斜拉桥施工控制方案.doc

目录悬索桥施工控制方案11、引言11.1大跨径悬索桥施工控制分析11.1.1 大跨度悬索桥施工控制的特点11.1.2 大跨度悬索桥施工控制的计算理论、方法和实施步骤21.1.3 大跨度悬索桥施工控制的内容32、工程概况与项目特点52.1工程概况52.2项目特点53、施工监控的目的与目标64、施工监控内容与方案94.1施工控制参数104.1.1施工控制参数的选取104.1.2监控计算内容134.1.3监控测试内容与方案194.1.4监控测量的内容与方案234.2影响参数的确定234.2.1基准丝股架设线形影响参数244.2.2成缆线形的影响参数244.2.3成桥线形的影响参数254.2.4桥塔状态的影响参数254.2.5影响参数的确定方法264.3施工程序概述及异常情况的对策284.3.1桥塔立柱施工阶段284.3.2安装施工猫道284.3.3鞍座预偏就位294.3.4主缆丝股架设294.3.5紧缆、索夹安装294.3.6猫道改挂294.3.7梁段安装、顶推鞍座294.3.8桥面铺装、主缆防护等二期恒载304.3.9成桥恒载状态305、监控技术方案的保证措施306、监控工作安全保证措施31参考文献33悬索桥施工控制方案1、引言目前，悬索桥已经步入千米级特大跨径桥梁行列。迄今为止，世界上最大跨径的悬索桥为日本明石海峡大桥，建成于1998年，主跨1991m。而世界排名前十位的大跨径悬索桥，我国占了5座，分别为西堠门大桥，主跨1650m，建成于2009年；润扬长江大桥，主跨1490m，建成于2005年；江阴长江大桥，主跨1395m，建成于1999年；香港青马大桥，主跨1377m，建成于1997年；以及正在建设的南京长江四桥，主跨1418m，预计2013年底建成通车。这充分体现了随着国民经济的快速发展，我国的桥梁建设事业也以前所未有的速度向前发展。从上世纪九十年代起，我国进入了大规模修建桥梁的时期，我国桥梁工作者的辛勤努力工作，使得我们同发达国家的差距逐步缩小，我们正经历从桥梁大国到桥梁强国的转变。在悬索桥的施工过程中进行主缆垂度、加劲梁标高、索塔倾斜度、索鞍位移等的施工监测与控制，使结构各施工阶段的实际状态最大限度地接近设计理想状态，确保成桥后的内力状态和几何线型符合设计要求，是悬索桥成功施工的关键技术之一。1.1大跨径悬索桥施工控制分析近年来，悬索桥在我国得到迅速地发展，已经和正在修建的特大跨径悬索桥十余座。由于悬索桥在成桥状态主缆线形未知，在施工过程中主缆和吊索一般不能像斜拉桥那样重复张拉，成桥时要使其线形和受力满足设计要求就有一定难度，再加上实际施工中选材特性的离散性、施工质量的随机性，以及施工条件的不断变化，对全桥的受力和变形的控制难度更大了。为了保证悬索桥在施工过程中的安全，并使成桥时结构线形和受力状态最大限度地逼近设计状态，建立悬索桥体系的施工控制体系就显得十分重要1，2。1.1.1 大跨度悬索桥施工控制的特点与其他桥梁相比，悬索桥在施工过程中的结构几何形状较难控制和管理，容易产生各种施工误差3，4。其原因有以下几点。1）悬索桥是由刚度相差很大的构件(索、吊杆、梁)组成的高次超静定结构，与其他形式的桥相比，具有显著可挠的特点。在整个施工过程中，悬索桥结构的几何形状变化较大。2）悬索桥结构几何形状对温度变化非常敏感，温度变化将引起悬索桥结构几何形状的较大改变。3）施工各阶段中消除误差比较困难。在悬索桥的施工过程中，主缆一旦施工完毕，无法调整其长度，而且吊杆的长度也无法像斜拉桥施工中对斜拉索的重复张拉那样进行调整，仅可通过垫片微幅调整。4）其他一些随机因素的影响。由于悬索桥施工方法和过程的特殊性，在施工阶段，悬索桥结构容易出现结构的不稳定和结构构件应力的超限。施工控制时必须密切监控以下3个方面：首先，悬索桥在施工阶段时，加劲梁之间先上缘临时铰接、下缘张开，等到加劲梁全部吊装完毕，再将临时铰接变为刚接。在吊梁的某些阶段，颤振失稳的临界风速可能大大低于成桥状态的临界风速。尤其在本桥施工控制中应该对这种临界风速密切关注。