大跨徑懸索橋結構施工控制技術探究

王一鳴

大跨度懸索橋梁施工控制也是一個較大的系統工程,它必須具備足夠的人、財、物以及先進的管理手段方能使其正常運行。同時,橋梁施工通常要涉及到業主、設計、施工、社會監理、政府監督、施工控制等多個部門與單位,這些單位都將在施工控制中起到不同程度的作用。在施工中也需要對于各個環節進行控制,以下論文主要就此做了粗淺的探討。

1橋梁相關比例的選擇

許多橋梁的實際寬跨比早巳縮小到1/30左右。對大跨度(500m以上)懸索橋來說,即使取1/30作為寬跨比的最小標準也是顯得非常保守的。特別是對千米以上的大跨度懸索橋來說,滿足交通要求的梁寬(或主纜中心距)一般不一定都超過1/30。但大跨度懸索橋的寬跨比至今尚無合理而具有科學性的標準值。在進行總體布置時可先參考已有的實踐資料來選擇一定的寬跨比值,然后在抗風設計中進行理淪分析與利用風洞試驗來驗證所選寬跨比值是否適宜。在理論上,當主孔跨度為定值時,寬跨比越大表示梁體越寬。因此,代表梁體橫向撓曲剛度的梁體截面橫向慣性矩也越大。對主孔梁體的橫向最大撓度雖也可起到減小的作用,但后者的減小程度相對的來說較小一些。

由于懸索橋的加勁梁在恒載作用下除了與吊索節間長度有關的局部撓曲應力之外,一般是處于無應力狀態,因此加勁梁的梁高一般與主孔跨度基本上沒有什么關系。在進行總體布置時需要考慮的是采用桁架式加勁梁還是采用箱型加勁梁。桁架式加勁梁的桁高大比箱型加勁梁的梁高大要大好幾倍,它對布置雙層橋面的適應性較佳。箱型加勁梁從首次出現在英國的塞文(Severn)橋以后,它的優點已廣泛被世界各國接受。因此,20世紀80年代以后懸索橋中除了日本的明石海峽大橋和因島大橋之外,單層橋面的懸索橋基本上全部采用箱型加勁梁。桁架式加勁梁的梁高大一般為8m～14m。箱型加勁梁的梁高,一般為2．5m～4．5m。與寬跨比相同,高跨比越大表示梁體越高。因此,代表梁體豎向撓曲剛度的梁體截面豎向慣性矩也越大。

2施工材料的分析

橋梁工程中典型材料非線性問題主要有混凝土的收縮、徐變和材料彈塑性等問題。幾何非線性問題目前主要研究三類問題:一類是大位移小應變問題,如高層建筑、大跨度柔性橋梁等結構分析大多屬于此類,其特點是材料應變較小,本構關系可按線性關系考慮,但結構變形較大,可引起外荷載大小、方向的變化,在建立結構平衡方程時,必須考慮位移造成的影響;另一類是大位移大應變問題,如金屬的壓力加工問題,結構變形較大,應變也較大,用位移的一階導數作為應變值已不太適合;第三類問題是大轉動問題,所謂轉動“很大”,不一定是量值很大,而是指在建立平衡方程時,必須計及這種轉動。研究第一類問題的理論稱為有限位移理論,研究第二類問題的理論稱為有限應變理論。

橋梁工程中的幾何非線性問題主要采用有限位移理論,如柔性橋梁結構的恒載狀態確定問題、柔性結構的恒活載的內力計算問題、橋梁結構的穩定分析問題等均采用有限位移理論。接觸問題在橋梁工程中主要表現有:支架上預應力梁張拉后的部分落架現象:懸索橋主纜與鞍座接觸狀態的改變等。非線性彈塑性問題,例如鋼筋、鋼材等,材料超過屈服極限后呈現出非線性性質,結構的彈塑性分析主要研究此類問題。在加載過程中,非線性彈性分析和非線性彈塑性分析從本質上說是一致的,即只要寫出非線性的應力一應變關系,就可采用相同的計算方法進行,但在卸載階段,非線性彈性問題是可逆過程,卸載后結構會恢復到加載前的位置,而非線性彈塑性問題是不可逆過程,卸載后結構出現殘余變形。

3橋面鋪設的施工控制技術

隨著我國大跨徑鋼橋的大量修建,正交異性板鋼橋面的鋪裝技術取得了很大的發展。現已形成了幾套完整的鋼橋面鋪裝方案,其中比較典型的鋪裝方案包括:(1)澆注式瀝青混凝土鋪裝;(2)瀝青瑪蹄脂混合料鋪裝;(3)雙層改性瀝青SMA鋪裝;(4)環氧瀝青混凝土鋪裝。其中雙層改性瀝青SMA鋪裝方案在2001年底已通過了交通部技術驗收,有關鋼橋面鋪裝的技術規范正在制定中。

對以上幾種鋪裝方案進行了比較,分析其適用條件,根據其在幾座橋的實際使用情況,分析了各種鋪裝方案的優勢與不足之處。(1)大跨度鋼橋本身的變形、位移、振動等直接影響鋪裝層的工作狀態。因此要求橋面鋪裝層必須與橋面板緊密結合成整體,具有與鋼板變形的隨從性,且具有抗疲勞開裂性。(2)鋼橋的季節性溫度變化嚴重影響鋪裝層的變形,瀝青鋪裝層容易受大氣溫度的影響。因此要求鋪裝層具有很好的高溫穩定性和低溫抗裂性。(3)在荷載作用下,鋼箱梁有可能產生負彎矩,使鋪裝層表面承受拉伸荷載。因此要求鋪裝層能夠承受一定的拉應變。(4)鋼材容易生銹,要求橋面鋪裝層能夠有效防水。

4結語

懸索橋是指以主纜索受拉為主要承重構件的橋梁結構。其結構構造包括基礎、塔墩、錨碇、主纜索、吊索、加勁梁及橋面結構等。在橋梁設計時,當需要橋梁跨度在600m及以上時,總是首選懸索橋這一經典橋型。施工單位是橋梁施工的直接實施者,是施工控制的具體實施者與受益者,嚴格按設計要求與控制要求進行施工,負責反饋施工控制的實施情況與效果,提出調整建議等;社會監理對施工控制內容、方案與目標發表意見,負責監督施工單位對施工控制的具體實施,對其結果進行檢查、驗收,對控制提出改進意見,充當控制與施工單位之間的直接聯系者;政府監督對控制內容、方案、目標發表意見,并予以監督;施工控制單位(小組)則是整個施工控制的組織者和實施者,負責施工控制內容、方案、目標的制定與實施。由此可見,施工控制是多方協作、共同努力的結果。

參考文獻

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