懸索橋的施工監(jiān)控技術(shù)與關(guān)鍵問(wèn)題
2018-03-26
1前言
懸索橋的特點(diǎn)
懸索橋又稱為吊橋，是指以受拉主纜為主要承重構(gòu)件的橋梁結(jié)構(gòu)。主纜的鋼絲強(qiáng)度高且可以根據(jù)需要增加鋼絲數(shù)，所以懸索橋的跨越能力特別大。同其他體系的橋梁相比，跨度越大，懸索橋的優(yōu)勢(shì)越明顯。
在材料用量和截面設(shè)計(jì)方面，由于大跨度懸索橋的加勁梁（加勁梁在懸索橋中要占相當(dāng)大的比例）不是主承重構(gòu)件，其截面并不需要隨著跨度增大而增加，節(jié)省材料；在構(gòu)件設(shè)計(jì)方面，懸索橋的主纜、錨碇和橋塔三個(gè)主要承重構(gòu)件在擴(kuò)充其面積或承載能力方面所遇到的困難則較??；另外，由于懸索橋跨越能力大，?？梢砸虻刂埔说剡x擇一跨跨過(guò)江河或海峽主航道的布置方案，這樣就可以避免深水橋墩的修建，滿足通航要求。
懸索橋也有一些不足：由于懸索是柔性結(jié)構(gòu)，剛度較小，當(dāng)活載作用時(shí)，懸索會(huì)改變幾何形狀，引起橋跨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的撓曲變形；在風(fēng)載荷、車輛沖擊載荷等動(dòng)載荷作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)。目前橋梁抗風(fēng)穩(wěn)定性研究已經(jīng)有了一定的成果，但對(duì)于其動(dòng)力響應(yīng)方面的研究則應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)。
懸索橋結(jié)構(gòu)計(jì)算理論
在懸索橋結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展史上，其結(jié)構(gòu)理論經(jīng)過(guò)了彈性理論、撓度理論、有限位移理論的演變。
彈性理論
它是一種將懸索橋看作成主纜與加勁梁結(jié)合體的最早期的計(jì)算理論，是建立于超靜定結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上的一種方法。它認(rèn)為纜索承受自重及全部橋面荷載，其幾何形狀為二次拋物線，并且這一線形保持不變，因而，其特點(diǎn)是恒載與活載的作用沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。
當(dāng)懸索橋的跨度不大時(shí)，采用彈性理論分析是適宜的。更精確的分析雖可證明：按彈性理論算出的彎矩值偏大，但改用精確分析方法所能得到的經(jīng)濟(jì)效益并不顯著。
撓度理論
此理論的特點(diǎn)是，當(dāng)懸索橋因活載產(chǎn)生豎向變形時(shí)，在基本計(jì)算式中開(kāi)始引入這樣一個(gè)事實(shí)，即原有恒載已產(chǎn)生的主纜軸力由于變形的關(guān)系將產(chǎn)生新的抗力。這個(gè)理論最早用于美國(guó)曼哈頓橋。這個(gè)理論的應(yīng)用隨即改變了懸索橋的跨度，使其一下就進(jìn)入1000m以上的跨度。
按撓度理論計(jì)算需要經(jīng)過(guò)多次試算才能得到正確的結(jié)果，且疊加原理不適用，計(jì)算繁瑣。后來(lái)一些學(xué)者又相繼提出了一些實(shí)用的簡(jiǎn)化解法。其實(shí)多花些功夫，節(jié)約不少，而且隨著跨度的加大，按撓度理論計(jì)算的優(yōu)越性就更加顯著了。
有限位移理論
隨著現(xiàn)代懸索橋跨度的增大，其加勁梁剛度相對(duì)減小，當(dāng)高跨比小于1/30時(shí)，采用線性撓度理論引起的誤差變得不容忽略。除計(jì)算誤差外，撓度理論普遍也不便于計(jì)算機(jī)運(yùn)算，對(duì)于斜吊桿懸索橋的分析也顯不足。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用，以有限位移理論為基礎(chǔ)的矩陣分析法相繼建立。有限位移理論對(duì)撓度理論的深化表現(xiàn)為考慮了幾何非線性因素，包括荷載作用下的結(jié)構(gòu)大位移、纜索自重垂度以及恒載初始內(nèi)力。