其次，悬索桥的吊梁与鞍座顶推不同时进行，在吊梁时，塔顶鞍座与塔顶在水平方向临时约束，随着吊梁的进行，塔顶与鞍座一起发生位移，塔根承受一定的弯矩，可能使得塔根应力超限。为了避免该问题，吊梁到一定程度，就要释放塔根的弯矩一次。具体的作法是用千斤顶调整塔顶鞍座与塔顶之间的相互位置，使塔顶回到原来没有水平位移时的状态。最后，实际施工中，为了减少在恶劣气候条件下现场焊接的工作量，总是期望能一次安装较长的节段(为了增加加劲梁结构的抗风稳定性，常把几个加劲梁先焊成一刚性相连段，即这几块加劲梁段的施工是一边吊装一边刚接成一个较长的节段)。但如果一次安装的节段长度太大，则节段最外侧的吊索可能超载、加劲梁的弯曲应力产生超限。1.1.2 大跨度悬索桥施工控制的计算理论、方法和实施步骤悬索桥的计算理论经历了弹性理论，挠度理论以及目前的有限位移理论。在弹性理论中，假定荷载使结构构件变形的影响可以忽略不计，主缆的几何形状仅由满跨均布的恒载决定，其线形为二次抛物线。在挠度理论中，忽略吊杆的倾斜与伸长，缆索节点的水平位移，加劲梁剪切变形等因素的非线性影响，把悬索桥的全部吊杆近似看成一种连续的“膜”，这样悬索桥的受力分析就成为一种仅受分布荷载的索的分析。在有限位移理论中，根据假定的单元变形与节点位移之间、单元内力与外力之间关系的不同，又可分为线性化有限位移理论、非线性化有限位移理论以及大位移理论5，6。用有限元方法计算悬索桥的原理为：事先假定主缆、吊索等构件的无应力尺寸及鞍座等的预偏量，通过模拟施工过程，分期施加荷载，逐步形成和转换体系，得到成桥状态的有关结构几何形状参数，并与设计成桥状态几何形状控制参数进行比较，在不满足精度要求的条件下，修改假定值，重复上述计算直至满足精度要求为止。其计算的流程一般为：首先进行施工全过程大循环迭代，确定主缆，吊杆等部件的下料长度和空缆在自重作用下的初始位置；其次进行施工过程正向计算，计算出在施工阶段控制点标高、位移量、内力和应力结构状态。悬索桥施工控制应包括以下4个主要方面：(1)形成一个精确的理想状态；(2)配备一套完善的实时跟踪分析系统；(3)设立一套精确的量测系统；(4)建立误差分析与反馈控制系统。其中，第一部分是施工控制的基础，建立理想状态时，任何可能的误差都将导致成桥时结构受力或线形不可恢复的改变。第二部分是解析实际施工中结构所处状态的关键，与第三部分分配也可以得到并累计误差信息，提供给第四部分分析，由此提出控制或纠偏方案。第三、四部分除管理目标与斜拉桥(或其它桥型)施工控制不同外，分析理论与实现手段是一致的。1.1.3 大跨度悬索桥施工控制的内容悬索桥的施工控制分析要考虑的因素很多。一般说来要考虑结构的实际截面尺寸和材料特性、施工中的结构实际受力体系、施工中的结构实际温度场、施工中结构承受施工荷载的变化以及主缆初始位置、索鞍位置调整、主梁吊装和固结次序的影响等。总之要密切联系索桥的实际状态。悬索桥的施工控制与现在国内已趋成熟的斜拉桥施工控制有所不同。悬索桥在施工过程中一旦主缆安装就位，主缆内力、挠度完全取决于结构体系(索鞍主梁连接情况)结构自重施工荷载和温度的变化，不能象斜拉桥那样进行后期索力和标高调整，因此，主缆无应力下料长度，主缆在自重作用下的初始安装位置(索鞍初始预偏量主缆初始垂度和线型)成为悬索桥施工控制技术的关键。另外，由于吊杆与主梁主缆的连接方式与斜拉桥的拉索连接方式不同，主梁节段由跨缆起重机起吊到预定位置安装吊杆。吊杆本身一般不另外配置千斤顶调整其内力，跨缆起重机移开后再要大幅度调整吊杆内力和长度是不现实的因此不能指望由吊杆来大幅度调整主缆和桥面标高。可见吊杆无应力下料长度和主梁初始安装位置也是悬索桥施工控制技术的重点。悬索桥在施工过程当中要随时观测主缆垂度桥面标高和塔顶水平位移，计算并预告下一梁段的安装标高以及索鞍在塔顶上推移的时间和推移量。以确保施工安全和成桥后交付使用时桥面标高 主缆垂度 索鞍位置 各构件内力状态符合或最接近设计要求。由上述得到悬索桥施工控制体系分析软件主要包括两大部分。其一是倒退循环分析，通过多次大循环的倒退和前进分析确定主缆备料长度和空缆在自重作用下的初始位置(包括垂度和曲线坐标)；其二是实时跟踪分析，根据实际观测结果分析识别结构实际参数并计算各施工阶段控制点标高、位移量、内力和应力的理论值。