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[摘 要]斜拉桥犹如多孔的弹性支座连续梁，属于高次超静定结构，所采用的施工方法和安装程序与成桥后的梁线形和结构恒载内力有着密切关系。
[关键词]斜拉桥 施工 控制
中图分类号：TU354 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-119-02
对于挂篮悬臂现浇的PC斜拉桥而言，针对结构参数准确性相对较差，主梁刚度较大，索力调整对局部变形影响较小，加上索力调整范围受到混凝土应力限制等特点，要正确估算程序参数的实际数值，识别产生每节段误差的原因（主要参数是混凝土弹性模量、材料容重、混凝土徐变系数、挂篮重量等）。对已建成梁段线形误差可通过斜拉索调整（一定限度），但由于混凝土的刚度大，不可能一次解决时，残余误差可由下一次调整。在挂篮悬臂浇筑中要考虑挂篮重力对梁局部变形的影响。挂篮在混凝土浇筑段参与结构受力，影响正在浇筑段梁的标高，其误差将存在于主梁线形中，故而要尽量减少挂篮重力，多采用混合法施工技术，通过斟酌每一节段的误差控制，才能更好地使多节段施工完成后桥的线形随之逐步形成。
对于大跨度PC斜拉桥采用挂篮悬臂拼装法，主梁每节节间定位标高受到预制线形限制，对于湿接头，可通过接缝间现浇部分调整，但余地很小，例如泖港桥；而对于干接头就无余地，例如美国P-K桥，全桥全部节段重量拼装前可以预先给定，就得以拼装前线型作依据，在拼装过程中重新确定每阶段的张拉索力，这就要求预制各节段拼装时索力调整要严格，标高位置、塔偏移控制要严格，误差必须在控制范围之内，这样才能使实际桥轴线与设计桥轴线最终趋于一致。
对于大跨度钢斜拉桥，采用桥面吊机加安全平台施工方法，其特点为：（1）钢梁线形在钢梁拼装阶段已确定，现场拼装时，节段之间相对位置几乎没有调整余地；（2）全部节段的重量在拼装前可以完全获得；（3）拼装阶段钢梁刚度相对较小，索力及荷载对标高影响较为明显；（4）钢梁抗拉、抗弯能力较强。针对这些特点，同干接头悬臂拼装一样，要严格控制节段的误差，多采用多次张拉法控制桥梁实际线形和索力使之与设计线形趋于吻合。
根据选定的施工方法，对施工的每一阶段进行理论计算，求得各施工阶段施工控制的理论计算值，形成施工控制文件。
（一）施工计算
1.施工方案
要确定挂篮结构及重量，确定整个桥是采用挂篮现浇还是悬臂拼装，以及现浇段或拼装段划分，确定挂篮受力位置，及每一节段的施工程序，是采用一次张拉还是多次张拉等，只有确定了施工方法和架设程序，才为理想的设计状态奠定基础。
2.计算图式
在确定施工方案后，要选择正确的计算图式进行计算、分析，其中包括为改善受力采用的临时拉索或支点。计算图式应全面、准确地反映实际的结构体系。
3.结构分析程度
对大多数斜拉桥而言，施工控制计算采用平面结构分析方法已能满足实际架设控制的需要，但对斜拉桥平面位于曲线上，按空间结构进行分析计算就很有必要。此外，为了对施工过程的某些特殊问题（如0号段临时固结处的局部应力等）进行分析研究，亦需根据当时的实际结构体系和荷载情况选择相应的空间结构模式进行详细的计算分析。
4.非线性影响
对大跨斜拉桥施工计算需考虑非线性影响，尤其长索安装的初始阶段最为明显，通常采用修正弹性模量法（Ernst）来反映拉索的非线性影响。
5.混凝土收缩、徐变影响
