大跨徑斜拉橋索力的施工控制

史錦華,許 剛

(1.重慶萬橋交通科技發展有限公司;2.重慶航天機電設計院)

1 大跨徑斜拉橋索力的施工控制的主要目的和任務

斜拉橋是一種超靜定次數很高的結構體系,在斜拉橋的實際施工過程中由于各種結構參數不可避免會與設計值存在差異,加之施工荷載等因素的不確定性,導致施工產生結構內力及變位結果必然于設計預期存在偏差。這類偏差如不進行控制和調整則不僅會影響到成橋后橋梁的運營效果,并且會危及施工中的結構安全。斜拉橋的施工控制目的就是確保斜拉橋施工中的快捷、安全并盡量使成橋后的結構內力、線型與設計預期相符合。

通過計算和施工手段對結構的目標狀態和施工的實施狀態進行控制調整,達到對施工誤差進行控制的目的。施工控制的方法必需與各類斜拉橋設計施工的特點相結合,才能在確保結構安全及施工便捷的前提下切實可靠地實現控制的目標。由于目前國內大多數斜拉橋的施工控制都是針對混凝土斜拉橋進行的,其相應的控制方法也是針對混凝土梁的施工特點提出來的,對于特大跨度的鋼主梁斜拉橋,施工控制積累的經驗較少。

根據結構的設計特點和施工特點確定合理的施工誤差容許度,以應力監控預警體系為保障,以控制線型平順、消除索力的二次調整、確保施工安全快捷為目標,對主梁施工中主梁標高、主梁軸線、懸臂端傾角、索塔偏位、索力、塔梁應力、拼接梁段焊縫寬度等內容的施工誤差進行多元控制,取得了較滿意的結果。

2 大跨徑斜拉橋索力的施工控制體系

大跨徑斜拉橋索力的施工控制體系由施工控制實時計算體系、施工測量實際體系、現場參數采集體系、應力監控預警體系等幾部分組成。實時計算由兩套獨立計算體系來共同完成,以確保控制目標值的可靠性。施工實時測量由幾何測量、物理測量和力學測量三部分組成。幾何測量即線型測量,其內容包括:主梁標高、主梁拼裝傾角、主梁軸線、索塔偏位等內容。線型測量由兩套獨立測量體系共同完成,以確保獲取準確的施工數據。其中,以由施工單位湖南路橋公司的測量數據為主,由二橋測量中心組成單位之一的河海大學進行測量復核。物理測量的主要內容為溫度的測量,包括環境溫度、構件表面溫度和鋼箱梁溫度場的測試。力學測量包括索力測量和應力測量。索力采用頻譜法測定,并用斜拉索張拉階段壓力傳感器的數據進行標定。根據索塔的結構及受力特點,在蒙塔下橫梁上、下的塔柱斷面設置應力測點,采用混凝土內預埋鋼弦計進行應力測量。根據施工中主梁的受力情況,結合成橋動、靜試驗及結構的長效觀測,對施工中主梁應力進行監控。鋼梁應力測試元件采用表面鋼弦應變計,所選元件能同時測量出測點處的鋼梁溫度。

由索塔和主梁的應力測試部分組成主梁施工的應力監控體系。應力的測試數據不僅是判斷施工誤差的重要因素,同時也是確定施工誤差調整方法及調整幅度的重要依據。對應力測試數據的正確分析和判斷,并結合索力和線型數據可以確定結構的實際內力狀況的大致情況,為安全施工提供預警。現場參數的采集包括對結構恒載、施工荷載、臨時荷載及材料參數等的分析采集和分析,以便判斷是否進行計算參數的調整。

3 大跨徑斜拉橋索力的施工控制的方法

3.1 施工過程中通過實時測量體系獲取到準確的施工的數據

通過現場參數采集體系來確定施工中主要的實際參數,與設計參數進鑄比較分析,完成對施工計算體系中的計算參數的識別和修正。根據應力監控預警體系所得出的主梁應力狀況結果及各類誤差的狀態來確定誤差調整方法、誤差調整幅度及誤差調整時機。