悬索桥施工过程中需要进行主缆垂度、加劲梁标高、索塔倾斜度、索鞍位移等的施工监测与控制，使结构各施工阶段的实际状态最大限度地接近设计理想状态。其中，施工控制第一阶段为主缆的安装过程。其主要任务是保证主缆在自重作用下的初始安装位置达到设计理想状态。而主缆的安装过程时先进行基准索股的安装，再以基准索股作为参照来进行其余索股的安装，因此，基准索股的安装是施工控制的第一阶段里的关键任务。在基准索股第一次安装后，连续观测其线形变化，对观测数据采用灰色理论7、卡尔曼滤波法等理论预测其发展变化，预测出以后时段基准索股的线形，把它与设计理论状态进行比较后，对其线形进行适当调整。这一过程反复进行多次，直到基准索股的线形达到设计理想状态，然后进行其余索股架设安装；主缆成形后，进行加劲梁的安装。施工控制第二阶段即为加劲梁安装阶段，该阶段须随时观测主缆线形、桥面标高和塔顶位移，计算并预测下一时段的主缆线形、桥面标高、塔顶水平位移及主索鞍顶推阶段和顶推量，以确保施工安全和成桥时桥面标高、主缆垂度、索鞍位置、各构件内力大小最大限度地接近设计理想状态。因此，施工前计算的重点应放在提高主缆、吊索、加劲梁段的无应力尺寸或长度及鞍座、索夹等预偏量的计算精度上；施工中控制的重点应放在消除悬索桥主塔、主缆的施工误差对加劲粱架设、合龙、线形控制的影响上。2、工程概况与项目特点2.1工程概况xxx长江公路大桥位于安徽省东部，起自巢湖市和县姥桥镇省道206，接规划中的xxx至合肥高速公路，跨江后进入xxx市，终点止于xxx市当涂县牛路口（皖苏界），与规划中的xxx至溧水公路（江苏段）相接，路线全长约36.14公里。其中跨江主体工程长11公里，南岸接线长19.49公里，北岸接线长5.65公里，项目总投资约70.8亿元。 xxx长江公路大桥左汊悬索桥两跨主缆跨度为1080m，矢跨比为1/9，背缆跨度为360m，中、边塔顶处主缆jd高程均为+178.3m，主缆理论散索点高程均为+30.0m，两根主缆横桥向中心间距为35m。吊索设置于两个主跨，标准间距16m，加劲梁为流线型扁平钢箱梁结构，全宽38.5m(含风嘴)，结构布置图见图1。图1 xxx长江公路大桥总体布置图（单位：m）xxx长江公路大桥与长江上普遍采用双塔悬索桥不同，为最大限度地减少建桥对繁忙航道的影响，并为桥下水域提供长远的发展空间，该桥创新设计了三塔两跨式悬索桥型。目前，国内外建成的悬索桥，多以双塔结构为主，而三塔两跨式悬索桥型，其设计施工技术难度大，科技含量高。2.2项目特点三塔悬索桥是在两塔悬索桥主跨的中部支起一个主塔以减轻主缆和两端锚碇受力的全新结构形式，中主塔在纵向只是一个通过鞍座支承主缆的竖向支点。与两塔悬索桥相比，虽然都是以悬索为承重结构的桥梁，但因为多了一个中塔和一个主跨，结构受力特征显然不同，决定了上部结构施工控制具有不同要求和特点。xxx长江公路大桥主桥采用三塔两跨悬索桥桥型方案，且其钢箱梁采用了中塔固结设计，施工没有现成的经验可循，大桥在建设过程中将会遇到很多技术难题。本桥具有以下特点，施工控制过程中应对本桥的这些特点加以重点的考虑和研究：（1）本桥为三塔悬索桥，在施工过程中与双塔悬索桥相比较柔，中间桥塔的安全性在任何阶段都应作为重点监控内容。（2）本桥桥塔较高，其三维几何状态受日照、温度变化的影响较大。实际施工的塔顶标高和平面位置应通过多次监测并找出状态变化规律才能确定。（3）本桥中塔为钢塔，桥塔偏位受日照、温度变化影响较大，主缆索股架设在晚上架设后，白天可能会在桥塔偏位的作用下在索鞍上产生较大的不平衡力，应验算不平衡力是否会引起主缆索股在鞍槽内滑移。（4）本桥为多跨悬索桥，猫道也有其特殊性，猫道的架设线形控制及其对桥塔的影响也应纳入重点监控范围。（5） 除了常规悬索桥主缆架设过程应研究温度变化、桥塔偏位、弹性模量、制造误差等对主缆线形的影响外，还应研究两个主缆主跨跨中相对高差对结构线形和内力的影响。（6）相邻钢箱梁间的转角关系在钢箱梁工厂组拼完后就固定下来，钢箱梁在现场吊装完成后如果要对其进行调整将带来三个问题：局部出现不可消除的折角；线形出现波浪；焊缝宽度过大。