斜拉桥的施工控制技术.pdf

第 3 6卷 第 3 0期 2 0 1 0年 1 0月 山 西 建 筑 s hanxi arc hi tecture vo i _ 36 no 3 0 oc t 2 0 1 0 3 31 文章编号： 1 0 0 9 6 8 2 5 ( 2 0 1 0 ) 3 0 0 3 3 1 0 2 斜 拉 桥 的 施 工 控 制 技 术 金锡 兰 吴祥松王力强 摘要： 以宛溪河斜拉桥为背景， 根据斜拉桥的结构特点， 通过全桥的施工过程仿真计算， 对该类型桥梁的施工控制进行 研究， 并以此为基础介绍了当前关于斜拉桥的施工控制技术， 以期指导斜拉桥工程项 目的施工。 关键词 ： 斜拉桥 ， 有 限元 ， 施工技术 ， 施工控制 中图分类号 ： u4 4 8 2 7 文献标 识码 ： a 斜拉桥的雏形远在几百年之前就出现过， 而 1 9 5 6年在瑞典建 成主跨为 1 8 2 6 m的s t r a s u n d 桥才是第一座现代斜拉桥。接着， 1 9 5 8年又在原联邦德 国的杜塞尔道夫 建成主跨为 2 6 0 m的 th md o r - he u s s 桥， 它巩固了现代斜拉桥 的地位。其后历经 5 0余 年， 今天世界上已建成了数百座斜拉桥， 且今后斜拉桥会在大跨度 桥梁上占据主要地位， 成为跨径在2 0 0 m-8 0 0 m之间桥型的首选。 1 宣城市宛溪河斜拉桥的工程简介 宛溪河大桥位于水阳江大道东南段延伸工程西段 ， 根据水阳 江大道总体设计要求 ， 桥梁范围为 ： 左幅 k 0 +5 2 7 6 6 7 k 0 + 8 0 0 5 0 0 ， 跨径布置： ( 4 5+8 8十8 8 +4 5 ) m。桥梁全长 2 7 1 m， 右幅 k 0 +5 3 1 2 7 k 0 +8 4 5 5 0 0 ， 跨径布置： ( 4 5 + 8 8 +8 8 +5 5 ) r n + 3 5 m， 桥 梁全长 3 1 6 m。桥梁跨越宛溪河、 清溪河河口北侧， 北靠响山， 南 临宣城扬子鳄湖风景区鳄东湖。 2 施工控制主要内容 2 1 理论 计 算 用斜拉桥计算分析软件 mi d as来计算并确定理论成桥状态 和施工状态。按照施工和设计所确定的施工工序， 以及设计所采 用的基本参数 ， 对施工过程进行一次正装计算， 得到各施工状态 以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据 ， 作为斜拉桥施工 控制的理论依据。要获得高精度的施工控制效果， 首先必须使全 施工过程中的结构挠度计算完全吻合于结构实际挠度 ， 否则在施 工过程中采用任何补救措施都不可能加以挽回。 2 2 施工现场监测系统的建立 宛溪河大桥现场监测系统 的建立是施工监控的主要任务之 参考文献 ： 1 姚玲森 桥梁,ff - m 北京： 人民交通 出版社 ， 1 9 9 7 2 j t g1 3 6 2 2 0 0 4 ， 公路 钢 筋混凝 土及 预应 力混 凝 土桥 涵 设计 规 范 s 一 ，包括上部结构微观与宏观工作状态的监测， 即承重结构的应 力应变状态、 主要结构挠度、 高程的变化应与设计确定的内力， 变 位状态一致。另外对经外部设备张拉的斜拉索和各次体系转换， 采取必要的措施监测内力的准确性与安全性。 此外还包括： 与控制有关的基础资料试验与收集 ； 设计参数 误差分析和识别以及对梁段设计参数误差的修正； 预告主梁下阶 段定位高程和斜拉索各次张拉力； 重大的设计修改。 3 主梁施工过程中的水平变位、 沉降及 内力观测 3 1 主梁水平变位及沉降变形量测 在每节箱梁的顶面横断面上设置三个测点， 测点纵向距离约 为 1 0 m， 左幅共设置 2 8 个监测断面， 共有 8 4个测点； 右幅共设置 3 3个断面 ， 共有 9 9个测点 ， 全桥 共设 1 8 3个测点 进行 观测 ， 点位 用一金属标志头埋设于主梁混凝土内， 布置的总原则是按照中轴 线两边对称布设 。 3 2 主 梁 中轴线 复测 主梁中轴线复测的测点利用主梁平面变位测点进行量测 ， 共 计 1 8 3 个测点。 3 3主 梁挠度 观测 在 0号块 上埋 设挠 度观测 基准 点 ， 基准 点的设 置方 法为 ： 用 1 5 c m的短钢筋垂直焊接或绑扎固定在最外层构造筋或最近的箍 筋上 ， 浇筑完混凝土后， 露出混凝土表面 2 5 c t n 。同时， 在附 近设置永久水准点， 该永久水准点是由控制网校核闭合的。 