大跨徑斜拉橋索力的施工控制原則是以線型和索力雙控,并盡量做到主梁軸線、索塔偏位及連接段焊縫寬度等多元目標的控制結果在容許誤差度以下。

3.2 斜拉橋施工控制的實質是對施工誤差進行分析判斷

在確保目標數據的正確性和采樣數據的可靠性以外,應對施工誤差提出一套合理的容許誤差度,作為誤差控制和調整的依據。誤差容許度的確定需要以設計及施工的具體特點相結合,以保障施工偏差不至于影響施工中結構安全度,也不至于因過多的誤差調整影響到施工進度。

3.3 鋼主梁斜拉橋主梁拼裝時存在一個鋼梁的拼裝標高的概念

鋼梁的拼裝標高必須依據成橋線型、主梁施工恒載變形、鋼梁的制造預拼線型來確定。在確定拼裝標高過程中還應兼顧斜拉索的初始張拉力的確定和合理成橋內力狀態的確定。在確定了正確的拼裝標高以后,在主梁的施工過程中通過現場參數采集體系確定準確的施工實際參數。鋼箱梁的拼裝不能像混凝土梁段澆筑那樣實現主梁梁段連接處轉角和懸臂端標高的較大調整。全焊接接口鋼箱梁可以通過調整頂、底板焊縫寬度來實現梁端懸臂端標高及傾角的微小調整,而全栓接接口的鋼箱梁幾乎很難通過接頭調整來實現標高和傾角的變化。

由于斜拉橋施工計算中很難準確將各施工階段中實際塔、梁、索的溫度場分布狀況和溫度變化狀況對施工狀況影響反映出來,而鋼箱梁施工中塔、梁位移及應力受溫度變化的響應非常敏感。因此在南汊橋的施工控制中,首先控制關鍵施工工序及施工測量數據采集的時間,來減少溫度變化對施工控制精度的影響。

在鋼箱梁的精匹配階段,對主梁進行標高、傾角及軸線的同步觀測。由施工控制計算給出控制預測值,現場確定施工誤差。通過調整底板焊縫間隙對標高、傾角及軸線進行微調,以懸臂端標高控制為主,同時盡量將傾角及焊縫間隙的誤差控制在誤差容許度以內。在斜拉索的第二次張拉階段,對主梁標高、傾角、軸線及索塔偏位進行同步觀測。通過斜拉索索力來調整主梁標高誤差,同時盡量使傾角及索塔偏位在容許誤差范圍內。

3.4 對各控制施工階段

由施工控制計算給出模擬溫度變化計算得到的“溫度-主梁撓度影響曲線”,以方便現場監控人員根據環境溫度對施工控制目標值進行適當修正,以正確判定施工誤差狀況,現場確定誤差控制幅度。在各斜拉索第二次張拉階段,由施工控制計算給出“斜拉索張拉力-主梁撓度、傾角影響曲線”,并要求對斜拉索張拉進行分級張拉同步觀測,由計算數據及分級張拉的實測撓度變化數據現場確定斜拉索的超張拉誤差量,來確保主梁標高及傾角的誤差盡可能小。

在各控制施工階段進行線型測量的同時進行應力監測,分析主梁應力誤差狀況,對主梁吊裝和斜拉索張拉階段結構的安全度進行判定,對超出應力容許誤差的情況進行分析預警。

4 結束語

在大跨徑斜拉橋索力的施工控制過程中應該綜合地去運用結構分析、施工控制方法、施工控制體系等各種,為大跨徑斜拉橋索力的施工過程建立了全面的施工控制體系,科學地降低了施工期間的風險事態發生。

[1] 葉方謙,余利華.大跨度預應力混凝土橋施工應力監測[J].交通科技,2004,205(4):1-4.

[2] 韓大建,徐郁峰,王衛鋒,等.大跨度混凝土斜拉橋主梁應力監測中徐變應變的分離[J].橋梁建設,2003,(1):55-58.

[3] 郭建民,陳政清.大跨度橋梁抖振有限元分析[J].橋梁建設,1999,(1).

[4] 郭建民.大跨度橋梁抖振有限元分析理論研究與應用[D].長沙鐵道學院碩士學位論文,1999.