单塔空间索面自锚式悬索桥缆索系统安装的施工监控.pdf

单塔空 间索 面 自锚式悬索桥缆索系统安装 的施工监控 曾广武 ， 吴东粤 5 7 文 章编 号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 8 ) 0 5 0 0 5 7 0 3 单塔空间索面 自锚式悬索桥缆索系统安装的施工监控 曾广武 ， 吴 东粤 ( 1 中国铁道科 学研究院铁道建 筑研 究所 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ； 2 天津市海 河建设发展投 资有 限公 司， 天津 3 0 0 1 4 1 ) 摘 要 ：悬 索桥 结构 施 工过 程 中难度 最 大、 技 术含 量 最 高 、 最难 以控 制 的 是缆 索 系统 的安装 ， 对 于空 间索 面的缆 索 系统 而言 ， 不 同的 吊索安装程 序 、 张拉 顺序 及 张拉 力值均 将对 主缆 的 空间位置 产生重大的影响， 并直接影响到施工工期和成桥时的状 态。通过单塔空间索面 自锚式悬索桥 天 津富 民桥 缆 索 系统安 装与体 系转换 的 实际施 工控 制过 程 ， 验 证 了所采 用 的施 工控 制 方 法与控 制 计算 结果 的科 学性 、 合 理 性 ， 对 缆 索 系统 的安 装施 x - 起 到 了很 好 的指 导作 用 。 关键词 ：自锚 式 悬索桥 ； 缆 索 ； 施 工监控 中图分 类号 ： u4 4 8 2 5 ； u4 4 3 3 8 文献标 志 码 ：a co n s t r u c t i o n m o n i t o r i n g a n d co nt r o l o f ca bl e s y s t e m i n s t a l l a t i o n o f a s i n g l e to we r a nd s p a t i a l ca b l e pl a ne s e l f - anc h o r e d s u s p e n s i o n br i d g e zeng gu a ng wu w u do n g y ue ( 1 ra i l wa y en g i n e e r i n g re s e a r c h i n s t i t u t e，ch i n a ac a d e my o f ra i l wa y s c i e n c e s ，be i j i n g 1 0 0 0 8 1 ，c h i n a ； 2 ha i h e co n s t r u c t i o n，de v e l o p me n t a n d i n v e s t me n t co ，lt d ，ti a n j i n ci t y ，ti a n j i n 3 0 0 1 4 1 ，ch i n a ) ab s t r a c t ：i n t he c on s t r u c t i on pr o c e s s o f s u s p e n s i o n br i d ge s t r uc t ur e，t h e p a r t o f t he wor k t h a t ha s t h e g r e a t e s t d i f f i c u l t y，r i c he s t t e c h ni c a l c on t e n t a nd t ha t i s t he mo s t di f f i c ul t t o c o nt r o l i s t he i ns t a l l a t i o n of c a bl e s y s t e m for a s us pe ns i on b r i d ge wi t h t he s p a t i a l c a bl e pl a ne c a b l e s y s t e rn ，t he di f f e r e nt i n s t a l l a t i o n pr oc e du r e s ，t e ns i o ni n g s t e ps a n d t e n s i l e f o r c e v a l u e s of t he h a ng e r s of t h e b r i dg e wi l l ha v e s i g ni f i c a n t i n f l ue nc e on t he s pa t i a