摘要 大跨度懸索橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有強(qiáng)烈的幾何非線性，施工過(guò)程中的影響因素很多。為了使其橋梁達(dá)到理想施工與成橋狀態(tài)，采用橋梁結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力非線性分析系統(tǒng)BNLAS軟件，對(duì)馬普多大橋進(jìn)行了有限元分析，通過(guò)對(duì)橋塔偏位、主纜索股力與線形、主梁線形的監(jiān)測(cè)，利用合理的參數(shù)預(yù)測(cè)、反饋與調(diào)整方法取得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工過(guò)程，得到不同施工狀態(tài)下主纜、主梁、橋塔等控制參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明：成橋狀態(tài)各工況下跨中高差最大值為54 mm，同一梁段上下游吊點(diǎn)處的橋面標(biāo)高差值不超過(guò)20 mm，實(shí)測(cè)橋塔最大偏位誤差為?17 mm；加勁梁各位置在吊點(diǎn)處的上、下游實(shí)測(cè)標(biāo)高與計(jì)算標(biāo)高的差值，在南北1/2主跨正負(fù)不一致。

關(guān)鍵詞 參數(shù)預(yù)測(cè)；懸索橋；監(jiān)測(cè) 施工控制

中圖分類號(hào) U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）17-0010-03

0 引言

懸索橋是一種結(jié)構(gòu)合理的橋梁型式，它能使材料充分發(fā)揮各自特長(zhǎng)，這一特點(diǎn)使懸索橋成為大跨度橋梁中最具競(jìng)爭(zhēng)能力的橋型之一[1]。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程進(jìn)行合理的施工控制是橋梁施工結(jié)果盡可能滿足設(shè)計(jì)要求的重要保障。

懸索橋的主要受力部分是錨碇、塔、主纜及加勁梁結(jié)構(gòu)，每一部分的施工狀態(tài)和應(yīng)力、應(yīng)變及沉降狀態(tài)對(duì)成橋的受力和線形都可能產(chǎn)生影響。對(duì)于懸索橋的關(guān)鍵部位和可能產(chǎn)生重大影響的部位，必須進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)與控制，并且懸索橋相對(duì)較柔，施工過(guò)程中的工況變化繁多，形狀變化很大，結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的幾何非線性，加之懸索橋不可能像斜拉橋那樣在后期對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整，所以施工監(jiān)控很有必要[2-3]。

監(jiān)控計(jì)算是施工過(guò)程的跟蹤仿真計(jì)算，與設(shè)計(jì)計(jì)算的區(qū)別在于監(jiān)控計(jì)算必須考慮施工中已產(chǎn)生的誤差的影響，必須精確計(jì)算各種荷載的大小，必須分析后續(xù)施工中可能發(fā)生的各項(xiàng)誤差對(duì)已完成結(jié)構(gòu)部分的影響（內(nèi)力與線形），必須根據(jù)施工當(dāng)時(shí)的溫度等條件確定施工時(shí)的控制參數(shù)（標(biāo)高、安裝內(nèi)力等）[4-6]；而設(shè)計(jì)計(jì)算是按理想的狀態(tài)、設(shè)定的基準(zhǔn)溫度等條件，為保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、線形等進(jìn)行的必要的理論計(jì)算。

1 工程概況

該文以莫桑比克馬普托大橋?yàn)楣こ贪咐?，其為單跨雙絞懸索橋，主纜跨徑布置為260+680+284=1 224 m。主纜矢跨比為1∶10，兩根主纜之間的中心距為20.6 m，吊索水平間距為12 m，橋梁寬度為25.6 m，梁高為4.0 m。

2 監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案

施工監(jiān)控是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，除需要精確的計(jì)算軟件和方法并輔以監(jiān)測(cè)驗(yàn)證外，監(jiān)控人員的經(jīng)驗(yàn)也異常重要。監(jiān)控人員不僅要精通設(shè)計(jì)方法、掌握橋梁力學(xué)特性，還要熟悉施工過(guò)程、加工過(guò)程，懂得施工異常情況的處理以及加工精度的控制。為了對(duì)大橋?qū)嵤﹪?yán)格的監(jiān)控，達(dá)到施工監(jiān)控目標(biāo)，監(jiān)控單位從監(jiān)控計(jì)算、監(jiān)控測(cè)試及監(jiān)控測(cè)量等三方面提出了較為詳細(xì)的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案。監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案主要內(nèi)容分為七部分：施工控制參數(shù)的選取、影響參數(shù)的確定、監(jiān)控量測(cè)方案、監(jiān)控計(jì)算內(nèi)容與初步計(jì)算結(jié)果、施工程序概述及異常情況的對(duì)策、控制參數(shù)的預(yù)測(cè)、信息反饋及誤差調(diào)整。

