監(jiān)理工程師輔導(dǎo)：自錨式懸索橋施工監(jiān)控技術(shù)

　　1.前言

　　自錨式懸索橋不同于一般的懸索橋，是一種新興的適用于城市地區(qū)的新橋型。它的主纜直接錨固在加勁梁的梁端，由主梁直接承受主纜中的水平拉力，不需要龐大的錨碇，這給不方便建造錨碇的地方修建懸索橋提供了一種解決方法。1915年德國就修建了第一座自錨式懸索橋，日本1990 年建成的北港橋，韓國1999 年建成的永宗大橋堪稱是自錨式懸索橋的代表。

　　自錨式懸索橋有如下特點(diǎn)：

　　(1)在外形結(jié)構(gòu)上，取消了其它懸索橋兩端大體積錨錠混凝土，節(jié)省了占地面積。

　　(2)在受力結(jié)構(gòu)上，利用橋梁橋面系來平衡主纜的水平拉力，懸索部分和鋼桁梁自成體系形式，上部結(jié)構(gòu)中的恒載和活載通過自錨體系傳力至索塔，再傳至索塔基礎(chǔ)，最后傳力至地基[1]。

　　(3)在施工步驟上，其它懸索橋先施工主纜，然后再進(jìn)行梁體的安裝或澆筑，而自錨式懸索橋由于主纜錨固在主梁兩端，故先進(jìn)行鋼桁梁的施工，再安裝主纜。

　　(4)在施工監(jiān)測監(jiān)控上，自錨式懸索橋要求精度較其它懸索橋高，鋼梁拼裝、主纜安裝調(diào)整、索夾和吊桿的安裝調(diào)整、索塔的偏位變形等都應(yīng)在監(jiān)控之下，使橋梁時(shí)刻處在良好的施工控制狀態(tài)和操作狀態(tài)。 總之，自錨式懸索橋保留了傳統(tǒng)懸索橋的外形, 橋梁造型美觀,在地基很差或錨碇修建困難的地區(qū)也可采用，是城市中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)方案的理想選擇[2]。

　　2.橋梁施工監(jiān)控

　　橋梁施工監(jiān)控是一個(gè)“施工―測量―計(jì)算分析―修正―預(yù)告”的循環(huán)過程，即通過事先在塔、梁和拉索等主要部位埋設(shè)數(shù)種性能各異的的傳感器和相關(guān)的測試儀器獲得大量的數(shù)據(jù)，包括幾何參量和力學(xué)參量;并利用高效計(jì)算機(jī)程序，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并確定一個(gè)階段的施工參數(shù)。通過二者的有機(jī)結(jié)合，調(diào)整控制橋梁的內(nèi)力和線形，實(shí)現(xiàn)橋跨結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期值，確保橋梁施工安全和正常運(yùn)營，并保證其具有優(yōu)美的外觀形狀。 自錨式柔性懸索鋼桁梁橋的主纜錨固在橋梁兩端的鋪錠橫梁上，加勁鋼桁梁的兩端也分別埋入兩端的錨錠橫梁中，錨固梁通過板式橡膠支座支撐在橋臺上，主纜水平力與加勁梁水平力平衡，如主纜張拉力過大則容易引起加勁鋼桁梁內(nèi)力超限，造成加勁梁局部失穩(wěn)，甚至全橋垮塌，主纜鞍座偏心過大，造成主塔彎曲拉應(yīng)力過大，形成施工過程的不安全。 監(jiān)控計(jì)算采用的基本方法是倒拆法，即通過從成橋狀態(tài)倒拆結(jié)構(gòu)的過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析來得到每一工況段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)和位移狀態(tài)。倒拆法在計(jì)算時(shí)由于設(shè)汁時(shí)所采用的計(jì)算參數(shù)諸如材料彈性模量、構(gòu)件的重量、混凝土的收縮徐變系數(shù)、施工中溫度變化以及施工臨時(shí)荷載條件等與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來的不完全一致，因此計(jì)算只能按假設(shè)的理想狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，然后：再根據(jù)施工過程中所監(jiān)測到的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)對原假設(shè)計(jì)算施工控制的目標(biāo)值進(jìn)行必要的調(diào)整，以保證主體結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全并最終達(dá)到或接近設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)。

　　3.確定初始狀態(tài)及建立模型

　　在施工過程應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，來確定最優(yōu)的成橋狀態(tài)，以此作為監(jiān)控計(jì)算初始狀態(tài)。 根據(jù)其跨度L、垂度 、荷載 值，以主纜一端為坐標(biāo)原點(diǎn)，平行橋跨縱軸方向?yàn)閤軸，建立平面坐標(biāo)系，利用拋物線方程，并依照設(shè)計(jì)部門確定的設(shè)計(jì)成橋線形來確定成橋狀態(tài)：