大跨度斜拉桥施工计算需考虑混凝土收缩、徐变影响。
6.地震和风力
大跨度斜拉桥，应对施工过程中最危险状态进行抗震、抗风验算。
7.温度
温度对结构的影响是复杂的，施工计算应单独计算温度应力对不同结构形式的影响。在某些特定施工阶段，例如连续梁的合拢阶段，应详尽观测、记录温度对结构变形的影响规律，以便提供准确的预测值。
（二）计算模型
近年来随着计算技术的不断发展，有限元法已成为桥梁结构分析必不可少的计算工具。斜拉桥的静力、动力和施工过程分析大多基于有限元法，分别利用不同的单元类型模拟斜拉桥各相应部位。
1.拉索的模拟
通常采用三种方法：
（1）等效弹性模量直杆单元，可采用Ernst方式计算。
（2）分段直杆法，即将斜拉索处理为多段弹性直杆单元，用分段的铰接杆来离散拉索，拉索的自重和外荷载作用在节点上，杆的轴向刚度需考虑重力刚度。
（3）曲线索单元，拉索比较长时，可用一个或多个曲线单元来模拟拉索自重作用下形成的悬链线形状。
2.塔的模拟
斜拉桥塔柱一般由塔柱和横梁组成，采用实体单元、板壳单元、杆元极其组合来模拟塔的结构。
3.主梁的模拟
根据截面的具体形式，分别采用下列相应模拟。
（1）单主梁模型
单根主梁带刚性短刚臂的鱼骨式模型，一般用于扭转刚度较大的全封闭断面斜拉桥主梁。
（2）雙主梁模型
该模型通常是将主梁截面的刚度平均分配到两纵梁上，纵梁之间用刚性横梁或用实际的横梁连接。
（3）三主梁模型
主梁离散为三根主梁组成的框架结构，将主梁截面的侧向、竖向抗弯刚度等效地分配在三根主梁上，不考虑横梁的竖向抗弯刚度影响。
（4）体、板壳单元
将加劲梁、横梁的腹板、翼板和桥面板离散为实体、板壳单元，能够较真实地反映主梁结构的力学行为。
（三）施工计算方法
1.倒拆法
倒拆法是斜拉桥施工计算中规范应用的一种方法。它是从斜拉桥成桥状态（即理想的恒载状态）出发，按照与实际施工步骤相反的程序，进行逐步倒退计算而获得各施工阶段的控制参数。结构据此按正装顺序施工完毕时，理论上斜拉桥的恒载内力和线形可达到预定的理想状态。 对于大跨径混凝土斜拉桥，施工计算应考虑混凝土收缩、徐变的影响。但因为徐变计算在时间上只能顺序的，而倒拆法在时间上却是逆序的，这就带来一定困难，可用迭代法来解决。即第一轮倒拆计算时，不计混凝土的收缩、徐变，然后以倒拆结果进行正装计算，逐阶段计算混凝土的收缩、徐变影响，再进行倒拆法计算时，按阶段叠加入正装计算时相应阶段混凝土收缩、徐变影响，如此反复迭代，直至计算结果收敛。
2.正装（算）法
采用倒拆法进行施工计算，斜拉桥架设各阶段的控制参数和主梁的架设线形必须待倒拆计算全部完成后方能获得。施工中如遇架设方案有较大改变或施工荷载有较大变化，则需重新进行计算。当采用预制块件悬拼施工方法时，为获得准确的制梁线形，施工前必须完成倒拆计算，而运用正算法对斜拉桥的架设进行施工计算，面临同样的问题时则能更加灵活方便地予以解决。
正算法采用与斜拉桥施工相同的顺序，依次计算各阶段架设时结构的施工内力和位移，然后依据一定的计算原则，选择相应的计算参数作为位置变量，通过求解方程而获得相应的控制参数。只要计算参数选择得当，结构按正算法所获得的控制参数和顺序施工完毕时，理论上斜拉桥的恒载内力和主梁线形与预定的理想状态基本吻合。以下是采用悬臂施工方法时斜拉桥运用正算法进行施工计算时所常用的一些设计原则。
（1）刚性支承连续梁法