總結(jié)
從懸索橋基本方程的求解角度，用對(duì)剛度矩陣的修正內(nèi)容來(lái)表示懸索橋三種基本計(jì)算理論的實(shí)質(zhì)，可歸納如下:
彈性理論: K=Ke Ke為彈性剛度矩陣。
撓度理論: K=Ke+Kg(Ng) Kg為幾何剛度矩陣，Ng為恒載軸力向量。
有限位移理論: K=Ke+Kg(Ng)+Kd(δ) Kd為大位移剛度矩陣，δ為節(jié)點(diǎn)位移向量。
施工監(jiān)控技術(shù)概述
懸索橋的施工，基本程序是：先修錨碇和塔，次架主纜，再掛吊索，后架設(shè)加勁梁及鋪設(shè)橋面系。也有例外，自錨式懸索橋因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多采用“先梁后纜”的施工方法。本文僅針對(duì)“先纜后梁”進(jìn)行分析。
在施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)上的荷載不斷變化著，主纜的線形、塔的內(nèi)力也隨之變化，為使懸索橋建成后主纜達(dá)到設(shè)計(jì)線形，結(jié)構(gòu)受力符合設(shè)計(jì)要求，就需要在整個(gè)施工過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格控制。橋梁的施工監(jiān)控與橋梁的設(shè)計(jì)和施工有密切的聯(lián)系，考慮到懸索橋與其他橋型相比施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)幾何形狀較難控制，且容易出現(xiàn)不穩(wěn)定和應(yīng)力過(guò)大的安全風(fēng)險(xiǎn)，施工監(jiān)控更是整個(gè)橋梁施工的核心。
懸索橋施工監(jiān)控，就是對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位內(nèi)外設(shè)置各種監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)獲取的參數(shù)和數(shù)據(jù)(如圖1)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)理論分析和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算；對(duì)每一施工階段，根據(jù)分析及反分析結(jié)果修正計(jì)算參數(shù)并進(jìn)行跟蹤計(jì)算以給出其下一步施工的預(yù)測(cè)，分析施工誤差狀態(tài)，采用應(yīng)力及變形預(yù)警體系對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行安全度評(píng)價(jià)和災(zāi)害預(yù)警。
圖1 懸索橋施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)
懸索橋施工控制應(yīng)包括四個(gè)主要方面：
a)形成一個(gè)精確的理想狀態(tài)；
b)配備一套完善的實(shí)時(shí)跟蹤分析系統(tǒng)；
c)設(shè)立一套精確的量測(cè)系統(tǒng)；
d)建立誤差分析與反饋控制系統(tǒng)。
懸索橋在施工過(guò)程中一旦主纜安裝就位，主纜內(nèi)力、撓度完全取決于結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)自重、施工荷載和溫度變化，不能像斜拉橋那樣進(jìn)行后期索力和標(biāo)高調(diào)整，因此主纜無(wú)應(yīng)力下料長(zhǎng)度、主纜在自重作用下的初始安裝位置(索鞍初始預(yù)偏量、主纜初始垂度和線形)成為懸索橋施工控制技術(shù)的關(guān)鍵。