因此施工监控应介入钢箱梁的制造线形的确定。（7）本桥钢箱梁在中塔处塔梁固结，钢箱梁吊装及如何确保成桥线形与内力一致是一个难度较高的技术课题。（8）本桥为三塔悬索桥，应对钢箱梁吊装方案作详细而深入的研究，如梁段吊装顺序问题、梁段吊装的不对称性问题，确定合理的索鞍顶推方案。（9）悬索桥施工过程中具有强烈的几何非线性，温度、风速、施工和制造误差等对线形影响非常敏感，应对构件的无应力尺寸（主缆、吊索、加劲梁）作为主要的控制参数。3、施工监控的目的与目标悬索桥是一种结构合理的桥梁型式，它能使材料充分发挥各自的特长，这一特点使悬索桥成为大跨度桥梁中最具竞争能力的桥型之一。对桥梁结构的施工过程进行合理的施工控制是使桥梁施工结果与设计要求尽可能接近的重要保障。与其它桥型相比，悬索桥相对较柔，施工过程中工况变化繁多，形状变化很大，结构具有强烈的几何非线性，加之悬索桥不可能像斜拉桥那样在后期对误差进行调整，所以施工监控是很有必要的，应该重视悬索桥的监控。一般说来，对于悬索桥，设计人员在图纸上设计出的是成桥理想状态，要想将这种状态在现场科学地、安全地、经济地在工地上得以实现，就必须依靠严格的施工监控。大跨度悬索桥的成桥线型和内力是否与设计一致及是否合理，是与施工过程的合理安排与严格控制紧密相关的；根据实际的施工工序，按照已完成工程的结构状态和施工过程，收集现场的参数和数据，对桥跨结构进行实时理论分析和结构验算，分析施工误差状态，采用变形预警体系对施工状态进行安全度评价和风险预警，根据分析验算结果调整控制参数，预测后续施工过程的结构形状，提出后续施工过程应采取的措施和调整后的设计参数，保证施工完成的结构与设计结构不论是内力或线形都满足设计的精度要求，最大可能地接近设计理想状态，确保成桥后的结构内力和线形符合设计要求，这是施工监控的目的。xxx长江公路大桥是世界上跨径最大的三塔悬索桥。三塔悬索桥与世界上已有的大跨径两塔悬索桥有很大的不同，虽然都是以悬索为主要承重结构的桥梁，但由于三塔悬索桥较之两塔悬索桥多了一个主跨，其总体结构行为、满足诸如行车功能等使用要求对结构特征指标的要求等，与传统的两塔悬索桥均不相同，是全新的桥梁结构形式。因此，对于三塔悬索桥上部结构安装施工监控技术的也提出了新的要求。该桥属于异常复杂的超静定结构，其内力和线形随温度、桥塔偏位、恒载误差、施工误差相当敏感。施工阶段随桥梁结构体系和荷载工况不断变化，结构内力、线形和变形亦随之不断发生变化，每一阶段的误差如果不能消除，累计后将影响成桥后结构的受力及线形。由于各种因素的直接和间接的影响，使得实际桥梁在施工过程中的每一状态几乎不可能与设计状态完全一致。与其它桥型相比，悬索桥在施工过程中的线形管理较难，更容易产生施工误差，其原因如下：l 悬索桥是由刚度相差很大的结构单元（塔、主缆、梁、吊索）组成的超静定结构，与其它形式的桥梁相比，在荷载下具有强烈的几何非线性。l 设计参数的取值不可能与实际结构所反映的一致。例如结构的自重、截面尺寸、混凝土弹性模量、施工荷载等均是具有随机性的几何及物理参数，与设计值相比将或多或少的有所变化；l 悬索桥结构的几何形状对温度比较敏感，外界的温度变化将引起悬索桥几何形状和吊索拉力的改变。l 主缆的架设长度对悬索桥结构的几何形状非常敏感，架设长度误差将引起悬索桥几何形状的较大改变。l 跨度变化对悬索桥结构的几何形状非常敏感，架设过程中的桥塔偏位将引起悬索桥几何形状的较大改变。l 环境因素诸如湿度、摩擦、风载的影响；l 施工误差的影响；l 结构计算模型简化和计算误差的影响；l 测量、测试误差的影响。上述大多数因素的影响在设计阶段一般没有也无法完全考虑和计及，只有在施工过程中根据结构的实际参数和通过监测得到的反应予以考虑。若不在施工过程中实施有效控制，就有可能由于误差的积累致使成桥后结构的整体受力状态及线形严重偏离设计目标而影响结构的可靠性。