2.1 施工控制參數(shù)選取

施工監(jiān)控的目的是使實(shí)際施工結(jié)構(gòu)最大限度地逼近設(shè)計(jì)狀態(tài)，表征這個(gè)狀態(tài)的參數(shù)稱為結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)[7]。結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)是指通過(guò)施工過(guò)程和方法將各構(gòu)件安裝架設(shè)形成結(jié)構(gòu)后，該結(jié)構(gòu)處于施工環(huán)境狀態(tài)下的內(nèi)力（應(yīng)力、應(yīng)變）和線形（位移）。

為了使實(shí)際施工的結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)逼近設(shè)計(jì)值，達(dá)到架設(shè)中結(jié)構(gòu)的安全控制和施工精度控制，通過(guò)前述分析，該工程選取重要程度高的結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)作為施工控制參數(shù)，包括橋塔應(yīng)力、塔頂偏位、吊索索力、主纜線形和錨跨張力、加勁梁線形、橋面線形。

2.2 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)參數(shù)包括測(cè)試參數(shù)和測(cè)量參數(shù)，其中測(cè)量參數(shù)包括：橋塔偏位、橋塔標(biāo)高變化量、主纜或索股線形、加勁梁或橋面線形；測(cè)試參數(shù)包括橋塔應(yīng)力及溫度、吊索力、主纜錨跨張力、主纜溫度、加勁梁溫度。

選擇橋塔底部與塔梁結(jié)合處兩個(gè)橋塔應(yīng)力測(cè)試截面，每個(gè)塔肢測(cè)試斷面考慮在索塔橫截面的角點(diǎn)及各邊中點(diǎn)設(shè)置測(cè)點(diǎn)，合計(jì)8個(gè)測(cè)點(diǎn)。在吊索安裝工況下，依次對(duì)安裝索附近的5對(duì)拉索進(jìn)行測(cè)試（不必同時(shí)測(cè)試），在梁段吊裝完成和成橋狀態(tài)時(shí)，將對(duì)全部吊索索力進(jìn)行測(cè)試和分析。主纜絲股張拉時(shí)的索力采用張拉設(shè)備控制，錨固后采用弦振式索力儀進(jìn)行測(cè)試。長(zhǎng)期測(cè)試將每隔3 d在每個(gè)錨室內(nèi)選取5%且不少于5根的絲股進(jìn)行測(cè)試。在重大工況或者特殊工況下，將對(duì)所有的絲股進(jìn)行通測(cè)。主纜溫度監(jiān)測(cè)采用精度為0.1℃的無(wú)線溫度傳感器，測(cè)試斷面為塔處、主跨1/4、主跨1/2、主跨3/4、邊跨1/2、錨處共9個(gè)斷面。

橋塔偏位主要采用全站儀三維坐標(biāo)法測(cè)量，在地面設(shè)置控制點(diǎn)，在塔頂兩個(gè)方向上安裝小棱鏡。橋塔標(biāo)高測(cè)量利用在索塔承臺(tái)上設(shè)站，垂直測(cè)量至上橫梁頂支出點(diǎn)位，從而傳遞高程，同步使用電子水準(zhǔn)儀將標(biāo)高引測(cè)至塔頂?shù)募用芸刂泣c(diǎn)。主纜線形采用在塔頂設(shè)站進(jìn)行測(cè)量，選用單向三角高程測(cè)量進(jìn)行基準(zhǔn)索股的線形監(jiān)控。主梁線形標(biāo)高主要采用塔頂設(shè)站并引至梁面，再利用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行對(duì)應(yīng)主梁測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高測(cè)量。