主纜的安裝過(guò)程作為施工控制的第一階段，其主要任務(wù)是保證主纜在自重作用下的初始安裝位置達(dá)到設(shè)計(jì)理想狀態(tài)。而主纜的安裝過(guò)程是:先進(jìn)行基準(zhǔn)索股的安裝，再以基準(zhǔn)索股作為參照來(lái)進(jìn)行其余索股的安裝，因此，基準(zhǔn)索股的安裝是施工控制的第一階段里的關(guān)鍵任務(wù)。在基準(zhǔn)索股第一次安裝后，連續(xù)觀測(cè)其線形變化，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)采用灰色理論、卡爾曼濾波法等理論預(yù)測(cè)其發(fā)展變化，預(yù)測(cè)出以后時(shí)段基準(zhǔn)索股的線形，把它與設(shè)計(jì)理論狀態(tài)進(jìn)行比較后，對(duì)其線形進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。這一過(guò)程反復(fù)進(jìn)行多次，直到基準(zhǔn)索股的線形達(dá)到設(shè)計(jì)理想狀態(tài)，基準(zhǔn)索股架設(shè)好后，才進(jìn)行其余索股架設(shè)安裝；主纜成形后，就可進(jìn)行加勁梁的安裝。
加勁梁安裝階段作為施工控制的第二階段，在這一階段，隨時(shí)觀測(cè)主纜線形、橋面標(biāo)高和塔頂位移、計(jì)算并預(yù)測(cè)下一時(shí)段的主纜線形、橋面標(biāo)高、塔頂水平位移及主索鞍頂推階段和頂推量，以確保施工安全和成橋時(shí)橋面標(biāo)高、主纜垂度、索鞍位置、各構(gòu)件內(nèi)力大小最大限度地符合設(shè)計(jì)理想狀態(tài)。
主纜施工監(jiān)控技術(shù)
概述
主纜作為懸索橋的主要承重構(gòu)件，對(duì)其的施工監(jiān)控是懸索橋施工控制工作的核心和關(guān)鍵所在。
目前大跨徑懸索橋的計(jì)算理論大多采用基于有限位移理論的有限元法和基于懸索力學(xué)的解析迭代法。有限元法的優(yōu)點(diǎn)是能把所有組成部分考慮在內(nèi)，而且可以進(jìn)行空間分析，其缺點(diǎn)是局部細(xì)節(jié)不易處理，而解析法長(zhǎng)于處理索鞍處主纜長(zhǎng)度的修正等細(xì)節(jié)，計(jì)算精度也較高，因而很適合選用解析法進(jìn)行主纜施工控制計(jì)算。
基準(zhǔn)索股的標(biāo)高控制也是主纜架設(shè)階段的一個(gè)重點(diǎn)。目前通常認(rèn)為在主纜架設(shè)過(guò)程中基準(zhǔn)索股的標(biāo)高與空纜標(biāo)高一致，實(shí)際上索股架設(shè)過(guò)程中由于主纜與索塔之間的相互作用使得基準(zhǔn)索股標(biāo)高與空纜標(biāo)高之間有很大差異。因此對(duì)基準(zhǔn)索股標(biāo)高與空纜標(biāo)高之間差異也應(yīng)進(jìn)行分析研究。
主纜無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度
解析法求解主纜參數(shù)采用下述三條基本假設(shè):1)主纜理想柔性的，既不能受壓也不能受彎。2）材料符合虎克定律。3）主纜的截面面積及容重保持不變。
懸索橋主纜受力圖可簡(jiǎn)化為承受沿弧長(zhǎng)均布的荷載加吊索集中荷載的柔性索。對(duì)于基準(zhǔn)索股狀態(tài)，則簡(jiǎn)化為只受沿弧長(zhǎng)均布的自重作用的柔性索。
圖2a 索段受力圖圖2b 多個(gè)集中荷載作用下得索段受力圖
圖2a所示為一段只受自重荷載的索段。取出其中一個(gè)微段進(jìn)行研究，建立平衡微分方程，由索段的邊界條件求得索段線形，繼而求得索段弧長(zhǎng)，而索段的彈性伸長(zhǎng)量，則索段的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度。
對(duì)于如圖2b所示的受自重及若干集中荷載作用下的索，可將索分為n段。分別對(duì)整體以及在集中力處建立平衡方程，然后采用迭代計(jì)算，當(dāng)滿足精度要求的索力水平分量H及豎向支撐力V求得后，即可用積分法計(jì)算各索段的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)及各吊點(diǎn)處的標(biāo)高。
