索张拉千斤顶的数量以及接长杆的长度尽量少或短。
3 张拉方案比较
自锚式吊拉组合体系桥梁缆索系统的张拉存在多种可行的方案。由于桥型本身比较新颖，目前没有比较成熟的张拉顺序可以借鉴。庄河建设大桥在缆索系统张拉前，对多种张拉方案进行论证和模拟计算，最终选择一种比较合理的施工方案。下面将对三种比较典型的张拉方案进行比较论证。
方案一：全桥斜拉索安装并初始张拉（张拉至设计索力的30%左右）→架设主缆并调整空缆线形→悬挂吊杆→边跨主缆和吊杆初次张拉（边跨主缆张拉至设计线形，吊杆力张拉至设计索力的30%左右）→斜拉索二次张拉（张拉至设计要求）→吊杆二次张拉（张拉至设计要求）→部分斜拉索和吊杆补张拉。
方案二：全桥斜拉索安装并一次性张拉至设计要求→架设主缆并调整空缆线形→悬挂吊杆一边跨主缆和吊杆初次协调张拉（边跨主缆张拉至设计索力和线形）→吊杆二次张拉（张拉至设计要求） →部分斜拉索和吊杆补张拉。
方案三：背索的张拉（配合部分吊杆的张拉）→张拉全桥吊杆至成桥吊杆力的30%→安装并张拉斜拉索→张拉吊杆至成桥吊杆力。
方案一和方案二是对斜拉索和吊杆进行两次张拉，区别只是在于先张拉斜拉索还是吊杆。方案三是先张拉背索和吊杆，然后一次张拉斜拉索到位，之后张拉吊杆到位。方案一、方案二和方案三比较张拉过程明了清晰，也便于操作。但是张拉次数比较多，现场需要多次移动千斤顶。另外方案一和方案二在张拉过程中，需要索鞍预偏量比较大，对于索塔塔顶的工作空间要求较高，现场不易满足。此外，方案一和方案三是先将斜拉索张拉到位，此时斜拉索的张拉使主塔的剛度大大增加，对悬索索鞍的顶推次数有一定的影响。综合考虑各个方面的因素，最终考虑采用方案三作为实施方案。
4 张拉过程及结果
1）背缆张拉：本步骤通过吊杆和主缆的同时张拉使得背缆（边跨主缆）达到成桥线形。确定本步骤张拉顺序的主要控制量为索鞍和主缆之间的摩擦力，证主缆和索鞍不发生相对滑移。具体张拉过程和主要控制量如表1。
2）张拉30%吊杆力：庄河建设大桥全桥两侧共吊杆14根，依据张拉方案，该桥吊杆进行两轮张拉。第一轮张拉主要控制量仍为索鞍和主缆之间的摩擦力。张拉过程中进行位移和内力双控，以位移控制为主。
3）张拉斜拉索：庄河建设大桥全桥共斜拉索24对，承担主梁大部分重量，因此斜拉索的张拉成为了该桥能否顺利脱架至设计要求的关键。考虑天气、工期以及现场条件等诸多因素，最后确定采用斜拉索一次张拉到位的方案。张拉过程中的主要控制变量为主梁的应力及斜拉索的张拉力。 由上表可以看出，由于斜拉索的张拉对吊杆力和主缆线形的影响比较小，因此主缆线形和吊杆力可不作为斜拉索张拉过程中控制要点之一，斜拉索的张拉控制与传统斜拉桥差别不大，主要还是控制主梁应力和主梁变形。
4）吊杆二次张拉：斜拉索张拉完成后，主梁仅剩跨中吊杆区段仍未脱模。吊杆第二轮张拉过程中，主缆和吊杆的内力和位移变化较大， 主梁也在吊杆力作用下完全脱模，主梁基本张拉到成桥位置。本阶段是整个缆索系统张拉的最后阶段，也是關键阶段。本阶段重点需要控制主梁的变形和应力、主塔斜拉索以上部分主塔抗剪控制以及主缆的变形情况。理论计算和实际张拉情况都表明吊杆的张拉对斜拉索的内力影响不大。
