淺談懸索橋施工的監(jiān)測與控制
2018-03-05
懸索橋的構(gòu)造方式是19世紀(jì)初被發(fā)明的，現(xiàn)在許多橋梁使用這種結(jié)構(gòu)方式。現(xiàn)代懸索橋，是由索橋演變而來。適用范圍以大跨度及特大跨度公路橋?yàn)橹?，?dāng)今大跨度橋梁 全采用此結(jié)構(gòu)。是大跨徑橋梁的主要形式。 懸索橋是以承受拉力的纜索或鏈索作為主要承重構(gòu)件的橋梁，由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成。懸索橋的主要承重構(gòu)件是懸索，它主要承受拉力，一般用抗拉強(qiáng)度高的鋼材（鋼絲、鋼絞線、鋼纜等）制作。由于懸索橋可以充分利用材料的強(qiáng)度，并具有用料省、自重輕的特點(diǎn)，因此懸索橋在各種體系橋梁中的跨越能力最大，跨徑可以達(dá)到1000米以上。1998年建成的日本明石海峽橋的跨徑為1991米，是目前世界上跨徑最大的橋梁。懸索橋的主要缺點(diǎn)是剛度小，在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的撓度和振動，需注意采取相應(yīng)的措施。
1.施工監(jiān)控主要任務(wù)
根據(jù)實(shí)際的施工工序，按照已完成工程的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和施工過程，收集現(xiàn)場的參數(shù)
和數(shù)據(jù)，對橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時理論分析和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，分析施工誤差狀態(tài)，采用變形預(yù)
警體系對施工狀態(tài)進(jìn)行安全度評價和風(fēng)險預(yù)警，根據(jù)分析驗(yàn)算結(jié)果調(diào)整控制參數(shù)，預(yù)
測后續(xù)施工過程的結(jié)構(gòu)形狀，提出后續(xù)施工過程應(yīng)采取的措施和調(diào)整后的設(shè)計(jì)參數(shù)。 [說明]懸索橋是一種結(jié)構(gòu)合理的橋梁型式，它能使 材料充分發(fā)揮各自的特長，這一特點(diǎn)使懸索橋成為大跨度橋梁中最具競爭能力的橋型之一。對橋梁結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行合理的施工控制是使橋梁施工過程和成橋狀態(tài)與 設(shè)計(jì) 要求 盡可能 接近 的重要 保證，是增加結(jié)構(gòu)施工安全性的一個重要手段。與其它橋型相比，懸索橋相對較柔，施工過程中工況變化繁多，形狀變化很大，結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的幾何非線性，懸索橋成橋后對誤調(diào)整的手段有限，從施工一開始就進(jìn)行完整和全面的施工監(jiān)控是很有必要的。 一般說來，對于懸索橋，設(shè)計(jì)給出的是成橋理想狀態(tài)，要想將這 種狀態(tài)在現(xiàn)場有計(jì)劃、安全、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)，就必須對實(shí)際施工過程進(jìn)行精確的分析、嚴(yán)格的監(jiān)測與測量，即進(jìn)行全面的施工監(jiān)控。
2 . 施工監(jiān)控的目的
通過施工監(jiān)控，保證施工過程中結(jié)構(gòu)的安全，確保完成的結(jié)構(gòu)不論是內(nèi)力或線形都滿足設(shè)計(jì)的要求。 [說明] 對于懸索橋結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力和線形隨溫度、橋塔偏位、恒載誤差、施工誤差相當(dāng)敏感。施工階段結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力隨橋梁結(jié)構(gòu)體系和荷載工況不斷變化，每一階段的誤差如果不能消除，累計(jì)后將影響成橋結(jié)構(gòu)的受力及線形。由于各種因素的直接和間接的影響，使得實(shí)際橋梁在施工過程中的每一狀態(tài)幾乎不可能與設(shè)計(jì)狀態(tài)完全一致。與其它橋型相比，懸索橋在施工過程中的線形管理較難，更容易產(chǎn)生施工誤差，其原因如下：
1） 懸索橋是由剛度相差很大的結(jié)構(gòu)單元（塔、主纜、梁、吊索）組成的超靜定結(jié)構(gòu)，與其它形式的橋梁相比，在荷載下具有強(qiáng)烈的幾何非線性。
2） 設(shè)計(jì)參數(shù)的取值不可能與實(shí)際結(jié)構(gòu)所反映的一致。例如結(jié)構(gòu)的自重、截面尺寸、混凝土彈性模量、施工荷載等均是具有隨機(jī)性的幾何及物理參數(shù)，與設(shè)計(jì)值相比將或多或少地有所變化；
3） 懸索橋結(jié)構(gòu)的幾何形狀對溫度比較敏感，外界的溫度變化將引起懸索橋幾何形狀和吊索拉力的改變。
4） 跨度變化對懸索橋結(jié)構(gòu)的幾何形狀非常敏感，架設(shè)過程中的橋塔偏位將引起懸索橋幾何形狀的較大改變。
5） 環(huán)境因素諸如濕度、摩擦、風(fēng)載的影響；
6） 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型簡化和計(jì)算誤差的影響；
7） 測量、測試誤差的影響。
