马鞍山长江公路大桥悬索桥主缆线形控制探讨

朱瑞允

(安徽省交通控股集团有限公司，安徽　合肥　230088)



马鞍山长江公路大桥悬索桥主缆线形控制探讨

朱瑞允

(安徽省交通控股集团有限公司，安徽合肥230088)

主缆是悬索桥受力的重要构件，主缆线形是控制结构线形的主要因素。文章以马鞍山长江公路大桥工程为例，通过设计复核主缆丝股无应力长度，保证主缆丝股的制造精度；通过监控计算，确定索鞍预偏量、基准丝股的理论绝对标高、普通丝股与基准丝股的理论相对标高、理论锚跨张力；通过几何测量和反复调整，使基准丝股、普通丝股的实际标高逼近理论标高；通过索股架设新工法，提高索股架设质量；通过高精度校正的千斤顶张拉和张拉后的监控测试及调整等措施，最终使实际架设的空缆线形逼近理论空缆线形，结构施工完成后线形和内力与设计一致。

马鞍山长江公路大桥；悬索桥；主缆；线形控制；索股架设；锚跨张力

0　引言

悬索桥以其优越的结构性能，卓越的跨越能力，良好的抗震性能，成为宽阔深水域首选桥型。三塔悬索桥是重要的研究方向[1]。三塔悬索桥增加了中塔，但减少了主缆和锚碇基础尺寸，减弱了边塔的承载力，在现有的原材料基础、经济方面有一定的优势。

主缆是悬索桥的生命线，空缆的线形控制和锚跨张力受力均匀对成桥线形起决定性的影响。与两塔悬索桥相比，主缆线形不仅要满足上下游一致的要求，同时要满足两主跨一致的要求，精度要求更高，施工难度更大。

本项目通过监控计算确定索鞍预偏量、基准丝股的理论绝对标高、普通丝股与基准丝股的理论相对标高、理论锚跨张力；通过几何测量和反复调整使基准丝股、普通丝股的实际标高逼近理论标高；通过索股架设新工法，提高索股架设质量；通过高精度校正的千斤顶张拉和张拉后的监控测试及调整逼近理论的锚跨索力等措施，最终使实际架设的空缆线形逼近理论空缆线形。

1　工程概况

马鞍山长江公路大桥为三塔两跨连续塔梁固结体系钢箱梁悬索桥，结构成对称布置，主缆分跨布置为：(360+1080+1080+360)m=2 880 m。大桥结构设计新颖，施工技术工艺难度较大，技术含量较高[2]。全桥共两根主缆，每根主缆由154根预制平行钢丝索股组成，单根索股无应力长约3 045.53 m，主缆结构矢跨比为1/9。

2　关键技术问题

三塔两跨悬索桥是增设中塔以减轻主缆和两端锚碇受力的全新桥梁结构形式，由于多了一个中塔，结构受力特性与两塔悬索桥显然不同，决定了上部结构施工控制也需要有不同要求和特点[3]。

马鞍山长江公路大桥主缆架设具有以下特点：

(1)中间桥塔的安全性在施工过程中的任何阶段都应作为重点监控内容。

(2)桥塔较高，其三维几何状态受日照、温度变化的影响较大。实际施工的塔顶标高和平面位置需要多次监测并找出状态变化规律才能确定。

(3)中塔上塔柱为钢塔，桥塔偏位受日照、温度变化影响较大，主缆索股架设在晚上架设后，白天可能会在桥塔偏位的作用下在索鞍上产生较大的不平衡力，需要验算不平衡力是否会引起主缆索股在鞍槽内滑移。