刚性支承连续梁法是在施工过程中及成桥后多次张拉拉索索力，使斜拉桥主梁在恒载状态下的内力与相应的刚性支承连续梁的内力大体相近，因此施工阶段的计算原则一般为：主梁悬臂端的挠度保持为零；已浇筑完成的主梁具有刚性支承连续梁的内力，拉索力根据施工荷载的变化作相应的调整，控制梁塔的内力和变形。
计算中需注意，当主塔一侧的主梁已与桥墩连接，而另一侧主梁仍为悬臂状态时，与梁墩相连的一侧主梁前端的挠度变化为零（或很小），而塔柱则转而产生较大的位移，故计算上相应地应将该侧主梁的悬臂端挠度保持为零，改为塔柱水平位移保持为零。
（2）五点为零法
此法由刚性支承连续梁发展而来，对主梁在施工阶段的受力状态作了进一步优化。其相应的计算原则为主梁悬臂端的挠度保持为零，且随后4个节点的主梁弯矩亦保持为零，以避免该部分主梁的混凝土桥面板出现拉应力。其余计算原则与刚性支承连续梁法基本相同。这里的节点是指斜拉索与主梁轴线的交点。南浦大桥、杨浦大桥的施工计算就是采用这一计算原则的。
（3）零点弯矩悬拼法
该法适用于斜拉桥采用预制块件悬臂拼装的施工方法进行安装、架设。其主要设计构思为新增斜拉索索力的垂直分力与安装预制构件的重力相等，同时通过在主梁内施加纵向预应力（分体内索和体外索两种），使得拼装面上的弯矩为零。于是，现安装的预制构件对正拼装的主梁既不传递剪力也不传递弯矩，而只传递轴向力，因而，理论上现安装预制构件对已架设的结构不产生新的位移。
算。当采用预制块件悬拼施工方法时，为获得准确的制梁线形，施工前必须完成倒拆计算，而运用正算法对斜拉桥的架设进行施工计算，面临同样的问题时则能更加灵活方便地予以解决。
正算法采用与斜拉桥施工相同的顺序，依次计算各阶段架设时结构的施工内力和位移，然后依据一定的计算原则，选择相应的计算参数作为位置变量，通过求解方程而获得相应的控制参数。只要计算参数选择得当，结构按正算法所获得的控制参数和顺序施工完毕时，理论上斜拉桥的恒载内力和主梁线形与预定的理想状态基本吻合。以下是采用悬臂施工方法时斜拉桥运用正算法进行施工计算时所常用的一些设计原则。
（1）刚性支承连续梁法
刚性支承连续梁法是在施工过程中及成桥后多次张拉拉索索力，使斜拉桥主梁在恒载状态下的内力与相应的刚性支承连续梁的内力大体相近，因此施工阶段的计算原则一般为：主梁悬臂端的挠度保持为零；已浇筑完成的主梁具有刚性支承连续梁的内力，拉索力根据施工荷载的变化作相应的调整，控制梁塔的内力和变形。
计算中需注意，当主塔一侧的主梁已与桥墩连接，而另一侧主梁仍为悬臂状态时，与梁墩相连的一侧主梁前端的挠度变化为零（或很小），而塔柱则转而产生较大的位移，故计算上相应地应将该侧主梁的悬臂端挠度保持为零，改为塔柱水平位移保持为零。
（2）五点为零法
此法由刚性支承连续梁发展而来，对主梁在施工阶段的受力状态作了进一步優化。其相应的计算原则为主梁悬臂端的挠度保持为零，且随后4个节点的主梁弯矩亦保持为零，以避免该部分主梁的混凝土桥面板出现拉应力。其余计算原则与刚性支承连续梁法基本相同。这里的节点是指斜拉索与主梁轴线的交点。南浦大桥、杨浦大桥的施工计算就是采用这一计算原则的。
（3）零点弯矩悬拼法
该法适用于斜拉桥采用预制块件悬臂拼装的施工方法进行安装、架设。其主要设计构思为新增斜拉索索力的垂直分力与安装预制构件的重力相等，同时通过在主梁内施加纵向预应力（分体内索和体外索两种），使得拼装面上的弯矩为零。于是，现安装的预制构件对正拼装的主梁既不传递剪力也不传递弯矩，而只传递轴向力，因而，理论上现安装预制构件对已架设的结构不产生新的位移。
