史錦華,許 剛

(1.重慶萬(wàn)橋交通科技發(fā)展有限公司;2.重慶航天機(jī)電設(shè)計(jì)院)

1 大跨徑斜拉橋索力的施工控制的主要目的和任務(wù)

斜拉橋是一種超靜定次數(shù)很高的結(jié)構(gòu)體系,在斜拉橋的實(shí)際施工過(guò)程中由于各種結(jié)構(gòu)參數(shù)不可避免會(huì)與設(shè)計(jì)值存在差異,加之施工荷載等因素的不確定性,導(dǎo)致施工產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變位結(jié)果必然于設(shè)計(jì)預(yù)期存在偏差。這類(lèi)偏差如不進(jìn)行控制和調(diào)整則不僅會(huì)影響到成橋后橋梁的運(yùn)營(yíng)效果,并且會(huì)危及施工中的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)力、線型與設(shè)計(jì)預(yù)期相符合。

通過(guò)計(jì)算和施工手段對(duì)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)和施工的實(shí)施狀態(tài)進(jìn)行控制調(diào)整,達(dá)到對(duì)施工誤差進(jìn)行控制的目的。施工控制的方法必需與各類(lèi)斜拉橋設(shè)計(jì)施工的特點(diǎn)相結(jié)合,才能在確保結(jié)構(gòu)安全及施工便捷的前提下切實(shí)可靠地實(shí)現(xiàn)控制的目標(biāo)。由于目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)斜拉橋的施工控制都是針對(duì)混凝土斜拉橋進(jìn)行的,其相應(yīng)的控制方法也是針對(duì)混凝土梁的施工特點(diǎn)提出來(lái)的,對(duì)于特大跨度的鋼主梁斜拉橋,施工控制積累的經(jīng)驗(yàn)較少。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和施工特點(diǎn)確定合理的施工誤差容許度,以應(yīng)力監(jiān)控預(yù)警體系為保障,以控制線型平順、消除索力的二次調(diào)整、確保施工安全快捷為目標(biāo),對(duì)主梁施工中主梁標(biāo)高、主梁軸線、懸臂端傾角、索塔偏位、索力、塔梁應(yīng)力、拼接梁段焊縫寬度等內(nèi)容的施工誤差進(jìn)行多元控制,取得了較滿(mǎn)意的結(jié)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(shí)時(shí)計(jì)算體系、施工測(cè)量實(shí)際體系、現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)采集體系、應(yīng)力監(jiān)控預(yù)警體系等幾部分組成。實(shí)時(shí)計(jì)算由兩套獨(dú)立計(jì)算體系來(lái)共同完成,以確保控制目標(biāo)值的可靠性。施工實(shí)時(shí)測(cè)量由幾何測(cè)量、物理測(cè)量和力學(xué)測(cè)量三部分組成。幾何測(cè)量即線型測(cè)量,其內(nèi)容包括:主梁標(biāo)高、主梁拼裝傾角、主梁軸線、索塔偏位等內(nèi)容。線型測(cè)量由兩套獨(dú)立測(cè)量體系共同完成,以確保獲取準(zhǔn)確的施工數(shù)據(jù)。其中,以由施工單位湖南路橋公司的測(cè)量數(shù)據(jù)為主,由二橋測(cè)量中心組成單位之一的河海大學(xué)進(jìn)行測(cè)量復(fù)核。物理測(cè)量的主要內(nèi)容為溫度的測(cè)量,包括環(huán)境溫度、構(gòu)件表面溫度和鋼箱梁溫度場(chǎng)的測(cè)試。力學(xué)測(cè)量包括索力測(cè)量和應(yīng)力測(cè)量。索力采用頻譜法測(cè)定,并用斜拉索張拉階段壓力傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)索塔的結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn),在蒙塔下橫梁上、下的塔柱斷面設(shè)置應(yīng)力測(cè)點(diǎn),采用混凝土內(nèi)預(yù)埋鋼弦計(jì)進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量。根據(jù)施工中主梁的受力情況,結(jié)合成橋動(dòng)、靜試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)效觀測(cè),對(duì)施工中主梁應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控。鋼梁應(yīng)力測(cè)試元件采用表面鋼弦應(yīng)變計(jì),所選元件能同時(shí)測(cè)量出測(cè)點(diǎn)處的鋼梁溫度。

由索塔和主梁的應(yīng)力測(cè)試部分組成主梁施工的應(yīng)力監(jiān)控體系。應(yīng)力的測(cè)試數(shù)據(jù)不僅是判斷施工誤差的重要因素,同時(shí)也是確定施工誤差調(diào)整方法及調(diào)整幅度的重要依據(jù)。對(duì)應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)的正確分析和判斷,并結(jié)合索力和線型數(shù)據(jù)可以確定結(jié)構(gòu)的實(shí)際內(nèi)力狀況的大致情況,為安全施工提供預(yù)警。現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的采集包括對(duì)結(jié)構(gòu)恒載、施工荷載、臨時(shí)荷載及材料參數(shù)等的分析采集和分析,以便判斷是否進(jìn)行計(jì)算參數(shù)的調(diào)整。