(5)除了常规悬索桥主缆架设过程应研究温度变化、桥塔偏位、弹性模量、制造误差等对主缆线形的影响外，还应研究两个主缆主跨跨中相对高差对结构线形和内力的影响。

基于以上原因，马鞍山大桥主缆架设期间施工监控是很有必要的，必须采用合理的施工控制方法。

3　主缆索股架设监控的具体措施

3.1主缆索股架设温度控制和调整

主缆表面内外温度存在着差异，并且主缆越粗，内外温度相差越大。本桥主缆直径超过70 cm，为了准确确定主缆断面的平均温度，就必须知道主缆断面的温度场分布情况。

环境温度采用电子式温湿度传感器，其测温精度为±0.5 ℃。主缆的温度采用点接触式温度传感器进行，精度0.1 ℃。

由于温度对结构变形及内力的影响均较为显著，温度对结构的影响可以分为均匀温度影响与非均匀温度影响，均匀温度影响指整个结构均处于相同的温度场下，非均匀温度指结构各部分由于日照或热传导速度的影响造成各部分温度不一致的情况。[4]均匀温度场的温度改变对结构的影响较小，因此，悬索桥的施工控制选择在结构各部分温度尽量接近的情况下进行。温度场监测的目的是为结构线形调整、监控计算提供参数。

主缆纵向温度及桥塔阴阳面温度测试采用温度传感器，精度为0.1 ℃，主缆每个测点3个智能型温度传感器、每个塔柱阴阳面各布置1个温度传感器。全桥共需约60个温度传感器、13个采集模块、2个485/232转换模块。

在中跨靠近的断面和主跨跨中的断面布置温度传感器，以确定主缆表面的内外温差及温度场。每个断面测点27个，布置如图1所示。温度测试元件采用智能型温度传感器。

图1　主缆断面温度场测点布置图

3.2基准索股架设线形控制

根据所收集到的主缆索股静载试验检测报告、主缆钢丝弹性模量检测报告、钢梁称重报告、鞍座实际预偏量资料、猫道检测报告等，对基准索股架设线形进行了计算，其中包括基准索股线形、基准索股跨中标高与索长调整量的关系式。根据桥塔、锚碇竣工测量资料及鞍座实设预偏量等资料，由于上下游施工误差不一样，所以上下游架设线形略有差异。

影响主缆基准索股测量精度的因素有很多，主要有塔偏位、跨径误差、大气折光系数K等。因此基准索股定位测量前需先精确测量塔偏位、跨径、折光系数K值，然后进行中跨跨中及边跨跨中理论里程测量放样和基准索股各跨中高程测量。利用测量软件自动完成数据采集及数据传输，测量过程中温度数据自动采集。通过监控软件分析计算基准索股架设精度，并指导调整的数据，直至基准索股架设精度满足监控要求。

架设过程中考虑到基准索股在底部，随着索股架设的增多，出现误差累计，本桥增设了22#、59#、79#三根索股为参照索股，参照索股是经过绝对标高测量，架设精度高于一般索股，但精度低于基准索股。

在一般索股架设时可设置参考索股，但误差应换算为相对于相对基准索的相对高差的误差并满足要求。参考索股的选择应方便测量，同时不应被上层丝股压住。索股架设过程中需严格控制架设精度，以确保索股架设线形满足要求。

由于温度和风速对索股架设的影响比较大，因此调索时必须满足被调索股所在跨的顺向温差<1 ℃；被调索股与相邻索股的平均温度差应<0.3 ℃。各主跨设置4个温度测点，边跨设置3个温度测点；桥塔塔顶及跨中风速应<10 m/s或者≤5级风，地面风速应<6 m/s或者≤3级风。

3.3基准索股与一般索股定位量化控制

通常索股架设时，基准索股采用长时间观测精确测量绝对标高控制、普通索股定位参考基准索股采用相对标高控制，索股间距控制按“若即若离”的原则架设[5]。这种方法有其缺陷，由于是操作人员目测判断索股间距，一般会造成索股间距控制不精确，普通索股上层压下层。本桥普通索股的定位采用的是确定等效层距法，即计算主缆各根丝股架设线形相对于基准索股的位置差和标高差，计算各种温度、跨度变化情况下的位置差和标高差修正系数，利用主缆中心位置的架设线形、各丝股相对于主缆中心的位置差和标高差、温度和跨度修正系数可以计算出任意丝股的架设线形。该方法的优点是索股定位可以精确量化，避免了索股定位的累计误差，提高了索股的定位精度。