[关键词]斜拉桥 施工 控制
中图分类号：TU354 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-119-02
对于挂篮悬臂现浇的PC斜拉桥而言，针对结构参数准确性相对较差，主梁刚度较大，索力调整对局部变形影响较小，加上索力调整范围受到混凝土应力限制等特点，要正确估算程序参数的实际数值，识别产生每节段误差的原因（主要参数是混凝土弹性模量、材料容重、混凝土徐变系数、挂篮重量等）。对已建成梁段线形误差可通过斜拉索调整（一定限度），但由于混凝土的刚度大，不可能一次解决时，残余误差可由下一次调整。在挂篮悬臂浇筑中要考虑挂篮重力对梁局部变形的影响。挂篮在混凝土浇筑段参与结构受力，影响正在浇筑段梁的标高，其误差将存在于主梁线形中，故而要尽量减少挂篮重力，多采用混合法施工技术，通过斟酌每一节段的误差控制，才能更好地使多节段施工完成后桥的线形随之逐步形成。
对于大跨度PC斜拉桥采用挂篮悬臂拼装法，主梁每节节间定位标高受到预制线形限制，对于湿接头，可通过接缝间现浇部分调整，但余地很小，例如泖港桥；而对于干接头就无余地，例如美国P-K桥，全桥全部节段重量拼装前可以预先给定，就得以拼装前线型作依据，在拼装过程中重新确定每阶段的张拉索力，这就要求预制各节段拼装时索力调整要严格，标高位置、塔偏移控制要严格，误差必须在控制范围之内，这样才能使实际桥轴线与设计桥轴线最终趋于一致。
对于大跨度钢斜拉桥，采用桥面吊机加安全平台施工方法，其特点为：（1）钢梁线形在钢梁拼装阶段已确定，现场拼装时，节段之间相对位置几乎没有调整余地；（2）全部节段的重量在拼装前可以完全获得；（3）拼装阶段钢梁刚度相对较小，索力及荷载对标高影响较为明显；（4）钢梁抗拉、抗弯能力较强。针对这些特点，同干接头悬臂拼装一样，要严格控制节段的误差，多采用多次张拉法控制桥梁实际线形和索力使之与设计线形趋于吻合。
根据选定的施工方法，对施工的每一阶段进行理论计算，求得各施工阶段施工控制的理论计算值，形成施工控制文件。
（一）施工计算
1.施工方案
要确定挂篮结构及重量，确定整个桥是采用挂篮现浇还是悬臂拼装，以及现浇段或拼装段划分，确定挂篮受力位置，及每一节段的施工程序，是采用一次张拉还是多次张拉等，只有确定了施工方法和架设程序，才为理想的设计状态奠定基础。
2.计算图式
在确定施工方案后，要选择正确的计算图式进行计算、分析，其中包括为改善受力采用的临时拉索或支点。计算图式应全面、准确地反映实际的结构体系。
3.结构分析程度
对大多数斜拉桥而言，施工控制计算采用平面结构分析方法已能满足实际架设控制的需要，但对斜拉桥平面位于曲线上，按空间结构进行分析计算就很有必要。此外，为了对施工过程的某些特殊问题（如0号段临时固结处的局部应力等）进行分析研究，亦需根据当时的实际结构体系和荷载情况选择相应的空间结构模式进行详细的计算分析。
4.非线性影响
对大跨斜拉桥施工计算需考虑非线性影响，尤其长索安装的初始阶段最为明显，通常采用修正弹性模量法（Ernst）来反映拉索的非线性影响。
5.混凝土收缩、徐变影响
大跨度斜拉桥施工计算需考虑混凝土收缩、徐变影响。
6.地震和风力
大跨度斜拉桥，应对施工过程中最危险状态进行抗震、抗风验算。