5 结语
1）对于自锚式斜拉悬吊组合体系桥，当斜拉索和吊杆纵向布置无重叠段时，斜拉索和吊杆的张拉，相互影响不大。张拉过程中的互相影响可不作为施工控制的关键点。
2）对于边跨无吊杆的自锚式悬索桥，缆索张拉过程中，索鞍的顶推行程较长。若构造上无法满足行程要求，可以通过张拉边跨主缆并配合张拉吊杆实现。主缆与索鞍之间的摩擦系数是张拉过程的关键控制因素。
3）自锚式斜拉悬吊组合体系桥的斜拉索张拉过程与斜拉桥的斜拉索张拉过程差别不大，但需要注意由于斜拉索对主塔的刚度的影响，施工控制过程中应注意斜拉索以上区段的抗剪能力，并考虑主塔刚度对索鞍顶推的影响。
参考文献
[1]胡隽.大跨度吊拉组合索桥的理论研究[D].北京：北方交通大学博士学位论文，2000.
[2]肖汝诚， 项海帆.斜拉-悬吊协作体系桥力学特性及其经济性能研究[J].中国公路学报，1999，12（3）：43-48.
[3]王会利.自锚式斜拉-悬索协作体系桥结构性能分析与试验研究[D].大连：大连理工大学博士学位论文，2006.
[4]杜高明.大跨度自锚式斜拉-悬索协作体系桥结构性能分析[D].大连：大连理工大学硕士学位论文，2006.
[5]周昌栋，谭永高，宋官保.悬索桥上部结构施工.北京：人民交通出版社，2004.
[6]周孟波.悬索桥手册[M].北京：人民交通出版社，2003.
[7]张哲，王会利，黄才良等.自锚式斜拉—悬索协作体系桥梁设计与分析[J].公路，2006，（7）：44-48.
[8]蒋少寒.庄河建设大桥施工控制[D].大连：大连理工大学硕士学位论文，2008.
关键词 自锚式斜拉-悬吊协作体系桥；缆索系统；张拉控制
中图分类号 U441 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0042-02
自锚式斜拉-悬索协作体系桥梁是在传统的斜拉桥和悬索桥的基础上发展起来的一种新型的桥梁结构。吊拉组合体系桥型兼顾了悬索桥和斜拉桥的特点，其缆索系统也较悬索桥和斜拉桥复杂。因此其缆索系统的张拉控制决定了桥梁能否顺利建成，斜拉—悬索协作体系桥作为一种新型的结构体系，虽然其计算模式和结构分析理论已经得到了完善，但可以用于借鉴的工程经验相对较少，特别是自锚式斜拉—悬索协作体系桥，其缆索系统的张拉控制没有现成的工程经验作为参考，目前可检索到的文献资料较少。
1 工程概况
庄河建设大桥主桥为自锚式混凝土斜拉-悬吊协作体系桥。桥梁长度为200m，跨径为（45+110+45）m，结构体系为半漂浮体系。单个桥塔处布置6对斜拉索，单侧中跨跨中布置7根吊杆，跨中悬索段矢跨比为1/7。斜拉索和吊杆间距为6.4m。主桥立面布置图见图1。桥面横向布置为2×1.55m（索区）+2×2m（人行道）+2×8.5m（机动车道）+4.5米分隔带，桥梁宽度为28.6m。桥塔采用独柱式，桥面上桥塔高度为24.5m。庄河建设大桥设2根主缆，每根主缆采用7×127φ7.1mm镀锌高强平行钢丝，强度为1670Mpa。全桥共有吊杆14根，吊杆采用109×φ7.1mm镀锌高强平行钢丝，强度为1670Mpa。全桥共用斜拉索48根，斜拉索采用163xφ7.1mm镀锌高强平行钢丝，钢丝束外设PE护套，两端配冷铸锚，斜拉索在塔上交错布置。
