基于响应面法的桥塔预拉预顶施工控制方法*
周俊龙，高杰，吴春雷
（中国建筑第六工程局有限公司，天津300451）
[摘要】目前解决斜控桥桥塔悬臂施工中桥塔局部所受控力过大的方法是采用预控预顶施工，但是日前地工过程 中对预拉预项的施工控制方法还并不成熟.研究提出了一种基于响应需法的对桥塔预拉预顶施工控制方法.该方法能够实现施工过程中桥墙受力的最小化，从酯可以实现对施工的准确控制.
[关键词】桥梁工程；斜拉桥：响应面法；预拉预顶施工：施工技术
[中图分类号】U448.27[文献标识码]A[文章编号】1002-8498（2015）17-0026-03
Pre-stretching andPre-pushing ConstructionMethod ofBridgeTower Based on Response Surface Method
Zhou Junlong Gao Jie Wu Chunlei( Chins Constrsction Sixah Engineering Bureas Co. Lad. Tianjin 300451 China)
d d as o p dd of tower structure has too much tensile stres during cantilever construction. However the control methodforward pre-stretching and pre-pushing construction method of cable-stayed bridge tower based on of pre-stretching and pre-pushing construction can′ 1 mature in construction process. This paper putsresponse surface method which can minimize the stress of the tower during construction and realizeaccurate construction control.
Key words: bridges; cable stayed bridges; response surface method; pre-stretching and pre-pushingconstruction ; construction
形、倒V形或倒Y形等.
随着桥梁设计向大跨度、美观的方向发展，斜中为消除倾斜塔柱根部混土的不良应力状态，在拉桥的桥塔结构形式趋于多样化.桥塔的结构形两塔肢间设置一定数量的可以施加主动力的水平式根据斜缆索的布置、桥面宽度以及主梁跨度等因横向支撑或水平横向拉索来减少水平分力对已建 素决定.在顺桥向方向有柱形、A字形刚架两种；在桥塔结构的影响，使因悬臂施工所产生的附加应力横桥方向，又可分为单柱形、双柱形、门形或斜腿门能够被控制在设计允许范围之内的施工方法.在以前的桥梁施工中，普遍采用的施工方法是在桥塔形的混凝土桥塔处于悬臂施工状态时，中塔柱根部能力，因此对于桥塔施工中关键部位的应力不能做 两肢之间直接设置钢管支撑，没有主动调节顶力的外测在其自重和施工荷载等作用下会产生较大弯到有效调节.这种施工方法所造成的结果不能完矩，会导致塔柱外侧混凝土开裂，使结构造成受拉全消除施工过程中所产生的不利影响，因面会导致破坏，从面对施工安全造成威胁.为减小悬臂施工桥塔建成后结构中的残余应力很大.能够施加主对桥塔的影响，在施工过程中应对桥塔施加预拉或动力的预拉预顶技术能够很好地解决这一问题.该技术能够在下塔柱施工过程中通过钢绞线预拉 来减小施工对塔柱结构造成的不利影响：同时还能够在中塔柱施工过程中通过施加横向主动支撑来抵消在重力及施工荷载作用下结构根部所产生的拉应力.预拉预顶技术能够保证桥塔结构外侧混凝土的拉应力小于设计允许值，以避免混极土产生
当出于施工需要，斜腿门形、正（倒）V形或倒Y预顶装置，以确保施工安全.
1桥塔预拉预顶施工技术概述
桥塔预拉预顶技术是指一种在桥塔施工过程
较大的残余应力甚至裂缝.
2响应面计算方法
3工程实例
3.1工程简介
①塔柱施工过程中，桥塔结构应力及塔顶位移均不力结构.应超过允许值：②桥塔施工结束后，各控制截面的应力不应超过允许值：③临时支撑杆或拉索的设置 应考虑施工实际情况，不能干扰正常施工；④临时支撑杆或拉索的设置要综合考虑经济效益和施工便利等因素，以求达到最佳的施工效果和经济效果.
