淺談懸索橋施工的監(jiān)測與控制
2018-03-05
懸索橋的構造方式是19世紀初被發(fā)明的，現(xiàn)在許多橋梁使用這種結構方式?，F(xiàn)代懸索橋，是由索橋演變而來。適用范圍以大跨度及特大跨度公路橋為主，當今大跨度橋梁 全采用此結構。是大跨徑橋梁的主要形式。 懸索橋是以承受拉力的纜索或鏈索作為主要承重構件的橋梁，由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成。懸索橋的主要承重構件是懸索，它主要承受拉力，一般用抗拉強度高的鋼材（鋼絲、鋼絞線、鋼纜等）制作。由于懸索橋可以充分利用材料的強度，并具有用料省、自重輕的特點，因此懸索橋在各種體系橋梁中的跨越能力最大，跨徑可以達到1000米以上。1998年建成的日本明石海峽橋的跨徑為1991米，是目前世界上跨徑最大的橋梁。懸索橋的主要缺點是剛度小，在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的撓度和振動，需注意采取相應的措施。
1.施工監(jiān)控主要任務
根據(jù)實際的施工工序，按照已完成工程的結構狀態(tài)和施工過程，收集現(xiàn)場的參數(shù)
和數(shù)據(jù)，對橋跨結構進行實時理論分析和結構驗算，分析施工誤差狀態(tài)，采用變形預
警體系對施工狀態(tài)進行安全度評價和風險預警，根據(jù)分析驗算結果調(diào)整控制參數(shù)，預
測后續(xù)施工過程的結構形狀，提出后續(xù)施工過程應采取的措施和調(diào)整后的設計參數(shù)。 [說明]懸索橋是一種結構合理的橋梁型式，它能使 材料充分發(fā)揮各自的特長，這一特點使懸索橋成為大跨度橋梁中最具競爭能力的橋型之一。對橋梁結構的施工過程進行合理的施工控制是使橋梁施工過程和成橋狀態(tài)與 設計 要求 盡可能 接近 的重要 保證，是增加結構施工安全性的一個重要手段。與其它橋型相比，懸索橋相對較柔，施工過程中工況變化繁多，形狀變化很大，結構具有強烈的幾何非線性，懸索橋成橋后對誤調(diào)整的手段有限，從施工一開始就進行完整和全面的施工監(jiān)控是很有必要的。 一般說來，對于懸索橋，設計給出的是成橋理想狀態(tài)，要想將這 種狀態(tài)在現(xiàn)場有計劃、安全、經(jīng)濟地實現(xiàn)，就必須對實際施工過程進行精確的分析、嚴格的監(jiān)測與測量，即進行全面的施工監(jiān)控。
2 . 施工監(jiān)控的目的
通過施工監(jiān)控，保證施工過程中結構的安全，確保完成的結構不論是內(nèi)力或線形都滿足設計的要求。 [說明] 對于懸索橋結構，其內(nèi)力和線形隨溫度、橋塔偏位、恒載誤差、施工誤差相當敏感。施工階段結構線形和內(nèi)力隨橋梁結構體系和荷載工況不斷變化，每一階段的誤差如果不能消除，累計后將影響成橋結構的受力及線形。由于各種因素的直接和間接的影響，使得實際橋梁在施工過程中的每一狀態(tài)幾乎不可能與設計狀態(tài)完全一致。與其它橋型相比，懸索橋在施工過程中的線形管理較難，更容易產(chǎn)生施工誤差，其原因如下：
1） 懸索橋是由剛度相差很大的結構單元（塔、主纜、梁、吊索）組成的超靜定結構，與其它形式的橋梁相比，在荷載下具有強烈的幾何非線性。
2） 設計參數(shù)的取值不可能與實際結構所反映的一致。例如結構的自重、截面尺寸、混凝土彈性模量、施工荷載等均是具有隨機性的幾何及物理參數(shù)，與設計值相比將或多或少地有所變化；
3） 懸索橋結構的幾何形狀對溫度比較敏感，外界的溫度變化將引起懸索橋幾何形狀和吊索拉力的改變。
4） 跨度變化對懸索橋結構的幾何形狀非常敏感，架設過程中的橋塔偏位將引起懸索橋幾何形狀的較大改變。
5） 環(huán)境因素諸如濕度、摩擦、風載的影響；
6） 結構計算模型簡化和計算誤差的影響；
7） 測量、測試誤差的影響。
上述大多數(shù)因素的影響在設計階段一般沒有也無法完全考慮和計及，只有在施工過程中根據(jù)結構的實際參數(shù)和通過監(jiān)測得到的反應予以考慮。若不在施工過程中實施有效控制，就有可能由于誤差的積累致使成橋后結構的整體受力狀態(tài)及線形嚴重偏離設計目標而影響結構的可靠性。國內(nèi)外懸索橋施工過程中由于施工控制方案及調(diào)整控制措施不當，會出現(xiàn)常見的以下幾類問題：