在計(jì)算過(guò)程中須考慮主、散索鞍半徑對(duì)主纜長(zhǎng)度的影響并對(duì)主纜長(zhǎng)度進(jìn)行修正。修正方法是找出主纜在主、散索鞍上的切點(diǎn)位置，按切點(diǎn)位置進(jìn)行上述迭代計(jì)算，算出切點(diǎn)之間各索段的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)，再計(jì)算出主纜繞主、散索鞍的圓弧段的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)。求切點(diǎn)位置采用迭代逼近方法，初始位置取索鞍上圓弧端點(diǎn)，然后以此切點(diǎn)作為各跨主纜的端點(diǎn)進(jìn)行上述迭代計(jì)算，可算得主纜端點(diǎn)處的斜率，按此斜率重新算得新的切點(diǎn)位置，如此循環(huán)，直至前后切點(diǎn)坐標(biāo)之差小于給定誤差限。
吊索位置和長(zhǎng)度計(jì)算
1、索夾安裝位置
空纜狀態(tài)索夾安裝位置計(jì)算包括兩方面內(nèi)容：其一是吊點(diǎn)在空纜線形下的坐標(biāo)計(jì)算；其二是吊點(diǎn)到索夾兩端距離的計(jì)算。
空纜狀態(tài)吊點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算是根據(jù)任意兩吊點(diǎn)之間空纜時(shí)的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度與成橋時(shí)的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度相等的原則進(jìn)行的。
吊點(diǎn)到索夾兩端的距離計(jì)算要根據(jù)索夾的位置和索夾的型號(hào)來(lái)進(jìn)行，同時(shí)根據(jù)測(cè)量放樣的需要，尚需提供與吊點(diǎn)水平坐標(biāo)相同的天頂線上的點(diǎn)到索夾兩端的距離。
索夾位置的放樣在溫度穩(wěn)定的夜間進(jìn)行，因?yàn)樵谝归g主纜的順橋向、橫橋向及上下游溫差較小，主纜不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，所以主纜天頂線放樣容易掌握。
2、吊索長(zhǎng)度
懸索橋主纜架設(shè)完成后，加勁梁橋面線型的形成主要由吊索長(zhǎng)度控制，所以懸索橋吊索長(zhǎng)度的準(zhǔn)確計(jì)算十分重要。吊索長(zhǎng)度的計(jì)算主要分為三部分:
①首先根據(jù)設(shè)計(jì)線形求出在主纜吊點(diǎn)處的主纜中心至加勁梁內(nèi)錨面的距離；
?、谌缓蟾鶕?jù)主纜外徑、主纜索夾壁厚、吊索夾具將吊索收攏的距離、吊索夾具距主纜中心距離等進(jìn)行主纜索夾處的吊索長(zhǎng)度修正，進(jìn)而得到吊索真實(shí)的有應(yīng)力長(zhǎng)度；
?。ǖ跛鏖L(zhǎng)度計(jì)算中，除了上述修正外，還應(yīng)考慮鋼絲繩實(shí)際彈模與理論彈模的誤差、主纜實(shí)際直徑與計(jì)算直徑的誤差、空纜實(shí)際線形與設(shè)計(jì)線形的誤差、溫度影響、鋼絲繩變形相對(duì)應(yīng)力情況的滯后效應(yīng)、鋼絲繩卷盤(pán)對(duì)下料長(zhǎng)度的影響、錨頭頂壓伸出量對(duì)長(zhǎng)度的影響等等諸多因素。對(duì)于這些因素的影響，可進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)計(jì)算和深入分析，還可通過(guò)墊片調(diào)整、制索下料時(shí)采取特殊措施、工藝試驗(yàn)等等方法予以調(diào)整和修正。）
?、圩詈罂鄢爿d內(nèi)力下各分段的彈性伸長(zhǎng)量即得出吊索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度。
基準(zhǔn)索股
1、基準(zhǔn)索股的線形
主纜索股在架設(shè)階段為自由懸掛狀態(tài)，其線形為懸鏈線，跨中垂度f(wàn)一旦確定，索股線形就確定下來(lái)，跨中垂度f(wàn)可由跨中標(biāo)高確定。在這一階段，中跨和邊跨選取跨中標(biāo)高作為控制參數(shù)，通過(guò)對(duì)跨中標(biāo)高的調(diào)整來(lái)調(diào)整跨中垂度，達(dá)到調(diào)整索股線形的目的。錨跨實(shí)際上也為懸鏈線，但其跨中標(biāo)高難以測(cè)量，而錨跨跨中垂度與錨固端拉力有著固定的力學(xué)關(guān)系，因而選取錨跨的張力作為控制參數(shù)。