2 张拉方案和确定原则
庄河建设大桥主梁采用支架现浇施工，主塔、主梁施工完成后，进行主梁部分预应力张拉，然后进行缆索系统张拉的施工顺序。因其特殊的结构形式，对该桥缆索系统张拉提出三种方案：①全桥斜拉索安装并初始张拉→主缆和吊杆架设→背缆与吊杆张拉→斜拉索二次张拉→吊杆二次张拉。②主缆架设与吊杆全部安装→背索与全部吊杆初始张拉→全桥斜拉索安装并初始张拉→吊杆二次张拉→斜拉索二次张拉。③斜拉索架设→主缆架设与吊杆安装→背缆张拉及部分吊杆初始张拉→其他吊杆初始张拉→斜拉索张拉→全桥吊杆二次张拉。
确定缆索系统张拉方案的最终目标就是使成桥的线形和受力满足设计要求，保证缆索张拉过程中的结构安全。在满足以上要求的基础上，降低施工难度，减少张拉次数。根据自锚式吊拉组合体系桥的结构特性，从缆索张拉的最终目标和张拉过程结构的受力、构造、经济要求等方面将缆索系统张拉方案应遵守的原则概括如下：
1）缆索系统张拉完成后（体系转换完成），桥梁结构各个构件的线形满足设计要求。
2）主塔、主梁的应力应满足强度和稳定的要求。
3）主缆、吊杆和斜拉索张拉力控制在允许的范围内。
4）主缆的水平不平衡力索鞍摩擦力之间的平衡范围。
5）索鞍顶推距离小于主塔塔顶的可利用操作空间。
6）缆索张拉次数、缆索张拉千斤顶的数量以及接长杆的长度尽量少或短。
3 张拉方案比较
自锚式吊拉组合体系桥梁缆索系统的张拉存在多种可行的方案。由于桥型本身比较新颖，目前没有比较成熟的张拉顺序可以借鉴。庄河建设大桥在缆索系统张拉前，对多种张拉方案进行论证和模拟计算，最终选择一种比较合理的施工方案。下面将对三种比较典型的张拉方案进行比较论证。
方案一：全桥斜拉索安装并初始张拉（张拉至设计索力的30%左右）→架设主缆并调整空缆线形→悬挂吊杆→边跨主缆和吊杆初次张拉（边跨主缆张拉至设计线形，吊杆力张拉至设计索力的30%左右）→斜拉索二次张拉（张拉至设计要求）→吊杆二次张拉（张拉至设计要求）→部分斜拉索和吊杆补张拉。
方案二：全桥斜拉索安装并一次性张拉至设计要求→架设主缆并调整空缆线形→悬挂吊杆一边跨主缆和吊杆初次协调张拉（边跨主缆张拉至设计索力和线形）→吊杆二次张拉（张拉至设计要求） →部分斜拉索和吊杆补张拉。
方案三：背索的张拉（配合部分吊杆的张拉）→张拉全桥吊杆至成桥吊杆力的30%→安装并张拉斜拉索→张拉吊杆至成桥吊杆力。
方案一和方案二是对斜拉索和吊杆进行两次张拉，区别只是在于先张拉斜拉索还是吊杆。方案三是先张拉背索和吊杆，然后一次张拉斜拉索到位，之后张拉吊杆到位。方案一、方案二和方案三比较张拉过程明了清晰，也便于操作。但是张拉次数比较多，现场需要多次移动千斤顶。另外方案一和方案二在张拉过程中，需要索鞍预偏量比较大，对于索塔塔顶的工作空间要求较高，现场不易满足。此外，方案一和方案三是先将斜拉索张拉到位，此时斜拉索的张拉使主塔的剛度大大增加，对悬索索鞍的顶推次数有一定的影响。综合考虑各个方面的因素，最终考虑采用方案三作为实施方案。
