大跨径斜拉桥索力的施工控制

史锦华,许 刚

(1.重庆万桥交通科技发展有限公司;2.重庆航天机电设计院)

1 大跨径斜拉桥索力的施工控制的主要目的和任务

斜拉桥是一种超静定次数很高的结构体系,在斜拉桥的实际施工过程中由于各种结构参数不可避免会与设计值存在差异,加之施工荷载等因素的不确定性,导致施工产生结构内力及变位结果必然于设计预期存在偏差。这类偏差如不进行控制和调整则不仅会影响到成桥后桥梁的运营效果,并且会危及施工中的结构安全。斜拉桥的施工控制目的就是确保斜拉桥施工中的快捷、安全并尽量使成桥后的结构内力、线型与设计预期相符合。

通过计算和施工手段对结构的目标状态和施工的实施状态进行控制调整,达到对施工误差进行控制的目的。施工控制的方法必需与各类斜拉桥设计施工的特点相结合,才能在确保结构安全及施工便捷的前提下切实可靠地实现控制的目标。由于目前国内大多数斜拉桥的施工控制都是针对混凝土斜拉桥进行的,其相应的控制方法也是针对混凝土梁的施工特点提出来的,对于特大跨度的钢主梁斜拉桥,施工控制积累的经验较少。

根据结构的设计特点和施工特点确定合理的施工误差容许度,以应力监控预警体系为保障,以控制线型平顺、消除索力的二次调整、确保施工安全快捷为目标,对主梁施工中主梁标高、主梁轴线、悬臂端倾角、索塔偏位、索力、塔梁应力、拼接梁段焊缝宽度等内容的施工误差进行多元控制,取得了较满意的结果。

2 大跨径斜拉桥索力的施工控制体系

大跨径斜拉桥索力的施工控制体系由施工控制实时计算体系、施工测量实际体系、现场参数采集体系、应力监控预警体系等几部分组成。实时计算由两套独立计算体系来共同完成,以确保控制目标值的可靠性。施工实时测量由几何测量、物理测量和力学测量三部分组成。几何测量即线型测量,其内容包括:主梁标高、主梁拼装倾角、主梁轴线、索塔偏位等内容。线型测量由两套独立测量体系共同完成,以确保获取准确的施工数据。其中,以由施工单位湖南路桥公司的测量数据为主,由二桥测量中心组成单位之一的河海大学进行测量复核。物理测量的主要内容为温度的测量,包括环境温度、构件表面温度和钢箱梁温度场的测试。力学测量包括索力测量和应力测量。索力采用频谱法测定,并用斜拉索张拉阶段压力传感器的数据进行标定。根据索塔的结构及受力特点,在蒙塔下横梁上、下的塔柱断面设置应力测点,采用混凝土内预埋钢弦计进行应力测量。根据施工中主梁的受力情况,结合成桥动、静试验及结构的长效观测,对施工中主梁应力进行监控。钢梁应力测试元件采用表面钢弦应变计,所选元件能同时测量出测点处的钢梁温度。

由索塔和主梁的应力测试部分组成主梁施工的应力监控体系。应力的测试数据不仅是判断施工误差的重要因素,同时也是确定施工误差调整方法及调整幅度的重要依据。对应力测试数据的正确分析和判断,并结合索力和线型数据可以确定结构的实际内力状况的大致情况,为安全施工提供预警。现场参数的采集包括对结构恒载、施工荷载、临时荷载及材料参数等的分析采集和分析,以便判断是否进行计算参数的调整。

3 大跨径斜拉桥索力的施工控制的方法

3.1 施工过程中通过实时测量体系获取到准确的施工的数据

通过现场参数采集体系来确定施工中主要的实际参数,与设计参数进铸比较分析,完成对施工计算体系中的计算参数的识别和修正。根据应力监控预警体系所得出的主梁应力状况结果及各类误差的状态来确定误差调整方法、误差调整幅度及误差调整时机。

大跨径斜拉桥索力的施工控制原则是以线型和索力双控,并尽量做到主梁轴线、索塔偏位及连接段焊缝宽度等多元目标的控制结果在容许误差度以下。

3.2 斜拉桥施工控制的实质是对施工误差进行分析判断

在确保目标数据的正确性和采样数据的可靠性以外,应对施工误差提出一套合理的容许误差度,作为误差控制和调整的依据。误差容许度的确定需要以设计及施工的具体特点相结合,以保障施工偏差不至于影响施工中结构安全度,也不至于因过多的误差调整影响到施工进度。

3.3 钢主梁斜拉桥主梁拼装时存在一个钢梁的拼装标高的概念

钢梁的拼装标高必须依据成桥线型、主梁施工恒载变形、钢梁的制造预拼线型来确定。在确定拼装标高过程中还应兼顾斜拉索的初始张拉力的确定和合理成桥内力状态的确定。在确定了正确的拼装标高以后,在主梁的施工过程中通过现场参数采集体系确定准确的施工实际参数。钢箱梁的拼装不能像混凝土梁段浇筑那样实现主梁梁段连接处转角和悬臂端标高的较大调整。全焊接接口钢箱梁可以通过调整顶、底板焊缝宽度来实现梁端悬臂端标高及倾角的微小调整,而全栓接接口的钢箱梁几乎很难通过接头调整来实现标高和倾角的变化。

由于斜拉桥施工计算中很难准确将各施工阶段中实际塔、梁、索的温度场分布状况和温度变化状况对施工状况影响反映出来,而钢箱梁施工中塔、梁位移及应力受温度变化的响应非常敏感。因此在南汊桥的施工控制中,首先控制关键施工工序及施工测量数据采集的时间,来减少温度变化对施工控制精度的影响。

在钢箱梁的精匹配阶段,对主梁进行标高、倾角及轴线的同步观测。由施工控制计算给出控制预测值,现场确定施工误差。通过调整底板焊缝间隙对标高、倾角及轴线进行微调,以悬臂端标高控制为主,同时尽量将倾角及焊缝间隙的误差控制在误差容许度以内。在斜拉索的第二次张拉阶段,对主梁标高、倾角、轴线及索塔偏位进行同步观测。通过斜拉索索力来调整主梁标高误差,同时尽量使倾角及索塔偏位在容许误差范围内。

3.4 对各控制施工阶段

由施工控制计算给出模拟温度变化计算得到的“温度-主梁挠度影响曲线”,以方便现场监控人员根据环境温度对施工控制目标值进行适当修正,以正确判定施工误差状况,现场确定误差控制幅度。在各斜拉索第二次张拉阶段,由施工控制计算给出“斜拉索张拉力-主梁挠度、倾角影响曲线”,并要求对斜拉索张拉进行分级张拉同步观测,由计算数据及分级张拉的实测挠度变化数据现场确定斜拉索的超张拉误差量,来确保主梁标高及倾角的误差尽可能小。

在各控制施工阶段进行线型测量的同时进行应力监测,分析主梁应力误差状况,对主梁吊装和斜拉索张拉阶段结构的安全度进行判定,对超出应力容许误差的情况进行分析预警。

4 结束语

在大跨径斜拉桥索力的施工控制过程中应该综合地去运用结构分析、施工控制方法、施工控制体系等各种,为大跨径斜拉桥索力的施工过程建立了全面的施工控制体系,科学地降低了施工期间的风险事态发生。

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