l po s i t i o ns o f t h e ma i n c a bl e s a n d wi l l d i r e c t l y a f f e c t t he wo r ki n g t i m e s c h e d ul e a n d e v e n t he s t a t e of t he c o m pl e t e d br i d ge i n t hi s pa p e r ， t he c o ns t r u c t i o n c o nt r o l m e t ho ds a pp l i e d t o a nd t h e s c i e nt i f i c i t y a n d r a t i o na l i t y o f t he c a l c ul a t i o n r e s u l t s o f f u mi n br i d g e i n ti a n j i n，a s i n g l e t o we r a n d s p a t i a l c a b l e p l a n e s e l f - a n c h o r e d s u s p e n s i o n br i d g e，we r e v e r i f i e d t hr ou g h t he pr a c t i c a l c o ns t r uc t i o n c o nt r o l o f i n s t a l l a t i o n a n d s y s t e m t r a n s f or ma t i on o f t he c a b l e s ys t e m of t he br i d ge a nd t he m e t ho ds a nd r e s u l t s pl a ye d a v e r y g o od gu i d a nc e r o l e i n t he c o ns t r u c t i o n of t h e c a b l e s y s t e m ke y wor d s ：s e l f - a n c h or e d s us pe ns i o n b r i dg e；c a b l e ；c on s t r u c t i on mo ni t or i n g a nd c o nt r o l 1 前言 桥梁施工控制是一个 “ 预告一施工一测量一识 别一修正一预告” 的循环过程 。施工控制采用预测 控制法 ， 即在全面考虑影响结构状态的各种 因素和 施工所要达到的 目标任务后 ， 对结构的每一个施工 阶段形成前后状态进行预测， 使施工沿着预定状态 进 行 。 由于 预测 状 态 与 实 际状 态 之 间 总 有 误 差 存 在 ， 某 种误差 对施 工 目标 的 影 响则 在 后 续施 工 状 态 收稿日期 ：2 0 0 8 0 6 3 0 作者简介 ：曾广武 ( 1 9 6 2 一) ， 男 ， 副研究员 ， 1 9 8 2年毕业于大连理工大学工程力学专业， 工学学 士， 1 9 8 6年毕业于 中国铁道科学研究 院桥梁 与 结构工程专业 ， 工学硕士 。 5 8 桥梁建设 2 0 0 8年第 5期 的预测 中予 以考虑 ， 以此循 环 直 到施 工 完 成 和获 得 与设计 相符 的结构状 态 。 2桥 梁概述 天津 富 民桥 为单 塔 空 间索 面 自锚 式 悬 索桥 ( 见 图 1 ) 。主跨 主缆 由塔顶 中点 向两侧 对 称 张 开 至 桥 面梁端两 侧 的锚 碇 ， 呈 空间 衄面状态 ； 主跨 主缆在塔 顶与梁端问每一侧设 1 4个吊索连接点， 通过吊索与 主梁外侧 连接 ； 吊索连接 点沿顺 桥 向 的间距 为 9 m。 边跨主缆采用 2根并排缆索， 由塔顶 中点到边跨梁 端的 中线 ， 中问无 吊索 连接 。 图 1 天 津 冒 民桥 效 果 图 桥梁 主跨 跨径 1 5 7 0 8 1 m， 边 跨 跨 径 8 6 4 r n ， 桥 面标准 宽度 3 8 6 it i ； 主 、 边 跨 除位 于 主缆 锚 固 区 的梁端 区域外均 为分 离 式 双 钢箱 加劲 梁 ， 钢 箱 梁之 间用钢箱 横撑连 接 ； 主跨 单个 加劲 钢 箱梁 总 宽 1 6 8 m， 梁高 为 2 3 m， 纵 向设 置 3道腹 板 。在 主跨 顺桥 向每 3 m 设 置 1 道横 隔板 ， 每 9 m设 置 1道钢 箱横 撑 ， 横撑宽度为 2 3 m。