7.温度
温度对结构的影响是复杂的，施工计算应单独计算温度应力对不同结构形式的影响。在某些特定施工阶段，例如连续梁的合拢阶段，应详尽观测、记录温度对结构变形的影响规律，以便提供准确的预测值。
（二）计算模型
近年来随着计算技术的不断发展，有限元法已成为桥梁结构分析必不可少的计算工具。斜拉桥的静力、动力和施工过程分析大多基于有限元法，分别利用不同的单元类型模拟斜拉桥各相应部位。
1.拉索的模拟
通常采用三种方法：
（1）等效弹性模量直杆单元，可采用Ernst方式计算。
（2）分段直杆法，即将斜拉索处理为多段弹性直杆单元，用分段的铰接杆来离散拉索，拉索的自重和外荷载作用在节点上，杆的轴向刚度需考虑重力刚度。
（3）曲线索单元，拉索比较长时，可用一个或多个曲线单元来模拟拉索自重作用下形成的悬链线形状。
2.塔的模拟
斜拉桥塔柱一般由塔柱和横梁组成，采用实体单元、板壳单元、杆元极其组合来模拟塔的结构。
3.主梁的模拟
根据截面的具体形式，分别采用下列相应模拟。
（1）单主梁模型
单根主梁带刚性短刚臂的鱼骨式模型，一般用于扭转刚度较大的全封闭断面斜拉桥主梁。
（2）雙主梁模型
该模型通常是将主梁截面的刚度平均分配到两纵梁上，纵梁之间用刚性横梁或用实际的横梁连接。
（3）三主梁模型
主梁离散为三根主梁组成的框架结构，将主梁截面的侧向、竖向抗弯刚度等效地分配在三根主梁上，不考虑横梁的竖向抗弯刚度影响。
（4）体、板壳单元
将加劲梁、横梁的腹板、翼板和桥面板离散为实体、板壳单元，能够较真实地反映主梁结构的力学行为。
（三）施工计算方法
1.倒拆法
倒拆法是斜拉桥施工计算中规范应用的一种方法。它是从斜拉桥成桥状态（即理想的恒载状态）出发，按照与实际施工步骤相反的程序，进行逐步倒退计算而获得各施工阶段的控制参数。结构据此按正装顺序施工完毕时，理论上斜拉桥的恒载内力和线形可达到预定的理想状态。 对于大跨径混凝土斜拉桥，施工计算应考虑混凝土收缩、徐变的影响。但因为徐变计算在时间上只能顺序的，而倒拆法在时间上却是逆序的，这就带来一定困难，可用迭代法来解决。即第一轮倒拆计算时，不计混凝土的收缩、徐变，然后以倒拆结果进行正装计算，逐阶段计算混凝土的收缩、徐变影响，再进行倒拆法计算时，按阶段叠加入正装计算时相应阶段混凝土收缩、徐变影响，如此反复迭代，直至计算结果收敛。
2.正装（算）法
采用倒拆法进行施工计算，斜拉桥架设各阶段的控制参数和主梁的架设线形必须待倒拆计算全部完成后方能获得。施工中如遇架设方案有较大改变或施工荷载有较大变化，则需重新进行计算。当采用预制块件悬拼施工方法时，为获得准确的制梁线形，施工前必须完成倒拆计算，而运用正算法对斜拉桥的架设进行施工计算，面临同样的问题时则能更加灵活方便地予以解决。
正算法采用与斜拉桥施工相同的顺序，依次计算各阶段架设时结构的施工内力和位移，然后依据一定的计算原则，选择相应的计算参数作为位置变量，通过求解方程而获得相应的控制参数。只要计算参数选择得当，结构按正算法所获得的控制参数和顺序施工完毕时，理论上斜拉桥的恒载内力和主梁线形与预定的理想状态基本吻合。以下是采用悬臂施工方法时斜拉桥运用正算法进行施工计算时所常用的一些设计原则。
（1）刚性支承连续梁法
