探讨某悬索桥成桥线形的施工误差影响及控制措施

李政杰

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

在施工之前，针对施工误差因素对成桥线形的影响进行了理论分析，并对其进行精准控制，以保证成桥线形与设计线形达到一致。通过成桥线形的准确预报和科学控制，可以有效地解决该类桥梁的线形控制问题，在工程上有很大的实际应用价值[1]。

1 工程概况

某桥梁工程项目为156 m 的混凝土悬索桥，由5 跨组成（40+80+156+80+40）m。该桥主梁结构形式为预应力混凝土箱梁；主缆采用平行钢索，其侧吊为钢结构吊杆，除此之外其他吊杆为平行钢丝索。此桥整体结构布局如图1。

图1 桥型及整体结构布局（单位：cm）

2 影响成桥线形的主要误差类别

悬索桥梁结构的受力平衡状态主要包括缆索系统和主梁、吊索力和主梁之间的平衡[2]。其主缆是按照吊点划分的多个悬链线，见图2。

图2 自重与吊杆力作用下主缆多段悬链线

在成桥过程中，主梁、主索线形的施工误差主要表现在：

（1）主梁节段的自重偏差。

（2）在安装主梁的过程中，初始的线形偏差。

（3）在安装主缆时，存在初始线形偏差。

（4）在体系转换过程中的吊索张力偏差。

（5）在制作主梁、主索时，主要由弹性模量引起的刚性偏差。

3 MIDAS/Civil 构建有限元模型

利用MIDAS/Civil软件构建全桥空间杆系单元模型，对施工中的各类误差因素进行敏感性分析。

（1）该分析模型中，主要采用缆索单元，其主梁、索塔结构、吊杆主要采用梁体单元和桁架单元，全桥采用弹性连接，所有结构参数按设计值进行。

（2）根据施工阶段的施工过程分析模型，对不同施工误差造成的最终成桥线形进行了计算。

（3）在各类施工误差产生的每一重要施工环节，直到最后达到成桥目标的其他阶段边界条件，所有施工阶段的荷载条件都是按照实际的桥梁施工程序来模拟[3]。

4 成桥线形的主要影响因素

4.1 安装主梁时初始线形误差

主梁施工环节，初始线形误差来源最重要的是预拱度的设定。该文采用二次抛物线法将主梁的预拱度设为-4.60 cm、-9.20 cm、4.60 cm，并按二次抛物线的线形分布规律的特征点，逐步分布在主梁上，分别求出L1、L2、L33 组主梁的安装线形，并对其进行了灵敏度分析，其结果如表1。

表1 主梁成桥线形误差敏感因子

4.2 主缆初始线形安装误差

主缆线初设误差的大小是由主缆制作时的无应力下料长度决定的。根据主缆理论下拉长度，将下料长度的误差分为-2 cm、-4 cm、-6 cm、-8 cm，得出了4 套不同施工误差的空缆线形。通过有限元分析，其计算结论见表2。

表2 主缆安装阶段的初始线形误差对主缆成桥线形的敏感因子

对于主缆线初设误差，温度对其初始线形影响很大，如图3 所示。因而在架设主缆时，由于温度的影响，需要校正因温度影响而产生的误差。

图3 不同温度下的主缆初始线形安装误差

4.3 主梁混凝土重度、弹性模量误差

受主梁施工阶段混凝土的配合比及其他施工工序质量等因素的影响，导致其在材料性能、弹性模量等方面与理论计算结果存在一定的偏差[4]。

在不同重度误差情况下，主梁、主缆成桥线形的变化情况见图4。通过数值仿真分析，计算得出混凝土加劲梁重度、弹性模量误差、对成桥线形的敏感性系数，见表3。

表3 主梁材料特性误差对主梁线形的影响因子

图4 不同重度误差下的主缆与主梁成桥线形

4.4 吊索张拉力误差

在自锚式悬索桥系统转换阶段，由于施工机械和张拉人员的操作偏差，导致张拉力欠张拉、超张拉是不可避免的情况。通过数值模拟计算，分析出主梁成桥线形的敏感系数为0.01（见表4），不同张力偏差情况下，主缆与主梁的完工线形见图5。

图5 体系转换误差下主缆与主梁竣工线形

表4 混凝土主梁成桥线形对弹性模量计算误差敏感因子

5 基于施工误差的线形控制措施及实施效果

基于施工误差，对该悬索桥的线形参数进行了敏感性计算分析，见表5。

计算分析结果表明，最敏感的因子是初设主索线形误差和初设主梁线形误差，其次是主梁体材料误差的重度误差、吊索张拉力误差。这些施工偏差会长期影响自锚悬索桥的结构，根据影响时间、可否恢复等因素，给出了相应的改进方案（表5）。

表5 主要影响因素及控制措施

桥梁体系转换完成后，有效控制了成桥线形和吊索索力，其主梁初始线形、竣工实测线形、成桥目标线形等情况见图6。

图6 实测线形与理论线形分析图

由图6 的分析数据可知：

（1）初定主梁的线形设置，考虑的因素包括恒载变形、1/2 活荷载变形、按10 年计算的混凝土收缩徐变、结合各施工误差的预估值。

（2）目标成桥线形设置，考虑的因素包括恒载变形、按10 年计算的混凝土收缩徐变。

（3）扣除预留的混凝土收缩徐变长期下挠预抛高值后，桥面南边、北边的实测线形与成桥线形基本相近，如果再考虑扣除后期车辆活载及其他载荷的组合影响挠度值后，实测的桥梁线形将更接近理想的设计状态线形。

6 结论

通过上述成桥线形参数敏感性分析，影响主梁线形误差的主要敏感因子分别为；主梁、主缆初始线形误差、吊杆张拉误差、主梁材料的弹性模量误差。

主梁重度比弹性模量的误差更为敏感，因此施工之前应对主梁混凝土重度进行试验测试，该施工误差数据分析过程中，要精准计算出主梁的重度参数，除混凝土重度外，还应包括每处梁段的钢材、预埋构件等总重量。对成桥线形误差进行敏感性分析、对误差值进行预测，以求出主梁、主缆的安装误差允许值、吊杆张拉误差允许值等，从而达到改善成桥线形控制的目的。