目前，一般認(rèn)為基準(zhǔn)索股標(biāo)高與空纜標(biāo)高之間無(wú)差異，因此，先計(jì)算空纜標(biāo)高，然后根據(jù)基準(zhǔn)索股在主纜斷面的位置直接算出基準(zhǔn)索股的標(biāo)高。確定空纜標(biāo)高常采用兩種方法:
一、利用絲股在索鞍內(nèi)不滑動(dòng)即索鞍兩端主纜張力相等的己知條件；
二、利用索鞍不滑動(dòng)即索鞍兩端主纜張力的水平分力相等的己知條件。
第一種方法調(diào)索容易，但隨著索股的架設(shè)，索股沿水平方向的不平衡力增加，索塔偏位逐漸增加，使得架設(shè)跨度變化較大，降低了施工精度；第二種方法可保證溫度不變的條件下跨度變化很小，雖然索鞍兩端主纜張力不相等，但索股入槽后可通過(guò)強(qiáng)大的摩擦力來(lái)限制滑動(dòng)。因此大多采用第二種方法確定空纜標(biāo)高。
基準(zhǔn)索股線形測(cè)量和調(diào)整的實(shí)際施工監(jiān)控過(guò)程中，為了使已整形入鞍的索股達(dá)到設(shè)計(jì)線形，需要在夜間氣溫穩(wěn)定、風(fēng)速較小的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行跨中標(biāo)高觀測(cè)和調(diào)整。氣溫穩(wěn)定的基本條件為:索股徑向溫差<1℃，索股軸向溫差<2℃。將各測(cè)點(diǎn)的溫度匯總，在滿足氣溫穩(wěn)定的條件下，根據(jù)監(jiān)控在不同溫度下的控制值，調(diào)整基準(zhǔn)索股的跨中標(biāo)高。
各跨控制參數(shù)的調(diào)整實(shí)質(zhì)均是調(diào)整索長(zhǎng)，由于索股中、邊跨及錨跨是連通的，則邊跨跨中標(biāo)高受到中跨調(diào)整的影響，錨跨又受到邊跨調(diào)整的影響，因此調(diào)整應(yīng)按先中跨、再邊跨、最后錨跨的順序進(jìn)行。在索股架設(shè)和調(diào)整過(guò)程中，散索鞍被臨時(shí)固定，因而中、邊跨的調(diào)整不受錨跨影響，可以先將中、邊跨調(diào)整到位，最后調(diào)整錨跨。
2、索塔偏移對(duì)基準(zhǔn)索股線形的影響
由于索鞍在塔頂有偏岸側(cè)相對(duì)較大的預(yù)偏量，從架設(shè)基準(zhǔn)索股到主纜完成的過(guò)程中，在溫度不變的條件下，索塔受越來(lái)越大的偏心豎向力作用而向岸側(cè)發(fā)生偏移；而基準(zhǔn)索股架設(shè)完后，各跨之間無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度就恒定不變，隨著索塔向岸側(cè)越來(lái)越大的偏移，基準(zhǔn)索股中跨標(biāo)高越來(lái)越高，邊跨則相反。因此本文認(rèn)為，在索股架設(shè)過(guò)程中，基準(zhǔn)索股標(biāo)高是變化的，與主纜架設(shè)完成后的空纜顯然存在差異。認(rèn)為基準(zhǔn)索股線形與空纜線形完全一致的傳統(tǒng)觀點(diǎn)是不完全成立的。
由于基準(zhǔn)索股的架設(shè)精度要求非常高，最好在基準(zhǔn)索股架設(shè)調(diào)整過(guò)程中保證跨度不變，因此應(yīng)按索鞍兩端基準(zhǔn)索股張力的水平分力相等的條件計(jì)算基準(zhǔn)索股標(biāo)高和相應(yīng)的預(yù)偏量，然后根據(jù)主纜架設(shè)過(guò)程中索塔產(chǎn)生的偏移量計(jì)算空纜標(biāo)高和相應(yīng)的預(yù)偏量。而且，預(yù)偏量在基準(zhǔn)索股架設(shè)前設(shè)置，對(duì)應(yīng)的是基準(zhǔn)索股狀態(tài)下的預(yù)偏量，不應(yīng)采用空纜狀態(tài)下的預(yù)偏量。
3、一般索股標(biāo)高的確定及控制
基準(zhǔn)索股標(biāo)高確定后，一般索股的標(biāo)高根據(jù)其在主纜斷面中的位置確定，理想目標(biāo)是各束索股若即若離，相互沒(méi)有擠壓。通常按索股間間隙為lmm-3mm來(lái)確定一般索股標(biāo)高。