3 大跨徑斜拉橋索力的施工控制的方法

3.1 施工過(guò)程中通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量體系獲取到準(zhǔn)確的施工的數(shù)據(jù)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)采集體系來(lái)確定施工中主要的實(shí)際參數(shù),與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)鑄比較分析,完成對(duì)施工計(jì)算體系中的計(jì)算參數(shù)的識(shí)別和修正。根據(jù)應(yīng)力監(jiān)控預(yù)警體系所得出的主梁應(yīng)力狀況結(jié)果及各類(lèi)誤差的狀態(tài)來(lái)確定誤差調(diào)整方法、誤差調(diào)整幅度及誤差調(diào)整時(shí)機(jī)。

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(biāo)的控制結(jié)果在容許誤差度以下。

3.2 斜拉橋施工控制的實(shí)質(zhì)是對(duì)施工誤差進(jìn)行分析判斷

在確保目標(biāo)數(shù)據(jù)的正確性和采樣數(shù)據(jù)的可靠性以外,應(yīng)對(duì)施工誤差提出一套合理的容許誤差度,作為誤差控制和調(diào)整的依據(jù)。誤差容許度的確定需要以設(shè)計(jì)及施工的具體特點(diǎn)相結(jié)合,以保障施工偏差不至于影響施工中結(jié)構(gòu)安全度,也不至于因過(guò)多的誤差調(diào)整影響到施工進(jìn)度。

3.3 鋼主梁斜拉橋主梁拼裝時(shí)存在一個(gè)鋼梁的拼裝標(biāo)高的概念

鋼梁的拼裝標(biāo)高必須依據(jù)成橋線型、主梁施工恒載變形、鋼梁的制造預(yù)拼線型來(lái)確定。在確定拼裝標(biāo)高過(guò)程中還應(yīng)兼顧斜拉索的初始張拉力的確定和合理成橋內(nèi)力狀態(tài)的確定。在確定了正確的拼裝標(biāo)高以后,在主梁的施工過(guò)程中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)采集體系確定準(zhǔn)確的施工實(shí)際參數(shù)。鋼箱梁的拼裝不能像混凝土梁段澆筑那樣實(shí)現(xiàn)主梁梁段連接處轉(zhuǎn)角和懸臂端標(biāo)高的較大調(diào)整。全焊接接口鋼箱梁可以通過(guò)調(diào)整頂、底板焊縫寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)梁端懸臂端標(biāo)高及傾角的微小調(diào)整,而全栓接接口的鋼箱梁幾乎很難通過(guò)接頭調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)高和傾角的變化。

由于斜拉橋施工計(jì)算中很難準(zhǔn)確將各施工階段中實(shí)際塔、梁、索的溫度場(chǎng)分布狀況和溫度變化狀況對(duì)施工狀況影響反映出來(lái),而鋼箱梁施工中塔、梁位移及應(yīng)力受溫度變化的響應(yīng)非常敏感。因此在南汊橋的施工控制中,首先控制關(guān)鍵施工工序及施工測(cè)量數(shù)據(jù)采集的時(shí)間,來(lái)減少溫度變化對(duì)施工控制精度的影響。

在鋼箱梁的精匹配階段,對(duì)主梁進(jìn)行標(biāo)高、傾角及軸線的同步觀測(cè)。由施工控制計(jì)算給出控制預(yù)測(cè)值,現(xiàn)場(chǎng)確定施工誤差。通過(guò)調(diào)整底板焊縫間隙對(duì)標(biāo)高、傾角及軸線進(jìn)行微調(diào),以懸臂端標(biāo)高控制為主,同時(shí)盡量將傾角及焊縫間隙的誤差控制在誤差容許度以?xún)?nèi)。在斜拉索的第二次張拉階段,對(duì)主梁標(biāo)高、傾角、軸線及索塔偏位進(jìn)行同步觀測(cè)。通過(guò)斜拉索索力來(lái)調(diào)整主梁標(biāo)高誤差,同時(shí)盡量使傾角及索塔偏位在容許誤差范圍內(nèi)。

3.4 對(duì)各控制施工階段

由施工控制計(jì)算給出模擬溫度變化計(jì)算得到的“溫度-主梁撓度影響曲線”,以方便現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)施工控制目標(biāo)值進(jìn)行適當(dāng)修正,以正確判定施工誤差狀況,現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算給出“斜拉索張拉力-主梁撓度、傾角影響曲線”,并要求對(duì)斜拉索張拉進(jìn)行分級(jí)張拉同步觀測(cè),由計(jì)算數(shù)據(jù)及分級(jí)張拉的實(shí)測(cè)撓度變化數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定斜拉索的超張拉誤差量,來(lái)確保主梁標(biāo)高及傾角的誤差盡可能小。

在各控制施工階段進(jìn)行線型測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè),分析主梁應(yīng)力誤差狀況,對(duì)主梁吊裝和斜拉索張拉階段結(jié)構(gòu)的安全度進(jìn)行判定,對(duì)超出應(yīng)力容許誤差的情況進(jìn)行分析預(yù)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

在大跨徑斜拉橋索力的施工控制過(guò)程中應(yīng)該綜合地去運(yùn)用結(jié)構(gòu)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(guò)程建立了全面的施工控制體系,科學(xué)地降低了施工期間的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)發(fā)生。

[1] 葉方謙,余利華.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)[J].交通科技,2004,205(4):1-4.

[2] 韓大建,徐郁峰,王衛(wèi)鋒,等.大跨度混凝土斜拉橋主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)中徐變應(yīng)變的分離[J].橋梁建設(shè),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(shè),1999,(1).

[4] 郭建民.大跨度橋梁抖振有限元分析理論研究與應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院碩士學(xué)位論文,1999.