自錨式懸索橋的施工控制方法研究
2018-03-05
1. 橋梁施工控制及其必要性
橋梁施工控制是橋梁建設質量的保證，衡量一座橋梁的質量標準就是要保證已成橋的線形以及受力狀態(tài)符合設計要求。對于橋梁的下部結構，只要基礎埋置深度和尺寸以及墩臺尺寸準確就能達到標準，容易檢查和控制，而對采用多工序、多階段自架設體系施工的大跨度橋梁的上部結構，要求結構內力和標高的最終狀態(tài)符合設計要求，就不那么容易了。如預應力混凝土剛構橋和斜拉橋在懸臂澆注時，如預拋高設置不準，可能影響到以后各階段和合龍標高以及全橋的]線形。 斜拉橋除了主梁的混凝土澆筑或預制塊件懸臂拼裝中要考慮預拋高，使主梁標高符合設計要求外，還要求在斜拉橋建成時斜拉索的內力也達到設計要求，否則，斜拉索受力不均將影響斜拉橋的使用壽命。斜拉橋是多次超靜定結構，在施工過程中主梁標高的調整將影響到斜拉橋的內力，某根斜拉索內力的調整又影響到主梁標高和鄰近斜拉索的內力。這就說明斜拉橋比混凝土剛構橋更加復雜，為確保斜拉橋施工質量，更加急需和不可缺少隨施工過程而進行的施工控制[1]。
目前我國計算機的應用已非常普遍，技術人員完全可以對多階段、多工序的自架設體系施工方法進行模擬，對各階段可預先計算出內力和位移，稱之為預計值。將施工中的實測值與預計值進行比較，若有誤差可進行調整，直到達到最滿意的設計狀態(tài)。也就是通過施工控制，使各階段內力和變形達到預計值，最終達到設計要求，確保建橋的施工質量。
2. 自錨式懸索橋施工控制方法
目前在橋梁施工中，為了保證結構的受力和橋梁的線形，都采取一定的施工控制措施。按照控制原理的不同，分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制是指根據(jù)計算的結果，在施工的前期調整可控變量，在施工過程中不再進行調整和控制。如鋼筋混凝土簡支梁預制時跨中的預拱度，計算確定后施工時按照計算值設置，成形中不再調整。這種方法常使用在中小跨徑和工藝較簡單的橋梁中。閉環(huán)控制是指施工前計算出可控變量的理論值，在第一施工階段，可控變量按照理論值實施，而在以后的施工階段中，隨時對控制效果進行測試，并與理論計算值計算進行比較，找出差別的原因，并對下一階段施工中的可控變量進行調整，保證施工的順利進行。這種控制才是實際意義的監(jiān)控，包括檢測和控制兩方面。如斜拉橋的懸臂澆筑，首先要計算出每一階段的立模標高，拆模后的標高，實際施工中在每一階段完成后，都要對控制結果進行觀測，確定下一階段的立模標高。除了第一階段外，后續(xù)階段的立模標高不全是計算值，而是計算值加修正量。對于施工工藝復雜的橋梁多采用這一控制方法[2]。
為了保證自錨式懸索橋竣工后結構的受力和變形盡量與理想的設計狀態(tài)一致，施工過程中的監(jiān)控工作顯得尤為重要。一般設計圖紙中僅給定理想狀態(tài)下自錨式懸索橋竣工后的內力、線形，由于施工中所用材料的力學性能存在偏差仁如主纜、吊桿的彈性模量等)，構件制造安裝誤差，以及假定誤差等客觀因素，都會對自錨式懸索橋的內力、線形造成影響。此外根據(jù)設計圖紙，精確地計算出各部分構件在無應力狀態(tài)下的尺寸，以便指導施工時下料工作。因此，對自錨式懸索橋的結構施工，根據(jù)實際施工過程中反饋的各種控制參數(shù)，通過現(xiàn)場計算分析以及預測得出合理的控制措施，用以指導和控制施工，使各施工階段的實際狀態(tài)最大限度的接近理想設計狀態(tài)，確保成橋后的內力狀態(tài)和幾何線形符合設計要求。
3. 自錨式懸索橋的施工控制實施