桥塔预拉预顶施工的主要问题是确定预拉预法主要采用“先设定施工方案，后应用有限元软件 顶力.目前对于桥塔结构主动牵拉、支撑的计算方进行模拟验算”的方法.这种方法过于依赖施工经验，并不能对施工形成一个量化的概念，进而缺乏对施工进行优化指导的能力.
响应面法是以显式的响应面模型逼近响应与待修正参数间复杂的隐式函数关系，得到简化的结构模型，从而代替原有限元模型，同时可在其基础上进行优化修正，使有限元模型的计算响应和实测响应之间的差别达到最小，进面求得可靠的有限元 模型.
在桥塔的预拉预顶计算中，基于响应面法的最优化计算方法能够将桥塔结构所受的目标应力的（支撑点位置、预拉点位置等）作为自变量，利用最 最大值作为目标变量，将影响该应力的其他因素优化设计理论进行桥塔结构的预拉预顶计算.
变量对随机输出变量的影响可用数学函数表达.不必拆除钢绞线，因此，钢绞线在施工时应进行基通常，拟合的函数是一个二次多项式，那么拟合函本的防护处理. 数Y可以表示为：
数；c（j=1 ，NRV）为二次项系数.系数要通过 式中：c为常数项，c（i=1，，NRV）为线性项系回归分析（通常是最小二乘法）来确定.
本文以某斜拉桥桥塔施工为例，运用响应面法对斜拉桥的桥塔施工进行预拉预顶计算分析，进面控制主动力施加的大小，从而对施工进行有效指导.
斜拉桥主桥为（190150）m独塔双索面斜拉桥.主梁为钢箱梁，含风嘴全宽36.3m，不含风嘴全20m，索间距15m. 宽32.48m，标准节长15m，重约266t，0号节段长
桥塔塔底梯形承台顶面以上塔高121m，桥面以上塔高87.4m.在地面以上22m、桥面以上55.4m
3.2施工方法
3.2.1下塔柱施工
3.2.2中塔柱施工
和75.9m处分别设置下横梁、中横梁及上横梁，下预拉预顶部位的选取及施加力的大小原则为：横梁高5m，中、上横梁高4m，均采用单箱单室预应
上塔柱为双肢直线形，锚固区竖向索距2.0m，形截面，纵桥向6.5m，横桥向3.8m，锚固壁壁厚 两上塔肢的横向中心距10.8m；上塔柱采用空心矩1.2m，侧壁厚0.8m.
中塔柱横桥向自上而下向外倾斜，坡率为4.0816:1，采用空心矩形截面，纵桥向6.5m，横桥向3.8m，长边壁厚0.7m，短边壁厚0.9m；塔柱与 下、中横梁衔接段附近壁厚适当加大.
下塔柱横桥向自上而下向内倾斜，受桥面宽度及下塔柱高度限制，下塔柱中心线坡率为1.73：1，采用空心矩形截面，纵桥向6.5~9m，横桥向4.5~6m，长边壁厚1.0~2.0m，短边壁厚1.5-2.0m；下 横梁与下塔柱交接段采用实心截面，仅设置人孔.
下塔柱底部设塔座（也为上转盘），塔座平面尺寸16mx16m，高7m.塔柱外侧沿全塔高设置2m宽的装饰凹槽.
下塔柱采用支架支撑浇筑法施工，施工到一定高度处时，添加预拉钢绞线，以抵消桥塔根部产生的拉应力.施工过程中因下塔柱较为倾斜，施工时 应注意加强支架的刚度和稳定性.同时钢绞线上施加的预拉力应预先进行理论计算并应参考施工响应面法建立模型过程中所假设的随机输人监控数据，以确保施工安全（见图1）.横梁施工时
Fig. 1 Pre-stretching and pre-pushing construction 图1桥塔预拉预顶施工of bridge tower
照监控要求分高度设置横撑，并通过调节预顶千斤 中塔柱采用翻模法施工，每施工一定高度即按顶来调节横撑顶力，以调整塔柱的受力状态.施工过程中应结合施工监控的数据，以便随时对预顶力
进行调整，减小桥塔不利位置的拉应力.