1)主纜錨跨索力不均勻；
2)吊索索力不均勻；
3)主纜線形、加勁梁標高誤差較大；
4)加勁梁線形不平順，使行車舒適度下降，并會引起橋梁的使用壽命縮減；
5)索鞍不能復位或者橋塔縱向偏位大；監(jiān)控應在建設單位領導下，與設計、制作和施工單位密切配合，向監(jiān)理提交監(jiān)控聯(lián)系單或監(jiān)控指令，并通過監(jiān)理向制作、施工單位發(fā)布，同時重要監(jiān)控指令或根據(jù)監(jiān)控要求需要進行的施工方案的重大改變應取得設計單位的認可。大跨度懸索橋的施工監(jiān)控計算必須考慮施工中已經(jīng)產(chǎn)生的誤差的影響、必須精確包括臨時荷載的各種作用的大小、必須分析后續(xù)施工中可能發(fā)生的各項誤差對完成結構內(nèi)力與線形的影響、必須根據(jù)施工當時的溫度等條件確定施工時的控制參數(shù)（標高、安裝內(nèi)力等）；設計計算是按 理想的狀態(tài)、設定的基準溫度等條件, 對結構進行的理論狀態(tài)的計算,目的是保證建造和使用過程中結構的強度、剛度和穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。監(jiān)控計算的控制目標就是設計條件下的理論值。監(jiān)控計算是為保證結構完成質(zhì)量服務的，與施工一樣應受監(jiān)理單位的監(jiān)督管理。施工監(jiān)控是為結構施工服務的，應在合理的施工方案下進行施工監(jiān)控；同時在施工方案制定的過程中，施工監(jiān)控應從保證質(zhì)量、增強施工安全性方面提出意見與建議。 監(jiān)控測試與監(jiān)控測量實際是為保證結構質(zhì)量和提供量化的控制參數(shù)所需要進行的工作，是獲得監(jiān)控計算參數(shù)的直接手段，也是監(jiān)理工作獲得量化質(zhì)量控制參數(shù)的一種重要途徑，是在施工測試與測量基礎上的檢驗復核工作。3.監(jiān)控所需參數(shù)及分類
大跨度懸索橋施工監(jiān)控所需參數(shù)至少包括表 3.1 所列；各參數(shù)對結構施工控制的敏感性可參照表 3.1 確定。 [說明] 大跨度懸索橋施工監(jiān)控所需參數(shù)可以分為幾何參數(shù)、材料特性參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。幾何參數(shù)是指結構或構件的幾何尺寸；材料特性參數(shù)主要指與材料力學特性有關的參數(shù)，如彈性模量、容重、線膨脹系數(shù)等；環(huán)境參數(shù)是指與施工過程有關的溫度、臨時荷載、臨時支撐與約束等。在這些參數(shù)中，有些對于施工監(jiān)控是敏感的，有些是影響很小的，表 3.1 列出了懸索橋上部結構施工監(jiān)控需要的參數(shù)，根據(jù)其對結構施工敏感性的影響，將其分為 3 級。敏感性為 1 級的參數(shù)是指該參數(shù)有影響，但不突出，其參數(shù)變化對所涉及的影響范圍（或?qū)ο螅┎幻舾?，即使該參?shù)采用理論值，對控制目標的實現(xiàn)也是可接受的；敏感性為 3 級的參數(shù)是指該參數(shù)對所涉及的影響對象很敏感，施工監(jiān)控中必須獲得實際的參數(shù)，監(jiān)控工作必須以實際參數(shù)為準，否則監(jiān)控目標就很難實現(xiàn)；敏感性 2 級介于 1 和 3 之間，其參數(shù)至少應采用理論加經(jīng)驗修正值。
表 3.1 大跨度懸索橋施工監(jiān)控所需參數(shù)及其敏感性分類表
4 結語
懸索橋的歷史是古老的。早期熱帶原始人利用森林中的藤、竹、樹莖做成懸式橋以渡小溪，使用的懸索有豎直的，斜拉的，或者兩者混合的。婆羅洲、老撾、爪哇原始藤竹橋，都是早期懸索橋的雛形。不過具有文字記載的懸索橋雛形，最早的要屬中國，直到今天，仍在影響著世界吊橋形式的發(fā)展。
參考文獻
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