一般索股的架設(shè)采用標(biāo)志法。索股在工廠預(yù)制時(shí)，要求利用工廠的精密測(cè)量設(shè)備測(cè)量出鞍座中心對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并要求在鋼絲上作好標(biāo)志，因此白天架設(shè)時(shí)可將標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)各鞍座中心進(jìn)行架設(shè)。這樣可保證夜間調(diào)整時(shí)調(diào)整量較小。
梁施工監(jiān)控技術(shù)
概述
現(xiàn)代懸索橋的主梁一般采用鋼箱梁，在施工時(shí)一般采用節(jié)段吊裝、最后整體焊接的方法。加勁梁架設(shè)順序按照推進(jìn)方法分主要有兩種：一是從跨中節(jié)段開(kāi)始向兩側(cè)岸邊的橋塔方向推進(jìn)，最后在靠近兩端的某一位置合攏，二是從兩側(cè)岸邊主塔附近的節(jié)段開(kāi)始向跨中推進(jìn)。第二種施工方法容易造成合龍時(shí)鋼箱梁標(biāo)高出現(xiàn)錯(cuò)位，給合攏造成困難，故目前大跨徑懸索橋主梁吊裝多采用第一種方案。
在加勁梁吊裝階段，主纜所受的荷載變化較快，主纜標(biāo)高不斷變化，這個(gè)階段主要關(guān)注兩個(gè)問(wèn)題：一是主纜及加勁梁的線形，二是索塔應(yīng)力及主索鞍的多次頂推。隨著鋼箱梁吊裝的不斷進(jìn)行，索塔向中跨的偏位也越來(lái)越大，導(dǎo)致索塔的受力處于不利狀態(tài)，使受拉側(cè)(邊跨側(cè))的拉應(yīng)力有可能超出結(jié)構(gòu)的允許值。因此，必須在主索鞍安裝時(shí)設(shè)置一定的向邊跨的預(yù)偏量，在鋼箱梁的吊裝過(guò)程中，不斷的向中跨頂推索鞍，保證索塔的受力處于良好的狀態(tài)。所以索鞍的頂推時(shí)機(jī)、頂推量的選擇成為本施工階段最關(guān)鍵的監(jiān)控內(nèi)容。
值得一提的是，目前國(guó)內(nèi)外在懸索橋的施工方法及設(shè)計(jì)上較多采用的是通過(guò)設(shè)置主索鞍的預(yù)偏量來(lái)平衡施工中的中邊跨主纜水平力，保證索塔受力安全，現(xiàn)在也出現(xiàn)索鞍無(wú)預(yù)偏施工方法:從索鞍安裝時(shí)就將主索鞍與塔柱中心固定不動(dòng)，施工中通過(guò)張拉錨跨索股進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力調(diào)整。
主纜及加勁梁線形
1、主纜線形
主纜的控制點(diǎn)一般選取為兩邊跨跨中、中跨L/4、L/2、3L/4五個(gè)點(diǎn)作為標(biāo)高控制點(diǎn)，其中又以中跨跨中點(diǎn)最敏感、最為重要。鋼箱梁吊裝前須計(jì)算出各個(gè)吊裝階段控制點(diǎn)的理論標(biāo)高，實(shí)際施工過(guò)程中，對(duì)各個(gè)施工階段的實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行比較，找出偏差的原因，并及時(shí)提出調(diào)整方案。
2、鋼箱梁標(biāo)高及平整度
鋼箱梁的標(biāo)高主要受主纜標(biāo)高及吊索長(zhǎng)度的影響，可以通過(guò)對(duì)主纜標(biāo)高嚴(yán)密監(jiān)控及吊索長(zhǎng)度的嚴(yán)格控制來(lái)保證鋼箱梁的標(biāo)高，這樣不但容易控制鋼箱梁的標(biāo)高，而且調(diào)整的工作量也減少許多。
鋼箱梁的平整度也是鋼箱梁標(biāo)高控制的重要內(nèi)容，由于在理論計(jì)算中，鋼箱梁上下游高差一般是嚴(yán)格一致的(除非有較大的偏心荷載)。因此這部分監(jiān)控內(nèi)容的重點(diǎn)便在于實(shí)際測(cè)量上。若實(shí)測(cè)上下游高差過(guò)大，可用跨纜吊機(jī)及時(shí)調(diào)整。因?yàn)榈跹b過(guò)程中影響鋼箱梁平整度的因素較多，在吊裝施工階段鋼箱梁的平整度并不穩(wěn)定，因此一般在鋼箱梁全部吊裝完成后才對(duì)平整度進(jìn)行調(diào)整；調(diào)整量確定時(shí)應(yīng)注意鋼箱梁各階段間的相互影響及絕對(duì)標(biāo)高的偏差方向，如絕對(duì)標(biāo)高偏低，則平整度調(diào)整時(shí)應(yīng)將上、下游中較低的一側(cè)向高處調(diào)整，調(diào)整量為上、下游高差的一半。