边跨变宽加劲钢箱梁宽度 由 3 8 6 m 变 化至 3 5 9 m。 桥塔 采用钢 筋混凝 土结构 、 矩形 截 面 ， 桥面 以上 塔高约 5 8 m， 塔 横 桥 向 宽 4 6 i“i 1 ， 顺 桥 向 塔 底 宽 1 3 0 it i ， 塔顶 宽 4 5 m。 主缆 由直径 5 2 mm( 含 镀 锌 层 ) 的 钢 丝 组成 ， 每根 主缆 有 3 7根索股 ， 每根 索股含 1 2 7 根 钢丝 。 吊索采 用 与 主缆 规格 相 同 的平行 钢 丝 ， 每根 吊 索含 9 1根钢丝 ， 每个 吊点单 侧纵 向设 2 根 吊索 。 3 施 工控 制计 算模 型 由于空 间主缆加 吊索 的悬索桥 为非 线性大 变形 结构 ， 在 保证 计 算 精 度 的前 提 下 ， 为 了 提 高 计 算 效 率 ， 对结 构进 行 了简化 。根 据对称 性原理 ， 将全 桥模 型 以桥 梁 中线 为对 称 轴 ， 取一 半 以节省 非 线性 的计 算时 间。 计算使用 ans ys有限元程序完成 。其 中主梁 钢结构 部分采 用 板 单元 ( s h e l l 6 3 ) ， 主梁 、 主塔 、 锚 碇 及基础 的? 昆 凝 土 部 分采 用块 单 元 ( s o l i d 6 5 ) ， 主缆 和 吊索采用杆单元( 1 i n k 8 ) ， 主鞍采用块单元( s o l i d 6 5 ) 和板 单元 ( s h e l l 6 3 ) 。全桥 共 1 5 4 4 6 个 单 元 、 1 0 3 4 6 个节 点 。 钢结构 的容重 为 7 8 5 k n m。 ， 弹性 模量 为 2 1 1 0 k n m ； 环 氧 沥 青 混 凝 土 容 重 为 2 3 k n m。 ， 弹性 模量 为 1 0 1 0 k n m。 ； 钢 筋混凝 土容重 为 2 5 k n m。 ， 弹性 模量为 3 5 1 0 k n m。 。人行 桥及 景 观步道栏杆设计荷载为 0 6 k n m； 车行道栏杆设 计 荷 载为 1 0 k n m。 4 施 工控制 工序与 内容 天 津 富 民桥 施 工 过程 中 需 控 制 的主 要 工 序 包 括 ： 栈 桥设 置 、 主 鞍安 装 、 散索 套安 装 、 主 缆制 作 、 吊 素制作 、 主缆 安装 、 吊索张拉 、 体系转 换 、 二 期恒 载铺 设 等 。 对 结构 的不 同部 位所需 实施 的控 制 内容如 下 ： ( 1 )主缆。主缆制作 的长度 ， 安装时的初始线 形 、 初始 张拉力n j ， 体 系转 换过 程 中每 张拉 1根 吊索 产生的索吊点坐标变化、 主缆张拉力变化 ， 体系转换 完 成 时索 吊点 坐标 、 主缆力值 ， 二期恒 载作 用下索 吊 点坐标 、 主缆力值。 ( 2 )吊索 。 吊索 制作 的 长度 ， 体 系转 换 完 成 时 吊索 的索力值 ， 二期 恒载作 用下 吊索索 力值 。 ( 3 )主鞍 。初 始 安装 时 的 预 偏 ， 体 系转 换 过程 中每 张拉 1根 吊索产 生 的位 移 ， 成 桥时 的最终位 移 。 ( 4 )主梁。焊接时的预抛高 ， 体系转换时 的抬 高量 ， 二期恒 载作用 下 的下 挠量l 2 。 5施工控 制结果 5 1 主缆 表 1 为 吊索安 装与 张拉前后 主跨下 游主缆 线形 的坐标 变化 ， 图 2为 吊索 安装 与 张 拉过 程 中 主缆 线 形变 化过程 。由表 1与 图 2可 知 ， 主 缆在 吊索 的安 装与 张拉过 程 中 ds 8索 吊点 横 桥 向坐标 向线 路 外 侧变 化达 3 3 1 1 m， 顺桥 向坐标 变化 向主 塔 方 向达 1 0 2 0 m。全 部 吊 索安 装 与 张 拉完 成 后 主 缆 l 4个 索吊点处的实测三维坐标与监控控制值 的三维坐标 误差最大值不超过 0 1 0 0 m， 达到了相当高的精度， 即主缆 的实 测线形 与监 控控制 线形几 乎一致 。 5 2 吊索 表 2为全部吊索安装并张拉完成后全桥吊索索 力分布实测值与监控控制值的比较 。