在距每个梁段的前端 5 0 u r n ， 布设 3个测点； 同时在桥面上的 上下游护栏 的内侧 1 0 e r n处设置永久性 的挠度观测点 ， 可 用直径 3 杜 国华， 毛 昌时 ， 司徒妙 龄 ， 等 桥 梁结构 分析 m 上 海 ： 同 济大学 出版社 ， 1 9 9 4 4 江政， 刘 峰 某旧桥承载力有限元分析 j 山西建筑， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 1 1 ) ： 3 1 5 3 1 6 on l o a di n g c a pa c i t y e v a l u a t i o n o f ho l l o w p l a t e o f pc v a r i a b l e c r o s s s e c t i o n a nd i t s l i f e s pa n pr e di c t i o n xu zu - e n zhang zhi - qu e ab s t r a c t ：ac c o r d i n g t o t h e r e s e a r c h s u r v e y a t h o me a n d a b r o a d，t h e p a p e r c o mb i n i n g wi t h t h e i n s p e c t i o n r e s u l t s o f t h e e n g i n e e ri n g b rid g es， s u ms u p a n d e v a l u a t es t h e l o a d i n g c a p a c i t y o f o l d b r i d g esand r e s e a r c h es t h e l i f e s p an o f t h e h o l l o w p l a t e 0 f t h e p c v a r i a b l e c r o s s - s e c t i o n b a s e d o n t h e c u r r e n t r ese a r c h，8 0 a s t o dir e c t t h e f u t u r e d e s i g n，c o n s t r u c t io n a n d ma i n t e n an c e ke y wo r d s ：p c v a r i a b l e c r o s s - s e c t i o n，l oad i n g c a p a c i t y e v alu a t i o n，l i f esp an p r e d i c t i o n 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 6 2 9 作者简介 ： 金锡 ( 1 9 7 3 一 ) ， 女 ， 工程师 ， 宣城市市政工程管理处 ， 安徽 宣城2 4 2 0 0 0 吴祥松 ( 1 9 7 7 ) ， 男 ， 讲师 ， 嘉兴学院建筑工程学院 ， 浙江 嘉兴3 1 4 0 0 1 王力强( 1 9 8 3 一) ， 男 ， 助教 ， 嘉兴学院建筑工程学院 ， 浙江 嘉兴3 1 4 0 0 1 第3 6卷 第 3 0期 3 3 2 2 0 1 0年 1 0月 山 西 建 筑 1 6 mm钢筋 ， 头部做成球面 ， 长度 8 c m， 焊在 顶板 ， 测点纵轴 向的 点距约为 2 2 m， 左幅共设 4 8个测点 ， 右幅共设 5 4个测点 ， 全桥共 设 1 0 2 个测点 ， 既作为施工高程控制的观测点又作为建成后静动 载试验和长期 营运过程 中的挠度观测点 。 3 4 主 梁应 力测点的埋 设 宛溪河大桥 的应力应 变现场 测试元件 安装使 用智能应 变传 感器 。在纵向上 ， 主要布置在左 、 右 幅桥 主梁的主跨 中间截 面 ， 横 向位置布置在主梁 的顶板和底板 截 面。主梁传感 器安装方 法采 用预置， 即在钢筋骨架就位后将应变传感器和温度传感器同时绑 扎在钢筋上， 导线置于紧贴模板的安装盒内， 然后浇筑混凝土， 拆 模后从安装盒内取出导线。 3 5 施 工控制 的 实施 结果 通过施工过程中的量测， 左、 右幅桥的高程变化范围为 3彻， 斜拉索张拉完成后， 主梁的实际高程与设计高程相差很小， 最大 相差 7 m m， 远低 于 j t g t i 9 6 5 0 1 2 0 0 7公路斜 拉桥设计 细则规 定的 1 7 4 c m， 故本工程的高程完全符合规范要求。 4 斜拉桥施工控制技术的要点补充 4 1 斜拉桥施工理论分析 1 ) 施工计算原则。a 施工方案： 由于斜拉桥恒载内力与施工 方法和架设程序密切相关， 理论计算应首先对施工方法和架没期 间的施工荷载给出一个较为精确的数值。b 计算图式 ： 在各施工 阶段应根据 当时 的结构体 系 、 挂 篮形 式 ( 对 悬浇 法主要有 前支点 和后支点两种) 和荷载状况选择正确的计算图式来进行计算、 分 析。施工中采用了临时拉索或临时支点 ， 计算图式应包括这些临 时构件。c 结构分析程度 ： 对大多数斜拉桥而言， 施工计算采用 平面结构分析方法已经满足实际架设控制的需要。但对大跨径 斜拉桥及其平面位于曲线时， 施工计算采用空间模型则是非常必 要 的。d 非 线性影 响 ： 非 线性对 中小跨径 的斜拉桥 影响不 大 ， 但 大跨径斜拉桥必须考虑非线性的影响， 通常采用弹性量法( e r n s t 公式) 来反映斜拉索的非线性。e 混凝土收缩、 徐变的影响。