4 张拉过程及结果
1）背缆张拉：本步骤通过吊杆和主缆的同时张拉使得背缆（边跨主缆）达到成桥线形。确定本步骤张拉顺序的主要控制量为索鞍和主缆之间的摩擦力，证主缆和索鞍不发生相对滑移。具体张拉过程和主要控制量如表1。
2）张拉30%吊杆力：庄河建设大桥全桥两侧共吊杆14根，依据张拉方案，该桥吊杆进行两轮张拉。第一轮张拉主要控制量仍为索鞍和主缆之间的摩擦力。张拉过程中进行位移和内力双控，以位移控制为主。
3）张拉斜拉索：庄河建设大桥全桥共斜拉索24对，承担主梁大部分重量，因此斜拉索的张拉成为了该桥能否顺利脱架至设计要求的关键。考虑天气、工期以及现场条件等诸多因素，最后确定采用斜拉索一次张拉到位的方案。张拉过程中的主要控制变量为主梁的应力及斜拉索的张拉力。 由上表可以看出，由于斜拉索的张拉对吊杆力和主缆线形的影响比较小，因此主缆线形和吊杆力可不作为斜拉索张拉过程中控制要点之一，斜拉索的张拉控制与传统斜拉桥差别不大，主要还是控制主梁应力和主梁变形。
4）吊杆二次张拉：斜拉索张拉完成后，主梁仅剩跨中吊杆区段仍未脱模。吊杆第二轮张拉过程中，主缆和吊杆的内力和位移变化较大， 主梁也在吊杆力作用下完全脱模，主梁基本张拉到成桥位置。本阶段是整个缆索系统张拉的最后阶段，也是關键阶段。本阶段重点需要控制主梁的变形和应力、主塔斜拉索以上部分主塔抗剪控制以及主缆的变形情况。理论计算和实际张拉情况都表明吊杆的张拉对斜拉索的内力影响不大。
5 结语
1）对于自锚式斜拉悬吊组合体系桥，当斜拉索和吊杆纵向布置无重叠段时，斜拉索和吊杆的张拉，相互影响不大。张拉过程中的互相影响可不作为施工控制的关键点。
2）对于边跨无吊杆的自锚式悬索桥，缆索张拉过程中，索鞍的顶推行程较长。若构造上无法满足行程要求，可以通过张拉边跨主缆并配合张拉吊杆实现。主缆与索鞍之间的摩擦系数是张拉过程的关键控制因素。
3）自锚式斜拉悬吊组合体系桥的斜拉索张拉过程与斜拉桥的斜拉索张拉过程差别不大，但需要注意由于斜拉索对主塔的刚度的影响，施工控制过程中应注意斜拉索以上区段的抗剪能力，并考虑主塔刚度对索鞍顶推的影响。
参考文献
[1]胡隽.大跨度吊拉组合索桥的理论研究[D].北京：北方交通大学博士学位论文，2000.
[2]肖汝诚， 项海帆.斜拉-悬吊协作体系桥力学特性及其经济性能研究[J].中国公路学报，1999，12（3）：43-48.
[3]王会利.自锚式斜拉-悬索协作体系桥结构性能分析与试验研究[D].大连：大连理工大学博士学位论文，2006.
[4]杜高明.大跨度自锚式斜拉-悬索协作体系桥结构性能分析[D].大连：大连理工大学硕士学位论文，2006.
[5]周昌栋，谭永高，宋官保.悬索桥上部结构施工.北京：人民交通出版社，2004.
[6]周孟波.悬索桥手册[M].北京：人民交通出版社，2003.
[7]张哲，王会利，黄才良等.自锚式斜拉—悬索协作体系桥梁设计与分析[J].公路，2006，（7）：44-48.
[8]蒋少寒.庄河建设大桥施工控制[D].大连：大连理工大学硕士学位论文，2008.