由表 2可以看 出 ， 上游侧 吊索 索力 实 测 平 均 值 7 9 0 k n， 下 游 侧 吊 索 索 力实 测 平 均 值8 0 5 k n， 上 、 下 游 监控 控 制 平 均 单塔空间索面 自锚式悬索桥缆索系统安装的施工监控 曾广武 ， 吴 东粤 5 9 ds2 3 2 8 1 1 7 9 4 7 4 9 6 4 2 1 2 4 2 0 57 0 0 5 9 0 0 0 3 0 0 0 2 6 0 0 0 0 ds3 4 4 5 3 2 7 1 2 4 4 4 5 9 6 1 8 1 4 0 7 4 7 0 45 3 0 0 3 7 0 0 3 0 0 0 1 0 ds4 5 6 2 0 3 6 2 7 0 3 9 9 2 3 2 3 8 7 0 6 5 6 0 1 9 9 0 0 3 1 0 0 2 6 0 0 0 2 ds5 6 7 8 6 4 5 3 8 8 3 5 6 1 0 2 8 0 1 0 76 4 0 0 8 6 0 o 1 9 0 0 3 1 0 0 0 9 ds6 7 9 4 4 5 4 4 5 9 3 1 6 6 3 3 0 8 8 0 8 49 0 0 1 4 0 0 2 9 0 0 2 8 0 0 0 1 ds7 9 1 0 1 6 3 5 2 0 2 8 0 5 2 3 2 7 8 0 91 8 0 09 3 0 0 1 3 0 0 1 4 0 0 0 2 ds 8 1 0 2 5 2 7 2 5 3 4 2 4 7 8 8 3 3 1 1 1 0 2 0 0 1 1 7 0 0 2 5 0 0 2 6 0 0 0 9 ds9 1 1 4 0 2 8 1 5 3 0 2 1 8 5 1 3 2 5 7 1 02 5 0 1 5 2 0 0 0 4 0 0 1 9 0 0 0 3 ds1 0 1 2 5 4 6 9 0 4 9 4 1 9 2 4 4 3 1 1 4 1 01 3 0 1 4 7 0 0 5 9 0 0 1 6 0 0 0 8 ds1 1 1 3 6 8 9 9 9 4 4 0 1 6 9 5 4 2 81 3 0 97 0 0 1 0 9 0 0 5 7 0 0 2 5 0 0 0 1 ds1 2 1 4 8 3 0 1 0 8 3 7 1 1 4 9 7 4 2 3 8 2 1 01 8 0 01 8 0 0 6 4 0 0 1 9 0 0 0 2 ds1 3 1 5 9 6 7 1 1 7 2 8 3 1 3 3 0 7 1 8 4 7 0 9 51 0 09 1 0 0 5 9 0 0 3 0 0 0 0 8 ds1 4 1 7 1 0 4 1 2 6 1 7 7 1 1 9 4 2 1 1 5 1 0 7 5 3 0 21 1 0 0 0 0 0 0 2 3 0 0 0 8 注： 坐标 系的设置 以道路 中心线为 y轴 ， 从大桩号到小桩 号为正 ， 0点为主塔轴线处 ； 桥梁的横向为 z轴 ， 从轴线 向外为正 向， 0点为主塔轴线 处 的桥面 中心线 ； 竖直向上方向为 z轴 ，0点为基 顶下 0 5 17 1 。 表 2 全 部吊索安装并张拉完成后全桥 吊索索力分布 k n 图 2 吊 索安 装 与 张 拉 过 程 中主 缆 线 形 变 化 值 8 0 1 k n， 平均 值误 差小 于 2 ； 单根 吊索实测 索力 与平 均值 比较 ， 索力 系数介 于 0 7 9 2至 1 2 2 8之 间 ， 满足 均匀分 布 和控制 值精 度要 求 。 5 3 主鞍 表 3 为 吊索安装与张拉完成前后主鞍中点相对 主塔顶中点偏移量 的变化。由表 3可以知道 ， 主鞍 初始预偏 3 6 c m， 在 吊索张拉完成后 主鞍实测 的偏 移仅 剩 6 2 c m， 主 鞍相对 主塔 顶 已滑动 近 3 0 c m， 实 测滑动量已达到监控计算滑动量的 9 7 4 ， 主鞍的 实 际滑 动状 态 与监控 控制 结果 几乎 完全 一致 。 表 3主 鞍 偏 移 5 4主梁 表 4为 主梁成 桥前 后线 形 的变化 。由表 4可 以 知道 ， 主梁在 成桥前 后 的横桥 向坐标变 化很 小 ， 可以 认 为基本 没 有变化 ， 纵 桥 向则 由于 主 缆 力 的作 用 使 主梁 向边跨方 向压缩 ， 压缩量 7 8 c m， 竖向则 由于 二期 恒载 的作 用使 主跨 跨 中 向下挠 曲 2 0 c m。 由于 主跨跨 中事先给主梁预留了 2 5 c it i 的抛高， 完全满 足二期恒载作用下产生下挠量 的要求 ， 主梁成桥时 的线 形状 态非 常理 想 。 ( 下转第 6 7页) 单塔空间索面 自锚式悬索桥悬 吊系统的防腐施工 彭春 阳， 石伟 ， 李新春 ， 张 日亮 ， 郑 国坤 6 7 图 6刷 涂 聚 氨 酯 面漆 腐材料的相关性。试验采用二甲苯在原油漆表面擦 洗 ， 表面并未出现有油漆被擦掉、 油漆表面被软化现 象 ， 试验结 果表 明后 期 所 用 的 防腐 材料 可 以直 接 刷 涂 于原油 漆表 面 。 在刷涂油漆前须将表面做好预处理 ，