4　锚跨张力调整控制

索股架设期间，通过测量散索鞍IP定位锚跨线形，索股架设期间及成桥后，锚跨张力要求均匀，这对成桥线形和结构受力影响很大。在索股架设期间，若对散索鞍进行固结，则随着丝股架设的增加，在温度变化作用下，散索鞍的固结反力会变得非常大，有可能会使散索鞍临时支承发生强度破坏；还可能会使主缆索股克服与鞍槽的摩擦而滑移。应尽早拆除散索鞍临时支承，但临时支承解除后，对散索鞍IP的控制难度加大。要求在索股架设期间及主缆全部架设完成后，都要精确控制锚跨张力。通过计算分析与验算，确定散索鞍支承拆除的合理阶段为第28根索股架设完成后。

在主缆索股架设完成后，经测试索股，锚跨张力与监控计算有较大差异，部分索股相差较大；此外，由于锚跨索股在索股架设过程中没有及时张拉到位，导致散索鞍发生位移，因此需对索股锚跨进行调整。应结合该指令及锚拉杆上已垫锚垫板，确定应增加和取出的锚垫板的厚度。同时应实测每根索股的锚垫板

厚度。共进行了8次调整，但后期调整较少。

5　结语

马鞍山大桥三塔悬索桥主缆架设在传统大跨径两塔悬索桥主缆架设基础上，突出三塔结构主缆结构和施工特点，通过技术工装、装备改进创新，提高了主缆索股制造和架设技术工艺；通过温度监控、索股间位置偏差定量调整、合理精确调整锚跨张力，取得了加强缆索线形控制的效果。经实测，马鞍山长江公路大桥悬索桥主缆空缆线形精度达到设计及监控要求，为后续成桥线形控制打下良好基础，也为后续类似桥梁施工提供参考。

[1]张强，徐宏光.马鞍山长江公路大桥设计与创新[J].桥梁建设，2010(6)：1-5.

[2]杨光武.复杂河势条件下的马鞍山长江大桥桥型方案论证[J].桥梁建设，2013(1)：1-8.

[3]唐贺强，张强，杨光武.马鞍山长江公路大桥三塔悬索桥结构体系选择[J].桥梁建设，2011(1)：5-9.

[4]吴志刚，汪成龙.马鞍山长江公路大桥主缆设计、制造与架设技术[J].桥梁建设，2013(6)：106-110.

Discussions on the Linear Control of Main Cable in Suspension Bridge of Ma’anshan Yangtze River Highway Bridge

ZHU Rui-yun

(Anhui Transportation Holding Group Co.，Ltd.，Hefei，Anhui，230088)

The main cable is an important member of suspension bridge force，and the main cable linear is the main factor to control the structure linear.Taking Ma’anshan Yangtze River Highway Bridge as the example，and through design review of main cable wire-strand unstressed length，this article ensured the accuracy of main cable wire-strand manufacturing；by monitoring calculations，it determined the absolute theoretical elevation for pre-bias amount of cable saddle and the benchmark wire strands，as well as the relative theoretical elevation and theoretical anchor span tension of ordinary wire strands and benchmark wire strands；through geometry measurement and repeated adjustments，the actual elevation of benchmark wire strands and ordinary wire strands became closer to the theoretical elevation；through the new construction methods for cable strand erection，it improved the wire strand erection quality；through the jack tensioning after high-precision calibration and post-tensioning monitoring test and adjustment measures，the linear of actual erected cable became closer to the theoretical cable linear，and the linear and internal force were consistent with the design after completing the structure construction.

Ma’anshan Yangtze River Highway Bridge；Suspension bridge；Main cable；Linear control；Strand erection；Anchor span tension

U448.21+4

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.014

1673-4874(2016)08-0053-03

2016-06-05

朱瑞允(1984—)，工程师，硕士，研究方向：桥梁工程及项目管理。