国内外悬索桥施工过程中由于施工控制方案及调整控制措施不当，会出现常见的以下几类问题：l 主缆锚跨索力不均匀；l 吊索索力不均匀；l 主缆线形、加劲梁误差较大；l 加劲梁呈明显波浪起伏状，使行车舒适度下降，并会引起桥梁的使用寿命缩减；l 索鞍不能复位或者桥塔纵向偏位大；为了确保设计图纸上的悬索桥能够安全而经济地在工地上得到实现，保证桥梁顺利修建，消除上述误差的影响，严格避免上述问题的出现，施工监控是很有必要的，必须采用合理的施工控制方法。通过对设计图纸和设计意图的深入理解，对全桥进行系统的理论分析，在充分了解其受力性能和施工工艺的基础上，获取全桥的理论设计数据，建立上部结构计算机施工监控仿真系统。通过现场监控测试和监控测量，修正设计数据并反馈到计算机施工监控仿真系统，计算机施工监控仿真系统将以成桥线形和内力状态为期望，计算出后续施工阶段的施工参数。对于本桥，施工监控的预计目标是：l 成桥后加劲梁的线形平顺，结构应力分布合理，达到设计要求；l 成桥后主缆丝股张力和吊索力逼近设计状态；l 成桥后主缆跨中标高逼近设计状态；l 成桥状态桥塔位置逼近设计状态；l 在架设阶段确保主缆和加劲梁线形、桥塔偏位等与理论计算相近，保证施工过程中各结构构件的安全；施工过程中和竣工后结构内力状况满足设计要求，结构的整体变形、线形、位移达到设计文件规定的状态；l 控制及监测精度达到施工控制技术要求的规定；l 精度控制和误差调整的措施不对施工工期产生实质性的不利影响。4、施工监控内容与方案悬索桥是一种结构合理的桥梁型式，它能使材料充分发挥各自的特长，这一特点使悬索桥成为大跨度桥梁中最具竞争能力的桥型之一。对桥梁结构的施工过程进行合理的施工控制是使桥梁施工结果与设计要求尽可能接近的重要保障。与其它桥型相比，悬索桥相对较柔，施工过程中工况变化繁多，形状变化很大，结构具有强烈的几何非线性，加之悬索桥不可能象斜拉桥那样在后期对误差进行调整，所以施工监控是很有必要的，应该重视悬索桥的监控。悬索桥的主要受力部分是锚碇、塔、主缆及加劲梁结构，每一部分的施工状态和应力、应变及沉降状态对成桥受力和线形都可能产生影响；对于悬索桥的关键部位和可能产生重大影响的部位、必须进行严格的监测与控制。根据大跨度悬索桥的特点和我单位对其他大桥监控的经验，大跨度悬索桥的监测与控制内容从总体上说包括三个方面：监控计算、监控测试 (力学测试如力、应力应变等，物理测试如时间、温度等)、监控测量 (几何测量、位移测量)。这三方面是施工监控体系中最重要的内容，相互之间提供参数，一般情况下三者并不能完全分开。监控计算是施工过程的跟踪仿真计算，与设计计算的区别在于监控计算必须考虑施工中已经产生的误差的影响、必须精确计算各种荷载的大小、必须分析后续施工中可能发生的各项误差对完成结构的影响（内力与线形）、必须根据施工当时的温度等条件确定施工时的控制参数（标高、安装内力等）；而设计计算是按理想的状态、设定的基准温度等条件确定为保证结构强度、线形等进行的必要的理论计算。监控计算的控制目标就是设计条件下的理论值。监控计算是为保证结构完成质量服务的，与施工一样受监理单位的监督管理。设计计算一般提供的是监控计算的一组特例。与其它桥型不同，大跨度悬索桥的监控计算是对悬索桥实施架设精度控制和安全控制最重要的手段。监控测试与监控测量实际是为保证结构质量和提供量化的控制参数所需要进行的工作，是获得监控计算参数的直接手段，也是监理工作获得量化质量控制参数的一种重要途径，是在施工测试与测量基础上增加的工作。按时间进行划分，悬索桥的施工控制应包括架设前的控制和现场架设控制。架设前的控制是指结构构件的无应力尺寸（主缆、吊索的无应力长度，加劲梁的无应力三维尺寸）的精确计算及工厂的高精度预制；现场架设控制主要是安装精度控制，如主缆的架设垂度、锚跨张力控制等，其次是安全控制，即为了保证安全而对架设过程进行监控，如设置预偏量、鞍座顶推等。监控方案制定后，因为悬索桥构件制造与施工安装经历过程很多，单靠监控是无法完成的，对于悬索桥实施完整的监控也需要业主、设计、监理、施工等全方位参与。4.1施工控制参数4.1.1施工控制参数的选取由于成桥状态是设计的最终目标，而且已经由设计文件确定下来，因此必须选取决定成桥状态的参数作为施工控制参数，包括内力状态参数和线形状态参数。