懸索橋的施工誤差控制

曾志愿

(貴州錦航工程技術咨詢有限公司)

1 懸索橋施工控制的重要性

懸索橋在施工過程中不僅容易產生各種施工誤差，而且容易出現風的不穩定性和局部應力超限。

(1)懸索橋抵抗變形的剛度主要來自主纜的重力剛度。當加勁梁尚未架設時，主纜是很柔的。隨著加勁梁的架設及溫度變化，主纜的幾何形狀變化很大。以虎門大橋的施工過程為例，當跨中已吊裝部分梁段，設溫度降低20℃、升高25℃或為基準溫度時，主纜及部分加勁梁相充分于全橋完成(基準溫度)時的豎向位移如圖1 所示。從圖1 中可以看出，四分點處的主纜比全橋完成時主纜的位置高出6 ～7m，其縱向的位移也相當可觀，因此索夾在主纜上的位置必須有一適當的預偏量。

(2)懸索橋施工各階段中消除誤差比較困難，一旦施工完畢，不但主纜長度無法調整，就是吊索也無法像斜拉橋的拉索那樣可重復張拉進行調整。懸索橋的主纜和吊索長度在施工過程中只能通過墊片微量調整。

(3)吊裝若干主梁節段后就要用千斤頂調整塔頂鞍座與塔頂之間的相對位置以釋放塔根彎矩。何時釋放塔根彎矩必須通過施工控制確定。

(4)為了減少最終吊裝完畢時現場焊接的工作量及提高施工階段抗風穩定性，常常部分梁段吊裝完畢時就焊成剛性連接段。但如果一次剛性連接的長度太長，則其最外側的吊索可能超載。加勁梁的彎曲應力可能超限。允許多少個節段先部分剛性連接必須進行科學細致的工程控制。

(5)其他一些隨機因索的影響。

圖1 施工過程中主纜相對于全橋完成時主纜的位移

2 懸索橋施工誤差控制的內容

懸索橋的施工誤差控制由施工前控制和施工中的控制兩大部分組成。為達到施工誤差控制的目的，國內外有關學者先后研制出各有特色的計算機軟件，其內容大同小異。所謂大同，是都按有限位移理論考慮了懸索橋的幾何非線性;所謂小異，是各家思路不同，考慮的因素繁簡不一。以下介紹施工控制的主要問題。

施工前誤差控制包括確定主纜和吊索的無應力長度、加勁粱的無應力三維尺寸、鞍座的預偏量、索夾的預偏量等。那么，在僅有成橋狀態時的橋面豎曲線、吊索(索夾)位置、鞍座中心位置和主纜跨中矢高的情況下，如何確定這些尺寸使成橋狀態時結構的幾何形狀滿足設計要求?再則，對主纜的線形而言，在剛架設就位之后是一根懸鏈線，但經過作用一期恒載(索夾、吊索、鉸接的加勁梁段)和二期恒載(橋面鋪裝、防撞墻等)之后，主纜究竟呈現怎樣的線形就不得而知。因此必須采用逐步逼近的前進分析法確定施工前控制的尺寸。

計算分為兩個階段，第一階段計算一期恒載的作用，此時加勁梁尚未剛接，荷載全由主纜承受。第二階段計算二期恒載的作用，荷載由已經剛接的加勁梁和主纜共同承受。兩個階段各有其初始態、荷載態和目標態。初始試算時(ICVC=1，KCVC=1)，取目標態二時的幾何(也就是成橋時的幾何)為目標態一的幾何(框1)，此時需要假定一個初始態一，為方便起見，可以同樣取目標態一的幾何(框2)。在初始態一上作用一期恒載，計入所有非線性因素就可以得到荷載態(框3)，拿荷載態一與目標態一比較(框4)，初次試算腎定是誤差較大的，于是修正初始態一(框A)，重復框3 的計算(kCVC=KCVC +1)，如此類推直至誤差小于某一指定值(例如ctolen=0.01 m)為止，接下來計算第二階段。

第二階段的計算最初(ICVC =1)以目標態一的幾何為初始態二(框5)。在初始態二上作用二期恒載，計入所有非線性因素就可以得到荷載態二(框6)，拿荷載態二與目標態二比較(框7)，初次計算時誤差較大，于是修正初始態二，也就是修正了目標態一(框B)，這樣就同到了框1(ICVC =ICVC+1)，重復計算，如此類推，直至滿足荷載態二與目標態二的誤差小于某一指定值為止。在程序的后處理中就可以輸出我們感興趣的施工前誤差控制的內存。

以成橋狀態為初始態，可以通過倒拆分析對各種施工方案進行計算機模擬，得到每一施工階段的結構幾何和內力，從而據此選擇臺理的施工方案。根據計算機模擬結果，有幾點值得注意。

(1)加勁梁的吊裝，每吊裝一段立即予以剛接直到橋跨全長，是通不過的。由于主纜幾何形狀在施工中變化很大，這樣剛接若干段后，某一吊索和加勁粱的內力都會超過限值。

(2)合理的方法是將幾段加勁粱剛接在一起，形成一不長的剛性連接段，各剛性連接段之間以臨時鉸相連，這樣可以釋放加勁粱和吊索巾過高的內力，并且對施工過程中抗風穩定性有利。

(3)主纜架設完畢后，貓道的重量懸掛在主纜上，它對懸索橋結構構件的無應力尺寸沒有影響，但對架設過程的計算機模擬影響較大，主要會影響到加勁梁下翼緣的閉合，應予以重視。

(4)鞍座弧而與主纜相切點的運動對倒拆分析影響不火，可以忽略不計。