2.3 監(jiān)控計(jì)算

若懸索橋各構(gòu)件一旦被架設(shè)，其誤差調(diào)整的可能性就比較小，為了使最終成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)目標(biāo)狀態(tài)接近，只能在該構(gòu)件后面施工時(shí)調(diào)整構(gòu)件的參數(shù)。因此，在收集已安裝構(gòu)件的施工誤差和后續(xù)待施工構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行監(jiān)控計(jì)算，是懸索橋監(jiān)控最重要的手段。監(jiān)控測(cè)試和監(jiān)控測(cè)量主要是反饋實(shí)際施工的內(nèi)力和線形情況，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)，為監(jiān)控計(jì)算提供實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)。監(jiān)控計(jì)算的作用：校核設(shè)計(jì)參數(shù)，提供施工各階段理想狀態(tài)的線形及內(nèi)力數(shù)據(jù)，對(duì)比分析施工各階段的實(shí)測(cè)值與理論值，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別與調(diào)整，對(duì)成橋狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)、反饋，提供必要的控制數(shù)據(jù)。

利用有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，空纜狀態(tài)下的馬普托側(cè)塔頂軸力為11 513.84 kN，卡騰貝側(cè)塔頂軸力為11 174.67 kN。馬普托側(cè)塔底軸力為95 908.61 kN，順橋向彎矩為?10 259.68 kN?m；卡騰貝側(cè)塔底軸力為95 246.52 kN，順橋向彎矩為11 546.03 kN?m。這是由于空纜狀態(tài)是以主纜基準(zhǔn)索股架設(shè)時(shí)順橋向剪力為零作為橋塔的設(shè)計(jì)控制條件，此時(shí)鞍座處于預(yù)偏位置狀態(tài)，主纜對(duì)橋塔的壓力為偏心壓力，該偏心壓力會(huì)對(duì)橋塔產(chǎn)生順橋向彎矩。

一期恒載狀態(tài)下的馬普托側(cè)塔頂軸力為49 697.46 kN，順橋向彎矩為3 090.68 kN?m，塔底軸力為134 145.80 kN，順橋向彎矩為123 823.73 kN?m。卡騰貝側(cè)塔頂軸力為47 623.54 kN，順橋向彎矩為?3 132.41 kN?m；塔底軸力為131 736.52 kN，順橋向彎矩為?128 553.62 kN?m。

成橋恒載狀態(tài)下的馬普托側(cè)塔頂軸力為63 436.77 kN，順橋向彎矩為28.65 kN?m；塔底軸力為148 710.22 kN，順橋向彎矩為?122.86 kN?m?？v貝側(cè)塔頂軸力為60 747.59 kN，順橋向彎矩為?17.49 kN?m；塔底軸力為145 689.52 kN，順橋向彎矩為594.22 kN?m。

2.4 控制參數(shù)預(yù)測(cè)、信息反饋及誤差調(diào)整

在施工過(guò)程的監(jiān)控分析中，將利用測(cè)試與測(cè)量的數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算中的參數(shù)進(jìn)行識(shí)別與修正，然后利用非線性程序進(jìn)行全面的監(jiān)控計(jì)算。

采用成橋線形預(yù)測(cè)—誤差反饋—參數(shù)調(diào)整，該過(guò)程與實(shí)施過(guò)程可能不完全一樣，例如二期恒載的重量在吊裝梁段前可能才得以確定，那么此參數(shù)的誤差將在最后才能反饋給施工監(jiān)控仿真系統(tǒng)。

3 監(jiān)控測(cè)試與分析

3.1 主纜監(jiān)控測(cè)試與分析

在主纜緊纜完成后，應(yīng)對(duì)主纜的成纜線形進(jìn)行測(cè)量，該次測(cè)量數(shù)據(jù)是索夾安裝位置的重要依據(jù)。測(cè)量?jī)?nèi)容如下：各跨跨中的位置、標(biāo)高和主纜豎徑、橫徑，主纜跨徑，散索鞍偏位、橋塔偏位和各跨主纜平均溫度，橋塔標(biāo)高變化量，主纜跨中上下游相對(duì)高差。每天進(jìn)行三輪監(jiān)測(cè)，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1所示。從表1中空纜線形實(shí)測(cè)與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析可知，兩者在同一工況下的結(jié)果差異較小，所有測(cè)量工況下跨中高差最大值為54 mm，并且左右幅跨中的相對(duì)高差均較小，說(shuō)明了該文采用的有限元軟件計(jì)算得到的空纜線形結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果較為吻合[7]。