监控的目的就是通过监控计算、监控测试和监控测量手段，使最终实际成桥状态逼近设计成桥状态，同时保证结构在施工过程中的安全，防止各种指标超限。为了使结构最终逼近设计成桥状态，达到架设中结构的安全控制和施工精度控制，本项目选取下列参数作为施工控制的主要指标：(1) 桥面线形使最终建成的桥面线形逼近设计成桥线形是监控目标之一。桥面线形是由加劲梁的线形确定的，而影响加劲梁线形的主要因素为：主缆线形、吊索长度、一期恒载、二期恒载。为了得到高精度的桥面线形，除了需要较准确地采集一期恒载、二期恒载外，主要需要加强对主缆线形、吊索长度的监控。桥面线形的监控方法是：校核在设计荷载下，采用设计的施工过程是否可以达到设计成桥桥面线形；计算主缆架设空缆线形和预偏量，保证主缆的架设精度；在主缆已经架设完毕的情况下对主缆进行复测，以桥面线形为目标，在恒载尽量准确的情况下重新对吊索下料长度和加劲梁的安装线形进行计算，消除主缆架设线形误差对桥面线形的影响。(2) 主缆线形主缆是悬索桥受力的重要构件，在几何上也是控制结构线形的主要因素。实际结构的主缆线形和设计线形越吻合，吊索力就越均匀，索鞍的复位状态就越好，桥塔的弯矩(索鞍未复位的偏心压力或者强制复位引起的桥塔偏位所致)也就越小，加劲梁的受力也就越合理，加劲梁的安装也才容易实现。影响主缆线形的主要因素为：索鞍位置、基准丝股线形、普通丝股线形、锚跨张力。控制方法是：通过设计复核主缆丝股无应力长度，保证主缆丝股的制造精度；通过监控计算确定索鞍预偏量、基准丝股的理论绝对标高、普通丝股与基准丝股的理论相对标高、理论锚跨张力；通过几何测量和反复调整使基准丝股、普通丝股的实际标高逼近理论标高；通过高精度校正的千斤顶张拉和张拉后的监控测试及调整逼近理论的锚跨索力。最终使实际架设的空缆线形逼近理论空缆线形，结构施工完成后线形和内力与设计一致。(3) 吊索长度（内力）吊索长度是桥面线形的重要保证，吊索索力反映了加劲梁恒载的分配，吊索索力分布均匀是悬索桥监控目标之一。影响吊索索力的主要因素是吊索的长度，而决定吊索的长度的因素为实际架设主缆线形、预测的加劲梁的安装线形。因此必须在主缆架设完成后对实际架设主缆线形进行复测，采用较准确的恒载数据计算加劲梁安装线形，精确计算吊索长度并保证吊索的制造精度。(4) 桥塔偏位（内力）确保塔顶索鞍能够复位，使主缆在桥塔塔顶的恒载水平力达到设计值是悬索桥的监控目标之一。本桥桥塔较高，风载较大，为了保证桥塔在施工过程中的安全，建议对于桥塔的监控采用双控措施：塔顶偏位监测，塔身的应力监测。对于混凝土桥塔，由于混凝土本身的力学特性，单靠桥塔的应力监测很难反映桥塔截面的应力水平，实际操作时往往将桥塔的计算控制应力所对应的控制弯矩换算为塔顶偏位，通过控制塔顶的偏位来控制桥塔的应力。桥塔的监控方法如下：获取合理的计算参数，计算桥塔的抗推刚度，进行施工全过程的仿真分析，根据桥塔的偏位情况，确定合理的索鞍顶推方案，释放桥塔的弯矩，确保塔顶偏位不超限。(5) 主梁内力对于采用铰接法安装加劲梁的悬索桥，主梁内力并不是主要的控制指标，因为从施工过程直到成桥状态，主梁的恒载内力都是很小的，而主梁恒载内力本身也是不可调整的。但加劲梁作为悬索桥重要的传力构件，虽然作了详细的理论分析，实际施工情况如何则需要验证。通过实测值可以评价实际施工结构是否与理论设计计算吻合。一旦相差较大，则需要查找原因。(6) 锚碇位移锚碇作为悬索桥主要承力结构物，是悬索桥生命线的组成部分。本桥锚碇为重力式，设计时是将锚碇基底当作基本不变形的结构进行计算，而实际情况是地基仍然为变形体，有必要对重力式锚碇进行水平位移监测、沉降观测，以考虑其对上部结构的影响。以上所列为本桥主要的施工监控参数，从中可以看出：对悬索桥控制参数实施监控的主要手段为监控计算；监控测试和监控测量主要是反馈实际施工的内力和线形情况，从而验证设计，为监控计算提供实测值数据。通过计算值与实测值的对比，对影响参数进行识别，以设计成桥状态为目标，对能够调整的参数实施调整，在已经发生误差和对后期参数进行调整的情况下预测成桥线形，提供必要的控制数据。