盧廣寧 孫世光

1 斜拉橋施工控制的必要性

斜拉橋是高次超靜定結構,主梁、索塔和拉索之間剛度相差十分懸殊,受拉索垂度、溫度變化、風力和日照影響、施工臨時荷載、混凝土收縮徐變等復雜因素干擾,使力與變形的關系十分復雜。

在施工理論計算中,雖然可以采用多種計算方法,算出各施工階段或步驟的索力和相應的梁體變形,但是按理論計算所給出的索力、線形進行施工時,結構的實際變形卻未必能達到預期的結果。這主要是由于設計時所采用的計算參數(shù),諸如材料的彈性模量、構件重量、混凝土的收縮徐變系數(shù)、施工中溫度變化以及施工臨時荷載條件等與實際工程中所表現(xiàn)出來的不完全一致所引起的。

斜拉橋在施工中表現(xiàn)出來的這種理論與實際的偏差具有積累性,如不加以及時、有效的控制和調(diào)整,會隨著主梁懸臂施工長度的增加而增加。因此,斜拉橋施工控制是保證斜拉橋達到設計要求的重要手段。

2 斜拉橋施工控制的特點

橋梁施工控制最基本的要求是保證施工中的安全和結構恒載內(nèi)力及結構線形符合設計要求。斜拉橋在主梁懸臂施工時,確保主梁線形和順、正確是第一位的,施工中以標高控制為主。所謂以標高控制為主,并非只控制主梁的標高,而不顧及拉索索力的偏差。施工中應根據(jù)結構本身的特性和施工方法的不同,采取相應的控制策略。若主梁剛度較小,斜拉索索力的微小變化將引起懸臂端撓度的較大變化,斜拉索張拉時應以高程測量進行控制為主,但索力張拉噸位不應超過容許范圍,確保施工安全。若主梁剛度較大,斜拉索索力變化了很多,而懸臂端撓度的變化卻非常有限,施工中應以拉索張拉噸位進行控制,然后根據(jù)標高的實測情況,對索力做適當?shù)恼{(diào)整。此時標高、線形的控制主要是通過混凝土澆筑前底模標高的調(diào)整來實現(xiàn)。

3 斜拉橋施工控制的方法

1)開環(huán)控制。在設計時給予主梁標高和內(nèi)力最大的寬容度,或是在設計時估計結構的恒載和活載,由此計算出結構的預拱度,在施工過程中按照這個預拱度來施工,施工完成后的結構就基本上能達到設計所要求的線形和內(nèi)力,即所謂的開環(huán)控制。2)糾偏終點控制。采取糾偏終點控制的方法,即在施工過程中,對產(chǎn)生主梁線形偏差的因素跟蹤控制,隨時糾偏,最終達到理想線形,這種方法常用Kalman濾波法和灰色理論等。3)自適應控制。閉環(huán)控制的設計參數(shù)識別與修正法,亦稱自適應控制方法,是對施工過程中的標高和內(nèi)力的實測值與預計值進行比較,對橋梁結構的主要基本參數(shù)進行識別,找出實測值與預計值產(chǎn)生偏差的原因,從而對參數(shù)進行修正,再反饋到控制計算中,重新給出施工下一階段的索力和主梁線形的理論期望值,以消除理論計算與實測值的誤差,使主梁懸臂施工的線形與斜索拉力相協(xié)調(diào)。

4 斜拉橋施工控制的內(nèi)容

4.1 結構變形控制

橋梁結構尺寸的控制是施工控制的基本要求,但結構在施工形成過程中均要產(chǎn)生變形,加之施工過程中各種誤差的積累,因此任何一個結構不可能達到與設計尺寸準確無誤的吻合,故要盡量減少結構尺寸與設計尺寸的偏差,并將其降低到允許的范圍。

4.2 結構應力控制

1)施加預應力的一般規(guī)定。張拉機具與錨具應在現(xiàn)場進行檢驗和校驗。千斤頂與壓力表應配套校驗,以確定張拉力與壓力表讀數(shù)之間的關系曲線。所用壓力表的精度不宜低于1.5級;校驗千斤頂用的試驗機或測力計的精度不得低于±2%。預應力鋼材用應力控制法張拉時,應以伸長值進行校核,實際伸長值與理論伸長值之差應控制在6%以內(nèi)。2)梁體內(nèi)力控制。梁體應力狀態(tài)與設計應力狀態(tài)應盡量相符,若產(chǎn)生偏差,則其偏差不超過±5%。3)斜拉索力控制。斜拉索施工拉力允許偏差不大于±3%。

4.3 結構穩(wěn)定控制

橋梁結構的穩(wěn)定關系到橋梁的安全,它與橋梁的強度有著同等重要的意義。所謂結構或構件失穩(wěn)是指荷載因素在構件中產(chǎn)生的內(nèi)力并不很大,但在與荷載正交的某個方向卻會因偶然的擾動、偏心加載、構件缺陷等原因產(chǎn)生很大的位移,使結構或構件失去正常的工作能力。橋塔柱與主梁梁段施工時的穩(wěn)定性問題應引起足夠的重視,施工期間構件穩(wěn)定安全系數(shù)應大于3。

