自錨式懸索橋施工控制方法研究
2018-03-05 
   一、自錨式懸索橋施工控制及其必要性

   橋梁施工控制是橋梁建設質(zhì)量的保證,衡量一座橋梁的質(zhì)量標準就是要保證已成橋的線形以及受力狀態(tài)符合設計要求。如自錨式懸索橋的施工控制分為2個部分,施工前的內(nèi)業(yè)分析和施工中的現(xiàn)場控制分析。

   施工前的內(nèi)業(yè)分析主要目的是確定出理想成橋狀態(tài)及空纜狀態(tài)等諸多狀態(tài)。由于懸索橋施工方法的特殊性,它在主纜就位以后就難以像斜拉橋那樣進行后期的索力和標高的調(diào)整,故張拉空纜狀態(tài)的精確計算就顯得尤為重要。它可以避免或減少后期的調(diào)整工作,并且使竣工后交付運營時的橋面標高、主纜垂度、鞍座位置、各構件的幾何形狀和盈利狀態(tài)等各項指標符合或接近設計要求。所以說,張拉前的工程控制分析是自錨式懸索橋施工控制分析的重點和關鍵,也是張拉中控制分析得以進行的前提和基礎。

   施工中的現(xiàn)場控制分析具體包括橋面和主纜線性控制、吊頂力控制以及盈利控制三方面內(nèi)容。要根據(jù)自錨式懸索橋的結構特點和施工方法制定相應的控制程序,用于指導施工。自錨式懸索橋的施工控制是個張拉→量測→識別→修正→預告→張拉的循環(huán)過程,為了實現(xiàn)控制的目標,就必須有一套完整的、精密儀器的量測手段的支持和先進適用的計算方法作為依據(jù)。

   目前我國計算機的應用已非常普遍,技術人員完全可以對多階段、多工序的自架設體系施工方法進行模擬,對各階段可預先計算出內(nèi)力和位移,稱之為預計值。將施工中的實測值與預計值進行比較,若有誤差可進行調(diào)整,直到達到最滿意的設計狀態(tài)。也就是通過施工控制,使各階段內(nèi)力和變形達到預計值,最終達到設計要求,確保建橋的施工質(zhì)量。

   二、自錨式懸索橋施工控制的方法

   目前在橋梁施工中,為了保證結構的受力和橋梁的線形,都采取一定的施工控制措施。按照控制原理的不同,分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制是指根據(jù)計算的結果,在施工的前期調(diào)整可控變量,在施工過程中不再進行調(diào)整和控制。如鋼筋混凝土簡支梁預制時跨中的預拱度,計算確定后施工時按照計算值設置,成形中不再調(diào)整。這種方法常使用在中小跨徑和工藝較簡單的橋梁中。閉環(huán)控制是指施工前計算出可控變量的理論值,在第一施工階段,可控變量按照理論值實施,而在以后的施工階段中,隨時對控制效果進行測試,并與理論計算值計算進行比較,找出差別的原因,并對下一階段施工中的可控變量進行調(diào)整,保證施工的順利進行。這種控制才是實際意義的監(jiān)控,包括檢測和控制兩方面。如斜拉橋的懸臂澆筑,首先要計算出每一階段的立模標高,拆模后的標高,實際施工中在每一階段完成后,都要對控制結果進行觀測,確定下一階段的立模標高。除了第一階段外,后續(xù)階段的立模標高不全是計算值,而是計算值加修正量。對于施工工藝復雜的橋梁多采用這一控制方法。

   為了保證自錨式懸索橋竣工后結構的受力和變形盡量與理想的設計狀態(tài)一致,施工過程中的監(jiān)控工作顯得尤為重要。一般設計圖紙中僅給定理想狀態(tài)下自錨式懸索橋竣工后的內(nèi)力、線形,由于施工中所用材科的力學性能存在偏差(如主纜、吊桿的彈性模量等),構件制造安裝誤差,以及假定誤差等客觀因素,都會對自錨式懸索橋的內(nèi)力、線形造成影響。此外根據(jù)設計圖紙,精確地計算出各部分構件在無應力狀態(tài)下的尺寸,以便指導施工時下料工作。因此,對自錨式懸索橋的結構施工,根據(jù)實際施工過程中反饋的各種控制參數(shù),通過現(xiàn)場計算分析以及預測得出合理的控制措施,用以指導和控制施工,使各施工階段的實際狀態(tài)最大限度的接近理想設計狀態(tài),確保成橋后的內(nèi)力狀態(tài)和幾何線形符合設計要求。主要包括以下幾個方面的內(nèi)容。