为了对上述参数进行施工控制、验证设计、进行数据反馈、参数识别及调整，考虑具体的各个施工工况，在施工过程中需要进行监控的具体项目如下（其中括号内表示相应的监控方法）：l 桥塔应力和塔顶偏位（监控计算、测试、测量）；l 主缆丝股下料长度；l 基准丝股的绝对标高、普通丝股的相对标高、锚跨丝股张力；l 空缆线形（监控计算、测试、测量）；l 加劲梁制造线型、安装线形、应力（监控计算、测试）；l 吊索下料长度、索张力（监控计算、测试）；l 环境监测：温度监测（监控测试）；l 施工临时结构监测：猫道线形和内力（监控计算）。l 下面再进一步详细说明对各参数的监控内容及监测方法，其中包括监控计算、监控测试、监控测量。4.1.2监控计算内容由于悬索桥各构件一旦被架设，其误差调整的可能性就比较小，为了使最终成桥状态与设计目标状态接近，就只能调整在该构件后面施工的构件的参数。因此，在收集已经安装构件的施工误差和后续待施工构件的设计参数的基础上进行监控计算是悬索桥监控最重要的手段。监控计算的作用是：校核设计参数，提供施工各阶段理想状态线形及内力数据，对比分析施工各阶段的实测值与理论值，对结构参数进行识别与调整，对成桥状态进行预测、反馈，提供必要的控制数据。4.1.2.1设计复核、确定监控目标状态设计单位着重于桥梁的成桥状态设计，从结构施工到最终的成桥状态的跟踪计算与误差调整主要由施工监控来完成。深入理解设计图纸，领会设计的意图，收集设计参数；在与设计的计算参数一致的情况下进行计算分析，与设计的结果进行比较，看两者是否一致，因为监控的目标是设计的成桥状态，如果目标成桥状态不一致，那么监控是偏离方向的。监控复核内容如下：（1）理论成桥状态复核l 各构件的理论重量、几何特性计算；l 理论吊索张力计算；l 主缆成桥线形计算；l 成桥状态各索鞍在桥塔上的相对位置计算；（2）理论空缆线形复核l 理论空缆线形计算；l 理论预偏量计算；l 理论锚跨张力计算；（3）理论无应力尺寸复核l 吊索理论无应力长度计算；l 主缆理论无应力长度计算；l 钢梁无应力制造长度计算；l 桥塔预高量计算；4.1.2.2上部结构理想施工全过程的仿真分析以设计复核中建立的原始数据为基础，根据设计拟定的施工过程，建立上部结构施工过程计算机仿真分析系统，对加劲梁段的吊装过程进行计算，分析结构在理论施工状态（无施工误差）下各阶段的施工参数，以理论参数计算各施工阶段的内力、变形、监控参数理论值，提出相应的施工建议，确定明确的安全措施；预测结构在各个阶段的形状，应提交的计算分析结果如下：l 各个施工阶段的主缆线形（主跨1/8、1/4、1/2的标高；边跨1/4、1/2的标高）；l 各个梁段安装装阶段的加劲梁线形、内力、应力；l 各个施工阶段的桥塔偏位、内力、应力；l 鞍座顶推阶段安排，各顶推阶段的顶推量、最大顶推力；l 各个阶段的主缆锚跨张力；l 各个阶段的桥塔内力、应力；l 恒载状态下加劲梁的内力、应力；l 恒载状态下的吊索力；l 恒载作用下桥塔的收缩、徐变与弹性压缩量；4.1.2.3确定加劲梁理论制造线形加劲梁制造线形也即现场拼装线形，以3.1.2.2的计算为基础，以成桥状态为目标，经过计算反复迭代，对结构进行顺装、到拆模拟，确定加劲梁的理论制造线形。4.1.2.4确定桥塔的控制指标在4.1.2.2的基础上，对桥塔建立详细的实体分析模型，计算桥塔的抗推刚度、塔顶预留下沉量和允许纵向位移、允许扭转变形，确定后期施工时桥塔的安全指标，以便于加劲梁吊装过程中对桥塔实施有效的安全监控。4.1.2.5确定初步的鞍座顶推方案在4.1.2.2和4.1.2.4的基础上，在保证桥塔安全的前提下，确定鞍座的顶推阶段，各顶推阶段的顶推量、最大顶推力。4.1.2.6主缆影响参数及误差分析考虑恒载重量误差、主缆的弹性模量误差、面积误差、制作长度误差等因素对主缆进行影响参数分析和误差分析，验算主缆锚固拉杆可调节长度是否足够。4.1.2.7上部结构施工前施工监控数据的准备设计图纸上给出的参数与实际采用材料的往往有差别，如丝股弹性模量和实际面积、钢梁面积和重量、桥塔位置与标高、材料热膨胀系数等，监控单位在前述设计参数与理论分析的基础上，向设计、施工（加工）、监理等单位收集有关计算的实际参数，引入施工和制造误差并反馈给计算机施工控制仿真分析系统，对分析模型进行修正，以便于模型更加符合实际。