自錨式懸索橋是由主纜、加勁梁、索塔、吊桿等構件組成的柔性懸吊組合體系。成橋狀態(tài)下，主要由主纜、加勁梁和主塔共同承擔結構的自重和外荷載。主纜是結構體系的主要承重構件，直接錨固在加勁梁端部的錨旋上，這樣的受力特點使得自錨式懸索橋的施工順序必須是先澆注或組裝加勁梁，等到加勁梁達到一定強度或組裝完成后，再架設主纜以及張拉吊桿，完成整個體系轉換。
由于自錨式懸索橋要先澆筑或組裝加勁梁，因此需要大量的臨時支架施工來施工主梁。加勁梁一般有鋼析架梁、鋼箱梁、鋼混凝土疊合梁、混凝土梁等多種，由于種類的不同，加勁梁的組裝或澆注方式會有所不同[3]。
等到加勁梁完成以后就開始架設主纜并張拉吊桿，吊桿張拉次序和每次張拉力的大小決定了最終的橋面線形是否到位，吊桿內力值是否到量，同時保證主纜線形、加勁梁應力、橋塔傾斜度、索鞍位移等在允許的范圍內。往往不能將每根吊桿一次張拉到位，而應該進行多輪次、小力幅的張拉，最終使各索力趨近于理想成橋索力，同時確保成橋后的內力狀態(tài)和幾何線型符合設計要求。
自錨式懸索橋的施工控制由初始狀態(tài)的工程控制和施工中的工程控制分析2部分組成。初始狀態(tài)的工程控制分析主要包括:成橋狀態(tài)下主纜線形，主纜無應力長度、索鞍預偏量、空纜狀態(tài)線形、索夾安裝位置、吊桿長度等的計算和確定[4]。
由于自錨式懸索橋施工方法的特殊性，在主纜就位以后就難以像斜拉橋那樣進行后期的索力和標高的調整，因此施工空纜狀態(tài)的精確計算就顯得尤為重要。它可以避免或減少后期的調整工作，并且使竣工后交付運營時的橋面標高、主纜垂度、鞍座位置、各構件的幾何形狀和內力狀態(tài)等各項指標符合或最接近設計要求。因此初始狀態(tài)的工程控制分析是自錨式懸索橋施工控制分析的重點和關鍵，也是施工中控制分析得以進行的前提和基礎。有了理想成橋狀態(tài)，可以通過倒拆計算法或者解析迭代法求出空纜狀態(tài)，有了空纜狀態(tài)才可能在此基礎上調試出各個施工狀態(tài)以及施工控制的目標狀態(tài)一成橋狀態(tài):而施工中控制分析恰恰要以各個施工狀態(tài)及成橋狀態(tài)的確定為基礎。圖1為自錨式懸索橋的初始狀態(tài)控制分析流程圖。
自錨式懸索橋施工中的工程控制分析具體包括線形控制、吊桿力應力控制和應力控制三方面的內容。要根據(jù)自錨式懸索橋的結構特點和施工方法制定相應的施工控制程序，用于指導施工。
自錨式懸索橋的施工控制是施工一量測一識別一修正一預告一施工的循環(huán)過程，為了實現(xiàn)控制的目標，就必須有一套完整的、精密儀器的量測手段的支持和先進實用的計算方法作為依據(jù)。
結束語
要徹底改變目前我國橋梁養(yǎng)護部門的現(xiàn)狀，科學地、較為主動地預報橋梁各部位營運情況，必須在橋梁施工中進行施工控制系統(tǒng)的建立，并使其能長期對橋梁營運階段進行監(jiān)測，這樣才能確保這些耗資巨大、與國計民生密切相關的大橋的安全耐久。由此可見，橋梁施工控制是現(xiàn)代化橋梁建設的必然趨勢。
參考文獻
[1] 懸索橋鐵道部大橋工程局橋梁科學研究所編北京:科學技術文獻出版社，1996.10,1.
[2] 張元凱，肖汝誠，金成棣. 自錨式懸索橋概念設計，公路，2002, 11: 46~49.
[3] 樓莊鴻，嚴文彪. 自錨式懸索橋，中國公路學會橋梁和結構工程學會，2002年全國橋梁學術會議論文集，2002.10, 243-252.
[4] 石磊，張哲，劉春城. 混凝土自錨式懸索橋設計及其力學性能分析，大連理工大學學報，2003, 43 (2), 202~206.