3.2.3上塔柱施工
也应得到保证.在上横梁施工结束后可根据施工 情况拆除中塔柱的预顶横梁.
3.3模型建立
斜拉桥桥塔设计如图2所示，桥塔的预拉预顶计算中的桥塔模型应根据实际模型建立.由于预安全.阶段的不同受力状况进行更改，从而调节预顶力大小.本文选取的模型为根据设计图纸建立的桥塔施工分段有限元模型，如图3所示.
图2桥塔设计
Fig.2 Bridge tower design
图3桥塔施工分段模型
Fig. 3 Segment model in bridge tower construction
3.4预拉阶段桥塔关键部位受力响应面分析方法
进行预计算，未施加预拉力时，桥塔结构最大拉力 建立图3中第1个分段模型并进行计算.首先为5.1MPa，远大于混凝土的受拉设计值，因此必须在下塔柱上端部添加预拉钢绞线.
根据以往经验，对桥塔的预拉力进行预估，设进行抽样.以柱端相向预拉力值为自变量、桥塔结 置桥塔端部预拉力的上、下界限，按照蒙特卡罗法构最大拉应力为因变量进行响应面分析计算.
桥塔关键部位应力o.是预拉力F，（桥塔两端
4结语
参考文献：
预拉力相同）的函数，即o.=（F，）.根据通过蒙特卡罗法所选定的数据点通过运算可以拟合成..上塔柱施工应注意斜拉索预埋钢管及锚垫板的响应曲面，生成预拉力影响下的桥塔关键部位应的安装精度，塔柱内U形预应力筋管道的埋设精度力响应面.由此响应面可以得出，在预拉力F=4010kN时结构所受拉应力最小，最小值a= 0.7594MPa<f（C50混凝土抗拉强度设计值，f=1.89MPa），符合规范要求，满足施工需要.因此，在此施工阶段应设定预拉力为4010kN，以保证结构 顶力大小可调节，因此，计算模型应根据不同施工3.5预顶阶段桥塔目标面受力分析方法 个模型.此处仅以添加第1道横梁时的工况为例进 根据施工的不同阶段，分别建立图3中第2~4行说明（图3中第2个模型）. 当桥塔施工至下横梁以上15m时，添加第1道况，预估横撑预顶力大小，可设定为预顶力范围为 主动横撑.此时根据未添加横撑之前结构受力情500~2 000kN. 由响应面计算结果可得预顶力选取2250kN时桥塔受拉力最小，为0.43MPa<f，符合规范要求，满足施工需要.因此，在此施工阶段应设定预顶力 为2250kN，以保证桥塔施工过程安全. 在斜拉桥桥塔施工中，为达到良好的施工效果、尽量减小悬臂施工对已建成桥塔部分的影响，应采用有主动力的预拉预顶施工方法.在该施工 方法中，主动力大小的确定至关重要.响应面法以最优化计算方法为基础，充分考虑各桥梁施工过程中的不确定因素，能够很好地对预拉预顶力进行计算，可以实现对施工的准确控制，从面对施工起到 指导作用. [ 1 ] Sheng-en F Wei-xin R Perera R A. Stochastic model updatingmethod fr parmeter variability qutificati bad n mpone surface models and Monte Carlo simulation [J]. MechanicalSystems and Signal Pescessing 2012 33 (1) ;83-96.[ 2 ] Wei-xin R Hua-bing C. Finite element model updating in sruetural dynamies by using the response surface method [1]Engineering Structures 2010(32) :2455-2465.[3]邓苗毅，任伟新，基于响应面方法的结构有限元模型修正研 究进展[J].铁道科学与工程学报，2008（3）：42-45.[4]徐部峰，苏成，陈兆检，斜拉桥主梁节段施工过程标高与索力控制可靠度分析[J].华中科技大学学报：城市科学版，2010 (2) :34-39.[5]景天虎，刘均利，莫时旭，等，基于响应面拙的车行索道桥非线性随机静力分析[1].桂林理工大学学报，2014（2）： 266-271.[6]苏成，郭奋琦，徐都峰.斜控桥素力测量的可靠度研究[J]桥梁建设，2009（6）：27-30 66.