3、鋼箱梁開(kāi)口角
為了保證已吊裝好的梁段的穩(wěn)定，吊裝完的鋼箱梁之間必須進(jìn)行臨時(shí)連接(鉸接)。一般只在箱梁的上緣進(jìn)行臨時(shí)連接，同時(shí)預(yù)留焊縫寬度，因而梁段間存在開(kāi)口角和開(kāi)口距，它將隨著吊裝過(guò)程的進(jìn)行而不斷變化，當(dāng)開(kāi)口角接近于零，此時(shí)可在下緣進(jìn)行臨時(shí)連接，最后正式進(jìn)入焊接施工。
有時(shí)為加快橋梁的施工進(jìn)度，可以在吊裝進(jìn)行到一定階段后就開(kāi)始焊接。但這種情況下，為了減小臨時(shí)連接及焊縫的附加內(nèi)力，選擇合適的連接及焊接時(shí)機(jī)就顯得極為重要。
索鞍頂推
懸索橋預(yù)偏量的設(shè)置一般可采用以下兩種方法，
一、主纜架設(shè)前，在索塔的頂部固定鋼絲繩，而后在邊跨側(cè)用牽引設(shè)備給索塔施加拉力，使得索塔向邊跨側(cè)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)偏量，調(diào)整拉力的大小，即可得到計(jì)算規(guī)定的預(yù)偏量。主纜架設(shè)完成后，即可松開(kāi)鋼絲繩。在以后的施工過(guò)程中，該預(yù)偏量會(huì)逐漸減小，到成橋后，預(yù)偏量完全消除，索塔處于鉛垂位置。
二、主纜架設(shè)前，索塔處于豎直狀態(tài)，安裝主索鞍的鞍座時(shí)使其向邊跨側(cè)有一偏量，即主索鞍的鞍座中心和索塔的中心不在同一位置，主索鞍的鞍座和索塔只做臨時(shí)連接。隨著中跨荷載的不斷增加，索塔承受的水平力的差值加大，產(chǎn)生變形，使索塔和索鞍一起不斷向中跨移動(dòng)，位移達(dá)到一定的值后，即可頂推主索鞍，使主索鞍和索塔發(fā)生相對(duì)位移。若頂推量合適，則索塔可以重新處于豎直狀態(tài)，主索鞍的預(yù)偏量的減小值即頂推量。
兩種設(shè)置方法在實(shí)際應(yīng)用中各有利弊。方法一原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，但缺點(diǎn)是只適用于預(yù)偏量較小的情況下，故一般情況下只適用于較小跨徑的懸索橋。方法二可以設(shè)置較大的預(yù)偏量，但其施工工藝較復(fù)雜，一般情況下適用于大跨徑的懸索橋。
大跨徑懸索橋的預(yù)偏量一般較大，可達(dá)到1米甚至更多。主索鞍的鞍座向邊跨側(cè)偏移以設(shè)置預(yù)偏量，在以后的施工過(guò)程中逐步頂推主索鞍。因此在吊裝工作開(kāi)始前，須對(duì)各個(gè)吊裝階段進(jìn)行計(jì)算以控制主索鞍頂推量和頂推時(shí)機(jī)。主索鞍分階段頂推的控制原則為:
1、首先根據(jù)索塔設(shè)計(jì)承載能力及其施工過(guò)程中對(duì)索塔塔身控制截面應(yīng)力的設(shè)計(jì)要求，推算出塔頂在縱橋向容許最大水平位移(即最大容許偏心距)。
2、按照施工順序劃分階段，假定主索鞍在塔頂處于自由滑移狀態(tài)，在計(jì)入預(yù)定施工臨時(shí)荷載的情況下，確定主索鞍在施工各個(gè)階段的滑移歷程曲線。
3、以塔頂容許最大水平位移的0.7倍為控制值，依據(jù)主索鞍滑移歷程曲線確定主索鞍的頂推階段和頂推量。主索鞍預(yù)偏量在成橋之前，不應(yīng)全部頂推完成，應(yīng)留有一定的預(yù)偏量待成橋后再頂推完成，以利調(diào)整成橋狀態(tài)索塔的受力。
4、施工過(guò)程中跟蹤檢測(cè)索塔塔身控制截面的應(yīng)力和塔頂縱橋向的水平變位，并與給定控制值進(jìn)行比較，確定出修正調(diào)整量。