   2.1 施工控制數(shù)據(jù)的采集和整理

   數(shù)據(jù)的采集是懸索橋施工控制的基礎和直接手段,沒有準確及時的數(shù)據(jù)就不能確定懸索橋施工的具體工況和狀態(tài),也無法確定施工模擬的參數(shù)。對于施工控制中所需的參數(shù),需要采用儀器和通過試驗來測定,如采用全站儀和水準儀測量結構的線形和變位,采用溫度傳感器和溫度計測量構件的溫度和溫度場,采用應變計測量構件的應變和應力,采用壓力傳感器測量主纜索股的拉力。在測量工作中,要考慮實際情況,消除和減少溫差。在全站儀測量是要進行大氣折光系數(shù)的測定,測量錨跨張拉力時須充分考慮邊界條件對索股頻率的影響。由于主纜線形對溫度的敏感性,主纜溫度場的測量也十分重要。

   2.2 施工控制計算分析

   考慮到數(shù)值解析法和有限元法的優(yōu)缺點,結合兩種施工模擬方法對貓道和主纜架設進行施工模擬。以數(shù)值解析法為主,采用精確懸鏈線理論計算貓道承重索和主纜空纜線形,采用分段懸鏈線理論計算貓道和主纜成橋線形和加勁梁架設階段線形。計算考慮鞍座對主纜線形的影響,考慮錨跨索股離散性和貓道因素的影響,并根據(jù)溫度進行修正。對主纜索股無應力下料長度的計算方法進行對比,根據(jù)實測線形計算索夾的放樣位置。

   2.3 貓道架設時的施工控制分析

   對承重索架設過程中的主塔受力進行分析,提供合理的承重索架設方法。分析了塔偏和溫度對承重索垂度的影響,確定合理的索形控制精度,為貓道的施工控制提供依據(jù)。

   2.4 索股架設時的施工控制分析

   明確索股架設的施工控制流程,通過分析各種因素之間的關系,確定合理有效的索股調(diào)整方法。分析索股架設期間索股架設對主塔偏位的影響。對測量成果進行評估,分析前期施工誤差對后續(xù)施工的影響。

   2.5 主纜錨跨力的施工控制

   通過對成橋狀態(tài)合理錨跨力的分析,計算空纜及索股架設時對應的錨跨張拉力。計算不同的架設條件下索股及索鞍的平衡條件,確定主纜架設時合理的張拉力及錨固措施。通過對溫度、塔偏、線形等各個因素的分析,確定合理的空纜狀態(tài)錨跨力以及散索鞍位置。對散索鞍偏位的影響進行分析,找出散索鞍偏位及錨跨力對成橋狀態(tài)的影響規(guī)律。

   三、自錨式懸索橋的施工控制實施

   自錨式懸索橋是由主纜、加勁梁、主塔、吊桿等構件組成的柔性懸吊組合體系。成橋狀態(tài)下,主要由主纜、加勁梁和主塔共同承擔結構的自重和外荷載。主纜是結構體系的主要承重構件,直接錨固在加勁梁端部的錨碇上,這樣的受力特點使得自錨式懸索橋的施工順序必須是先澆注或組裝加勁梁,等到加勁梁達到一定強度或組裝完成后,再架設主纜以及張拉吊桿,完成整個體系轉(zhuǎn)換。

   由于自錨式懸索橋要先澆筑或組裝加勁梁,因此需要大量的臨時支架施工來施工主梁。加勁梁一般有鋼桁架梁、鋼箱梁、鋼—混凝土疊合梁、混凝土梁等多種,由于種類的不同,加勁梁的組裝或澆注方式會有所不同。加勁梁完成以后就開始架設主纜并張拉吊桿,吊桿張拉次序和每次張拉力的大小決定了最終的橋面線形是否到位,吊桿內(nèi)力值是否到量,同時保證主纜線形、加勁梁應力、主塔傾斜度、索鞍位移等在允許的范圍內(nèi)。往往不能將每根吊桿一次張拉到位,而應該進行多輪次、小力幅的張拉,最終使各索力趨近于理想成橋索力,同時確保成橋后的內(nèi)力狀態(tài)和幾何線型符合設計要求。

   自錨式懸索橋的施工控制是施工→量測→識別→修正→預告→施工的循環(huán)過程,為了實現(xiàn)控制的目標,就必須有一套完整的、精密儀器的量測手段的支持和先進實用的計算方法作為依據(jù)。

   結束語

   總之,隨著實踐經(jīng)驗的不斷積累,自錨式懸索橋的設計理論和施工方法也將趨于完善,跨越能力也會不斷提高,相信在以后會有越來越多的方案傾向于這種橋型,并對以后橋梁事業(yè)的快速發(fā)展奠定了基礎。

   參考文獻:

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