3.2 吊梁過(guò)程橋塔測(cè)試與分析

主梁吊裝期間共進(jìn)行六次頂推，吊裝過(guò)程中主要通過(guò)塔偏測(cè)試保證施工安全。塔偏值的變化情況如圖1～圖2所示，其中負(fù)值表示小里程方向，正值表示大里程方向，實(shí)測(cè)值已扣除了溫度等因素的影響。

從主梁吊裝期間兩側(cè)橋塔的實(shí)測(cè)與偏位值與理論偏位值的對(duì)比分析可知，在各工況下兩橋塔偏位計(jì)算值與實(shí)測(cè)值均較小，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值隨工況變化而產(chǎn)生的偏位變化趨勢(shì)相同，在同一施工工況下的兩橋塔偏位方向相反。

3.3 鋪裝前狀態(tài)測(cè)試與分析

在鋼箱梁安裝完成后，對(duì)各段梁體上、下游側(cè)分別進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，并與有限元軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如圖3所示。其中上、下游測(cè)點(diǎn)在橋梁橫斷面上均距主梁邊緣80 cm，在每個(gè)吊裝梁段的縱向單側(cè)布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，端測(cè)點(diǎn)距梁段20 cm，中測(cè)點(diǎn)位于梁段的中間位置。

從圖3數(shù)據(jù)比較可知，在橋面鋪裝前，鋼箱梁實(shí)測(cè)標(biāo)高與監(jiān)控計(jì)算的標(biāo)高比較接近，數(shù)據(jù)變化規(guī)律性較好。實(shí)測(cè)高程結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的絕對(duì)差值約?79～89 mm，負(fù)值出現(xiàn)在靠近馬普托側(cè)橋塔的北半跨梁段，而靠近卡騰貝側(cè)橋塔的南半跨梁段的橋面標(biāo)高均比計(jì)算值高，分析其原因是主纜纏絲只完成了靠近馬普托側(cè)的1/2主跨以及兩側(cè)邊跨，而靠近卡騰貝側(cè)的1/2主跨還未進(jìn)行纏絲。

跨中位置和橋塔附近梁段的上、下游吊點(diǎn)處的橋面標(biāo)高差值均滿足20 mm的要求，其中最大高差為16.5 mm。加勁梁各位置在吊點(diǎn)處的上下游實(shí)測(cè)標(biāo)高與計(jì)算標(biāo)高的差值，在南北1/2主跨的正負(fù)不一致，呈現(xiàn)出“S”形，與主纜纏絲和臨時(shí)荷載橋面布置位置有關(guān)。當(dāng)主纜纏絲、橋面鋪裝完成，以及拆除臨時(shí)荷載后，橋面將達(dá)到平順、美觀的效果。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較表明，在計(jì)算與實(shí)測(cè)所考慮的范圍內(nèi)，該橋各項(xiàng)指標(biāo)均控制較好，部分指標(biāo)達(dá)到了很高的精度；監(jiān)控過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取把握很準(zhǔn)，對(duì)特殊位置的標(biāo)高控制準(zhǔn)確，完成效果達(dá)到了較高水平。主要的結(jié)果如下：

（1）所有測(cè)量工況下跨中高差的最大值為54 mm，并且左右幅跨中的相對(duì)高差均較小，該文采用的有限元軟件計(jì)算得到的空纜線形結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果較為吻合。

（2）在橋面鋪裝前，鋼箱梁實(shí)測(cè)標(biāo)高與監(jiān)控計(jì)算的標(biāo)高比較接近，數(shù)據(jù)變化規(guī)律性較好。

（3）同一梁段上、下游吊點(diǎn)處的橋面標(biāo)高差值不超過(guò)20 mm，表明梁段吊點(diǎn)上、下游高差控制較好。

（4）實(shí)測(cè)橋塔的最大偏位誤差為?17 mm，結(jié)果表明橋塔偏位與理論基本吻合。成橋后吊索力的測(cè)試值與有限元模型計(jì)算的該階段理論索力值誤差低于10%，達(dá)到了較高精度。

（5）加勁梁各位置在吊點(diǎn)處的上、下游實(shí)測(cè)標(biāo)高與計(jì)算標(biāo)高的差值，在南北1/2主跨正負(fù)不一致，呈現(xiàn)出“S”形，與主纜纏絲和臨時(shí)荷載橋面的布置位置有關(guān)。

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