5 斜拉橋施工監(jiān)測的具體內(nèi)容

1)主塔變位測量。主塔變位測量包括:順橋向和橫橋向兩個方向變位值的測量。測量的成果應提供:塔柱在日照下隨溫度變化發(fā)生縱橫橋向偏移的曲線以及在主梁施工過程中塔柱的變位值。2)梁體線形測量。梁體線形測量包括:高程測量和中線測量。測量的成果應提供:主梁在各施工階段的高程實測值和中線實測值;主梁線形隨溫度變化的曲線,以隨時掌握主梁溫度變形的影響。3)索力測量。索力測量內(nèi)容包括:施工掛籃掛索張拉后、每懸澆一個節(jié)段后、體系轉(zhuǎn)換張拉拉索時臨近的4對～5對索、中間調(diào)索和全橋合龍時全部拉索的索力。測量的成果應提供:各測試階段的索力值以及關鍵索力隨溫度變化的曲線。4)溫度測量。溫度測量內(nèi)容包括:季節(jié)溫差、日照溫差、驟變溫差、殘余溫度、不同溫度場等的測量。主梁和塔柱的溫度測試斷面應與應力測量斷面相同,依次對應,也便于計算分析;拉索的溫度變化也應進行測量。對于施工控制所需溫度實測數(shù)據(jù)的采集時間一般取一天中溫度變化較小的早晨。測量的成果應提供:索、塔、梁各測試斷面溫度短期變化曲線和季節(jié)性溫度變化曲線;對于斜拉索,還應提供索內(nèi)外溫差和中心點溫差的對應關系曲線。5)應力測量。應力測量內(nèi)容包括:梁塔各控制截面的應力。測量的成果應提供:梁塔各施工狀態(tài)下監(jiān)測截面的應力值及成橋狀態(tài)下各監(jiān)測截面的應力值。6)材料收縮、徐變的影響。對于混凝土橋梁,材料收縮、徐變對結構內(nèi)力、變形有較大的影響?；炷潦湛s、徐變受很多因素影響,主要因素有:a.水泥品種;b.集料性質(zhì);c.混凝土配合比;d.外加劑和其他成分;e.加載齡期;f.環(huán)境齡期;g.環(huán)境溫度;h.試件尺寸;i.應力大小;j.應力持續(xù)時間。施工監(jiān)測時應采集上述數(shù)據(jù),以供監(jiān)控計算分析時調(diào)整收縮、徐變參數(shù)。

6 斜拉橋施工控制的組織安排及工作程序

6.1 組織安排

施工控制中確定每一施工步驟的目標與設計方有關,施工方必須按照一定的精度來完成每個施工步驟,并進行必要的測量,整個施工過程必須在監(jiān)理的監(jiān)督下完成,因此,順利地實現(xiàn)施工控制的目標,需要設計、施工、監(jiān)理、監(jiān)測、監(jiān)控等多方面的配合。

為了確保斜拉橋施工控制的順利實施,上述單位應共同制定施工控制綱要,施工控制單位應根據(jù)綱要制定施工控制測試工作細則。由業(yè)主牽頭成立施工控制工作領導小組,并在施工現(xiàn)場成立由工程控制承包方、業(yè)主、監(jiān)理、施工、設計單位人員組成的施工控制工作小組。

6.2 工作程序

1)按照預報的掛籃定位標高定位掛籃,掛籃定位必須在0點至日出前完成,由施工單位測量掛籃定位標高,經(jīng)監(jiān)理簽認后向控制小組提供掛籃的定位測量結果;2)施工控制小組分析測量結果,如需調(diào)整,給出調(diào)整后的斜拉索張拉力和標高;3)澆筑混凝土過程中測量掛籃定位點標高,測量已澆梁段端部及后支點斷面處的測點標高;4)澆筑完混凝土后第二天測量所有已施工梁段上的測點標高,經(jīng)監(jiān)理簽認后提供給施工控制小組;5)監(jiān)理方檢查斷面尺寸準確性,向施工控制小組提供梁段混凝土超重的情況;6)

施工控制小組分析測量結果,如需調(diào)整,給出調(diào)整后的斜拉索張拉力;7)張拉斜拉索,日出前測量已施工的所有梁段上的測點標高,經(jīng)監(jiān)理簽認后提供給施工控制小組;8)測量斜拉索索力,如果該對索力異常,應進行該對索補充張拉;9)施工控制小組根據(jù)上一施工周期梁底標高測量值和索力測量結果計算、預報掛籃定位標高和下一施工周期的斜拉索張拉力;10)預報標高與索力經(jīng)設計單位進行局部應力驗算,與控制單位會簽后交監(jiān)理;11)監(jiān)理將上述預報索力與標高最后核定后下指令交施工單位執(zhí)行。

[1] 李淑娟.淺談市政工程中混凝土斜拉橋的施工控制[J].科技創(chuàng)新導報,2009(10):4-13.

[2] 張建民,肖汝誠.預應力混凝土斜拉橋施工過程中的力學行為研究[J].中國工程科學,2007(5):6-9.

[3] 狄 謹,黃 慶.無背索斜塔鋼混凝土結合梁斜拉橋施工控制仿真[J].長安大學學報(自然科學版),2004(3):18-20.