上述大多數(shù)因素的影響在設(shè)計(jì)階段一般沒有也無法完全考慮和計(jì)及，只有在施工過程中根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際參數(shù)和通過監(jiān)測得到的反應(yīng)予以考慮。若不在施工過程中實(shí)施有效控制，就有可能由于誤差的積累致使成橋后結(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)及線形嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)而影響結(jié)構(gòu)的可靠性。國內(nèi)外懸索橋施工過程中由于施工控制方案及調(diào)整控制措施不當(dāng)，會出現(xiàn)常見的以下幾類問題：
1)主纜錨跨索力不均勻；
2)吊索索力不均勻；
3)主纜線形、加勁梁標(biāo)高誤差較大；
4)加勁梁線形不平順，使行車舒適度下降，并會引起橋梁的使用壽命縮減；
5)索鞍不能復(fù)位或者橋塔縱向偏位大；監(jiān)控應(yīng)在建設(shè)單位領(lǐng)導(dǎo)下，與設(shè)計(jì)、制作和施工單位密切配合，向監(jiān)理提交監(jiān)控聯(lián)系單或監(jiān)控指令，并通過監(jiān)理向制作、施工單位發(fā)布，同時重要監(jiān)控指令或根據(jù)監(jiān)控要求需要進(jìn)行的施工方案的重大改變應(yīng)取得設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可。大跨度懸索橋的施工監(jiān)控計(jì)算必須考慮施工中已經(jīng)產(chǎn)生的誤差的影響、必須精確包括臨時荷載的各種作用的大小、必須分析后續(xù)施工中可能發(fā)生的各項(xiàng)誤差對完成結(jié)構(gòu)內(nèi)力與線形的影響、必須根據(jù)施工當(dāng)時的溫度等條件確定施工時的控制參數(shù)（標(biāo)高、安裝內(nèi)力等）；設(shè)計(jì)計(jì)算是按 理想的狀態(tài)、設(shè)定的基準(zhǔn)溫度等條件, 對結(jié)構(gòu)進(jìn)行的理論狀態(tài)的計(jì)算,目的是保證建造和使用過程中結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。監(jiān)控計(jì)算的控制目標(biāo)就是設(shè)計(jì)條件下的理論值。監(jiān)控計(jì)算是為保證結(jié)構(gòu)完成質(zhì)量服務(wù)的，與施工一樣應(yīng)受監(jiān)理單位的監(jiān)督管理。施工監(jiān)控是為結(jié)構(gòu)施工服務(wù)的，應(yīng)在合理的施工方案下進(jìn)行施工監(jiān)控；同時在施工方案制定的過程中，施工監(jiān)控應(yīng)從保證質(zhì)量、增強(qiáng)施工安全性方面提出意見與建議。 監(jiān)控測試與監(jiān)控測量實(shí)際是為保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量和提供量化的控制參數(shù)所需要進(jìn)行的工作，是獲得監(jiān)控計(jì)算參數(shù)的直接手段，也是監(jiān)理工作獲得量化質(zhì)量控制參數(shù)的一種重要途徑，是在施工測試與測量基礎(chǔ)上的檢驗(yàn)復(fù)核工作。3.監(jiān)控所需參數(shù)及分類
大跨度懸索橋施工監(jiān)控所需參數(shù)至少包括表 3.1 所列；各參數(shù)對結(jié)構(gòu)施工控制的敏感性可參照表 3.1 確定。 [說明] 大跨度懸索橋施工監(jiān)控所需參數(shù)可以分為幾何參數(shù)、材料特性參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。幾何參數(shù)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的幾何尺寸；材料特性參數(shù)主要指與材料力學(xué)特性有關(guān)的參數(shù)，如彈性模量、容重、線膨脹系數(shù)等；環(huán)境參數(shù)是指與施工過程有關(guān)的溫度、臨時荷載、臨時支撐與約束等。在這些參數(shù)中，有些對于施工監(jiān)控是敏感的，有些是影響很小的，表 3.1 列出了懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控需要的參數(shù)，根據(jù)其對結(jié)構(gòu)施工敏感性的影響，將其分為 3 級。敏感性為 1 級的參數(shù)是指該參數(shù)有影響，但不突出，其參數(shù)變化對所涉及的影響范圍（或?qū)ο螅┎幻舾?，即使該參?shù)采用理論值，對控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也是可接受的；敏感性為 3 級的參數(shù)是指該參數(shù)對所涉及的影響對象很敏感，施工監(jiān)控中必須獲得實(shí)際的參數(shù)，監(jiān)控工作必須以實(shí)際參數(shù)為準(zhǔn)，否則監(jiān)控目標(biāo)就很難實(shí)現(xiàn)；敏感性 2 級介于 1 和 3 之間，其參數(shù)至少應(yīng)采用理論加經(jīng)驗(yàn)修正值。
表 3.1 大跨度懸索橋施工監(jiān)控所需參數(shù)及其敏感性分類表
4 結(jié)語
懸索橋的歷史是古老的。早期熱帶原始人利用森林中的藤、竹、樹莖做成懸式橋以渡小溪，使用的懸索有豎直的，斜拉的，或者兩者混合的。婆羅洲、老撾、爪哇原始藤竹橋，都是早期懸索橋的雛形。不過具有文字記載的懸索橋雛形，最早的要屬中國，直到今天，仍在影響著世界吊橋形式的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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