刚性支承连续梁法是在施工过程中及成桥后多次张拉拉索索力，使斜拉桥主梁在恒载状态下的内力与相应的刚性支承连续梁的内力大体相近，因此施工阶段的计算原则一般为：主梁悬臂端的挠度保持为零；已浇筑完成的主梁具有刚性支承连续梁的内力，拉索力根据施工荷载的变化作相应的调整，控制梁塔的内力和变形。
计算中需注意，当主塔一侧的主梁已与桥墩连接，而另一侧主梁仍为悬臂状态时，与梁墩相连的一侧主梁前端的挠度变化为零（或很小），而塔柱则转而产生较大的位移，故计算上相应地应将该侧主梁的悬臂端挠度保持为零，改为塔柱水平位移保持为零。
（2）五点为零法
此法由刚性支承连续梁发展而来，对主梁在施工阶段的受力状态作了进一步优化。其相应的计算原则为主梁悬臂端的挠度保持为零，且随后4个节点的主梁弯矩亦保持为零，以避免该部分主梁的混凝土桥面板出现拉应力。其余计算原则与刚性支承连续梁法基本相同。这里的节点是指斜拉索与主梁轴线的交点。南浦大桥、杨浦大桥的施工计算就是采用这一计算原则的。
（3）零点弯矩悬拼法
该法适用于斜拉桥采用预制块件悬臂拼装的施工方法进行安装、架设。其主要设计构思为新增斜拉索索力的垂直分力与安装预制构件的重力相等，同时通过在主梁内施加纵向预应力（分体内索和体外索两种），使得拼装面上的弯矩为零。于是，现安装的预制构件对正拼装的主梁既不传递剪力也不传递弯矩，而只传递轴向力，因而，理论上现安装预制构件对已架设的结构不产生新的位移。
算。当采用预制块件悬拼施工方法时，为获得准确的制梁线形，施工前必须完成倒拆计算，而运用正算法对斜拉桥的架设进行施工计算，面临同样的问题时则能更加灵活方便地予以解决。
正算法采用与斜拉桥施工相同的顺序，依次计算各阶段架设时结构的施工内力和位移，然后依据一定的计算原则，选择相应的计算参数作为位置变量，通过求解方程而获得相应的控制参数。只要计算参数选择得当，结构按正算法所获得的控制参数和顺序施工完毕时，理论上斜拉桥的恒载内力和主梁线形与预定的理想状态基本吻合。以下是采用悬臂施工方法时斜拉桥运用正算法进行施工计算时所常用的一些设计原则。
（1）刚性支承连续梁法
刚性支承连续梁法是在施工过程中及成桥后多次张拉拉索索力，使斜拉桥主梁在恒载状态下的内力与相应的刚性支承连续梁的内力大体相近，因此施工阶段的计算原则一般为：主梁悬臂端的挠度保持为零；已浇筑完成的主梁具有刚性支承连续梁的内力，拉索力根据施工荷载的变化作相应的调整，控制梁塔的内力和变形。
计算中需注意，当主塔一侧的主梁已与桥墩连接，而另一侧主梁仍为悬臂状态时，与梁墩相连的一侧主梁前端的挠度变化为零（或很小），而塔柱则转而产生较大的位移，故计算上相应地应将该侧主梁的悬臂端挠度保持为零，改为塔柱水平位移保持为零。
（2）五点为零法
此法由刚性支承连续梁发展而来，对主梁在施工阶段的受力状态作了进一步優化。其相应的计算原则为主梁悬臂端的挠度保持为零，且随后4个节点的主梁弯矩亦保持为零，以避免该部分主梁的混凝土桥面板出现拉应力。其余计算原则与刚性支承连续梁法基本相同。这里的节点是指斜拉索与主梁轴线的交点。南浦大桥、杨浦大桥的施工计算就是采用这一计算原则的。
（3）零点弯矩悬拼法
该法适用于斜拉桥采用预制块件悬臂拼装的施工方法进行安装、架设。其主要设计构思为新增斜拉索索力的垂直分力与安装预制构件的重力相等，同时通过在主梁内施加纵向预应力（分体内索和体外索两种），使得拼装面上的弯矩为零。于是，现安装的预制构件对正拼装的主梁既不传递剪力也不传递弯矩，而只传递轴向力，因而，理论上现安装预制构件对已架设的结构不产生新的位移。