合理確定主索鞍頂推階段和頂推量是關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全和能否實(shí)現(xiàn)最終監(jiān)控目標(biāo)的重要保障。有學(xué)者研究在頂推中實(shí)行“小步快跑”原則，即適當(dāng)增加頂推次數(shù)，減小每次頂推的頂推量，將有效減小每次的千斤頂頂推力，增加索塔的裕度，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力和安全有很大好處。但由于塔頂主索鞍在結(jié)構(gòu)和受力上的復(fù)雜性，致使索鞍頂推施工十分復(fù)雜煩瑣。因此如何有效解決施工上的問(wèn)題，使小步快跑原則有效實(shí)施，需要進(jìn)一步深入研究。
結(jié)論
主纜和梁的吊裝是施工監(jiān)控中的關(guān)鍵問(wèn)題。主纜施工控制計(jì)算中，主纜無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度、吊索位置以及長(zhǎng)度、基準(zhǔn)索股的確定是重要的步驟，這里面主要涉及計(jì)算方法和考慮諸多影響因素的精細(xì)計(jì)算。加勁梁吊裝過(guò)程中，主纜線形的控制，索鞍頂推的時(shí)機(jī)、頂推量的選擇是最關(guān)鍵的監(jiān)控內(nèi)容。
施工中溫度效應(yīng)是不容忽視的一點(diǎn)，它影響著施工監(jiān)控中參數(shù)的計(jì)算，大量現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的積累將有助于學(xué)者對(duì)溫度場(chǎng)的理解和把握。
參考文獻(xiàn)
袁帥華,孫 斌,肖汝誠(chéng).珠江黃埔大橋南汊懸索橋施工監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].中外公路,2008,28(1):73-76
許漢錚.大跨徑懸索橋施工控制系統(tǒng)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)博士學(xué)位論文，2005
何為.大跨徑懸索橋施工監(jiān)控中若干問(wèn)題的研究[D].浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2006
世界斜拉橋、懸索橋及跨海大橋十大排行榜.科技導(dǎo)報(bào)[E].2011,29(9)：15-21
鐵道部大橋工程局橋梁科學(xué)研究所編.懸索橋[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1996.10
黃健.一座單塔兩跨自錨式砼懸索橋施工監(jiān)控[D].大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009
檀永剛.自錨式懸索橋的力學(xué)特性與施工控制研究[D].大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2008
王衛(wèi)潔.自錨式懸索橋施工監(jiān)控技術(shù)研究[J].大眾科技，2005,（1）：11-15
錢(qián)冬生主編.大跨懸索橋的設(shè)計(jì)與施工[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1997
?。ǖ湥┘沸林航鹪龊樽g.纜索支撐橋梁[M].北京：人民交通出版社，2001
肖軍良.山區(qū)懸索橋施工控制中的若干問(wèn)題[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009，（4）：39-40
陳躍.索鞍無(wú)預(yù)偏施工鋼混疊合梁懸索橋施工控制技術(shù)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)博士學(xué)位論文，2005
張佳文，趙彬.懸索橋主纜成橋線形的解析計(jì)算[J].湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011,20（1）：19-23
譚紅梅，劉曉鑾，肖汝誠(chéng)等. 懸索橋施工監(jiān)控典型問(wèn)題及其解答[J].結(jié)構(gòu)工程師，2008，24（3）：155-158