f 地 震和风力： 必须对施工 中最危险的状态进行抗震 、 抗风的验算。 g 温度： 在特定的施工阶段( 如合龙段施工前夕) 应详细观测、 记 录温度对结构变形的影 响随时间变化 的规 律 ， 以便为 下一 阶段 的 施工提供准确预测值。2 ) 施工阶段计算模型。a 拉索的模拟： 通 常可以采用三种方 法 ， 即等效弹性 模量直杆 单元法 、 分段 直杆 法 和曲线索单元法。b 塔的模拟： 斜拉桥的索塔一般由塔柱和横梁 组成， 采用实体单元、 板壳单元、 杆单元及其组合来模拟塔的结构 行为更为准确。e 计算模型： 单主梁模型； 双主梁模型； 三主梁模 型； 体、 板壳单元。3 ) 斜拉桥施工控制模拟方法。a 倒装分析法： 通过对斜拉桥由成桥状态( 理想的恒载状态) 出发， 按照与实际施 工步骤相反的顺序进行逐步倒退计算而获得各施工阶段的控制 参数， 结构按此正装顺序施工完毕 ， 理论上斜拉桥的恒载内力和 线形便可达到预定 的理想状态。b 正装分析法 ： 采用与斜拉桥施 工相 同的顺序 ， 依次计算各 阶段架 设时结构 的施工 内力 和位移 ， 然后依据一定的计算原则， 选择适当的计算参数作为未知变量， 通过求解方程而获得相应的控制参数。只要计算参数选择得当， 结构按正装法所得的控制参数和顺序施工完毕时， 理论上斜拉桥 的恒载内力和主梁线形与预定的理想状态基本吻合。c 无应力 态法 ： 是通 过安装过程 中斜拉桥各结构单元 的无应力长度 和无应 力 曲率来实现对成桥状 态的 自动逼近 。 4 2 斜拉 桥施 工控 制方 法 1 ) 斜拉桥施工 控制系统 为 ： 施工一检测一结构分析一状态 预 报一调整一再施工的循环过程。斜拉桥施工监测、 控制是一个 “ 施工一测量一计算分析一修正一预告” 的循环过程， 最根本的要 求是在确保结构安全施工的前提下， 做到主梁线形和内力符合设 计规定的允许误差范围。2 ) 斜拉桥施工监测： 斜拉桥是高次超静 定结构， 它对成桥线形有较严的要求 ， 每个节点坐标的变化都会 影h 向 结构内力的分配。3 ) 斜拉桥施工控制方法： 3 斜拉桥施工控 制中的两种索力形成方法 ： 其一为一次到位法。一次到位法， 也 叫一次张拉法 ， 它是指在施工过程中每一根斜拉索张拉至设计索 力后不再重复张拉， 属于预测控制。其二为分次到位法。分次到 位法的基本思想是“ 分次张拉， 逐步到位” ， 也称多次张拉法， 属于 预测控制与事后调整控制相结合的控制。b 斜拉桥施工控制方 法： 包括开环控制法； 反馈控制法； 自适应控制法( 前文已经解 释) 。e 斜拉桥施工控制中的误差处理和索力调整： 包括基于现 代控制理论的kal ma n 滤波法； 参数识别、 修正法。另外还有基于 如模糊数学 的其他方法 。 5 结语 本文结合了宣城市宛溪河斜拉桥的施工控制实例， 指出了对 大跨桥梁实施施工控制的必要性及其重要意义。对大跨桥梁施 工控制过程中的具体方法及步骤， 主要的控制参数和应该注意的 关键环节进行了详细的阐述。实际上影响大跨桥梁施工精度的 控制因素很多， 本文仅从主要的方面对大跨桥梁的施工控制理论 进行了初步分析研究， 其他的还有待进一步的深入研究。 参考文献： 1 项海帆 高等桥梁结构理论 m 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 0 2 徐君兰 大跨度桥梁施工控制 m 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 0 3 向中富 桥梁施工控制技术 m 北京： 人民交通出版社 ， 2 0 0 1 4 王钧利 桥梁施工技术及质量检测 m 北京： 中国水利水 电 出版 社 2 0 0 0 5 项海帆 世界桥梁工程的回顾和发展 m 北京： 科学出版 社 1 9 9 8 6 严 国敏 现代斜拉桥 m 成都： 西南交通大学 出版社， 1 9 9 6 7 林元培 斜拉桥i n 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 4 8 吴胜东 润扬长江公路大桥建设斜拉桥( 第四册) m 北京 ： 人 民交通 出版社 。 2 0 0 5 。 co n s t r u c t i o n c o nt r o l t e c hn o l o g y o f c a b l e - s t a y e d b r i d g e j i n xi - l a n、 x i a n g s o n g w ang li - q i a n g ab s t r a c t ：ta k e t h e c a b l e - s t a y e d b ri d g e o f wa n x i r i v e r a s a b a c k g r o u n d ，t h e c o n s t r u c t i o n c o n t r o l o f t h e s i mi l a r t y p e b r i d g e s wa s s t u d i e d 1 n a c c