　　施工控制參數(shù)包括：構(gòu)件自重 、施丁荷載P、結(jié)構(gòu)溫度△t和施工周期T;節(jié)段立模(或拼裝)時(shí)的標(biāo)高、索力值及張拉順序和塔頂位移;節(jié)段施工完畢的標(biāo)高、索力值及張拉順序和塔頂偏位，中間調(diào)索時(shí)的標(biāo)高、索力值及張拉順序和塔頂偏位。計(jì)算假定是對全橋豎向恒載和溫度變化采用平面有限元分析法，即建立平面桿系計(jì)算模型，主纜、吊索為索單位，其它為梁單元，主纜與吊索的抗彎剛度不計(jì)，進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)分析。

　　4.施工監(jiān)控實(shí)施

　　自錨式懸索橋施工監(jiān)控的主要內(nèi)容有索塔偏位、梁體線形、索力測量、溫度測試、應(yīng)力測試等。

　　(1)主塔塔偏測量

　　由于主塔在施工和成橋狀態(tài)均通過吊桿和主纜承擔(dān)相當(dāng)部分的荷載，在不平衡荷載和大氣溫差及照射下均會(huì)使主塔產(chǎn)生不同程度的變形，為了不影響索力調(diào)整，須掌握主塔在自然條件下的變化規(guī)律以及在索力影響下偏離位置的程度。 主塔塔偏測量主要采用測距法，使用全自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和全站儀等儀器設(shè)備，對順橋向和橫橋向兩個(gè)方向變位值進(jìn)行測量。測站點(diǎn)一般布置在橋梁軸線上適當(dāng)位置，觀測點(diǎn)的布置可隨測試階段作相應(yīng)的適時(shí)調(diào)整，一般設(shè)置在塔樁側(cè)壁或頂端部位。主塔塔偏測量可以提供塔柱在索力調(diào)整過程中塔柱的變位以及在日照下隨溫度變化發(fā)生縱橫橋向偏移的曲線。

　　(2)加勁鋼桁梁線形控制

　　鋼桁梁線形控制包括高程控制、位置控制和中線控制。 由于鋼桁梁拼裝時(shí)各構(gòu)件拼裝時(shí)極易造成梁體產(chǎn)生傾斜、扭曲、偏離軸心位置，為保證梁預(yù)拱度符合設(shè)計(jì)要求，保證中跨跨中合攏，必須控制主梁中線測量和位置測量。 位置控制和中線控制是將全站儀安置在橋梁軸線和主縱梁軸線上，以橋軸線上某一點(diǎn)為后視點(diǎn)，采用視準(zhǔn)線法直接利用小鋼尺測量每一片橫梁的偏離值以及用小垂球測量鋼桁梁的垂直度。高程控制采用水準(zhǔn)測量法，測出每一片鋼桁梁的安裝的標(biāo)高，與設(shè)計(jì)值比較并調(diào)整至誤差范圍內(nèi)為止。

　　(3)索力測量

　　拉索索力的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到主梁線形、主纜線形，乃至施工安全。因此，在施工中必須確保索力測試結(jié)果正確可靠。 索力測量主要是提供各測試階段的索力值以及關(guān)鍵索力隨溫度變化的曲線。然后根據(jù)上部結(jié)構(gòu)施工工況對吊索在不同工況下的索力進(jìn)行調(diào)整。索力測量一般采用附著在拉索下的高靈敏度傳感器拾取拉索在環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)下的振動(dòng)信號，經(jīng)過濾波、放大和頻譜分析，根據(jù)頻譜圖來確定拉索的自振頻率，然后根據(jù)自振頻率與索力的關(guān)系確定索力。考慮到拉索彎曲剛度的影響，應(yīng)進(jìn)行測量前的標(biāo)定工作，并在測量中加以修正。

　　(4)溫度測試

　　溫度的影響總體上可分為兩種，一是晝夜溫差，二是季節(jié)溫差。前者是指太陽每日的起落對橋梁各部位的日照變化對鋼桁梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)牛伸縮變形影響，后者則是由于長期的晝夜變化，使鋼桁梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生基本均勻的伸長、縮短等。溫度變化，特別是日照溫差的變化，對于自錨式懸索鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形影響是復(fù)雜的。在施工階段，日照溫差對主梁撓度和塔柱水平位移的影響尤為顯著。溫度測量可以提供索、塔、梁各測度斷面溫度短期變化曲線和季節(jié)性溫差曲線。 溫度測量一般選用性能優(yōu)良的熱敏電阻。將熱敏電阻埋入索塔，用數(shù)字式萬用表進(jìn)行測量，根據(jù)電阻與溫度的標(biāo)定曲線，由測定的電阻值推算溫度值。

　　(5)應(yīng)力測試

　　應(yīng)力監(jiān)控測量主要是監(jiān)測各施工狀態(tài)下監(jiān)測截面的應(yīng)力值，塔柱監(jiān)測截面的應(yīng)力值以及成橋狀態(tài)下各監(jiān)測截面的恒載應(yīng)力值，能夠更準(zhǔn)確地了解塔控制截面的應(yīng)力狀況，并對施工過程中工況施工荷載變化情況進(jìn)行判斷，確保結(jié)構(gòu)施工安全。 施工應(yīng)力測試是一項(xiàng)長期的現(xiàn)場觀測。在鋼梁的安裝應(yīng)力測試中采用手持應(yīng)變計(jì)測量，可以滿足施工監(jiān)控的要求。

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