收集资料如下：l 构件实测基本特性数据缆、梁、塔、吊索的弹性模量、截面尺寸等；l 构件实际几何数据桥塔、锚碇的标高和位置。l 荷载数据误差加劲梁、索夹及吊索锚头自重误差；桥面铺装容重误差等。上列数据修正的目的主要是获得更合理的数据，如果没有，则仍将采用理论设计数据。4.1.2.8上部结构施工前参数识别l 裸塔状态的桥塔位置及标高的确定根据桥塔几何测量结果和标高日照变化曲线确定裸塔状态各控制点在设计温度下的位置与标高。l 锚固点位置及标高的确定根据锚固点的几何测量结果和温度测量结果确定锚面中心在设计温度下的位置与标高。l 成桥状态桥塔位置及标高的确定根据裸塔在设计温度下的位置与标高、塔结构砼收缩、徐变资料及塔底沉降资料预测桥塔成桥后的标高。4.1.2.9断面非均匀温度场作用下桥塔的偏位分析桥塔在日照和风作用下，横断面上各点可能会产生温差，尤其是中塔，由于是钢结构，温度变化会更加敏感。在断面非均匀温度场作用下，桥塔会发生偏位和扭转。因此有必要对桥塔建立详细的实体分析模型，在实测温度场的作用下，计算桥塔的三维几何状态变化情况，为桥塔的实际施工位置、荷载影响的实际偏位提供识别参数。4.1.2.10索鞍预偏量计算根据前述理论数据，桥塔、锚固点的位置和标高施工误差数据（在猫道架设前这些数据应该详细测设，并作标记点）、主缆丝股面积与弹模误差数据，桥塔预高量（恒载弹性压缩、收缩徐变量），计算各索鞍预偏量。4.1.2.11主缆中心位置线形计算在理论数据和实设预偏量的基础上，计算各种温度、各种跨度变化情况下的各跨主缆中心位置的架设线形（跨中位置和标高）。4.1.2.12主缆丝股架设的合理层距的确定过去丝股架设时，基准丝股采用按绝对标高控制、普通丝股按相对标高控制、丝股间高差按“若即若离”的原则架设，这种方法一般会造成普通丝股上层压下层。新的控制方法是将丝股与丝股间的距离定量，架设时考虑调整丝股与基准丝股间的温度差的修正后，将调整丝股安装在监控计算的位置。这种方法将丝股间的间距量化，避免了“若即若离”方法的模糊控制。当采用设计层距（设计层距一般为索股高度）作为丝股架设层距时，即为“若即若离”法架设，由于实际丝股架设时索股并非完全是正六变形，索股架设后可能会发生局部扭转，钢丝在架设时还存在着非弹性变形，各根丝股间还存在着温差等原因，按设计层距架设索股会造成丝股上层压下层是必然的。新的控制方法一般会将架设层距加大，但加大得太多，必然会使各根丝股的实际架设的等效无应力长度的差值增加，成桥状态各根丝股的应力均匀性就变差；紧缆前主缆的直径就变大，增加紧缆的难度，影响紧缆后的孔隙率；甚至有可能影响紧缆后的线形。因此应综合考虑各种影响因素，分析层距对索股张力、紧缆力和紧缆后的成缆线形的影响，确定合理的架设层距并评价由此引起的丝股成桥应力的误差影响。4.1.2.13主缆丝股架设线形计算根据3.1.2.12确定的等效层距，计算主缆各根丝股架设线形相对于基准索股的位置差和标高差，计算各种温度、跨度变化情况下的位置差和标高差修正系数，利用主缆中心位置的架设线形、各丝股相对于主缆中心的位置差和标高差、温度和跨度修正系数可以计算出任意丝股的架设线形。监控单位还向施工单位提供操作简单、数据准备齐全的丝股现场架设软件或者excel计算表格，利用它可方便地计算出丝股架设线形、索长调整量，从而在丝股现场架设中使用。4.1.2.14主缆锚固张力计算计算架索阶段主缆各根丝股在各温度变化下的锚固点张力。提供丝股现场架设软件或者excel计算表格。4.1.2.15主缆索股架设期间的抗滑验算在丝股架设期间，在温度变化、桥塔偏位等作用下，鞍座两侧的主缆索股会产生索力差，有必要验算此索力差是否会造成主缆索股在鞍槽内滑移。4.1.2.16计算最不利条件下所需索鞍最大水平支承反力在丝股架设期间，散索鞍、主索鞍都需要在精确预偏之后加临时固定，限制其纵向滑动。在施工控制与仿真分析系统中可以计算出最大温度变化作用下和最大风载作用下散索鞍、主索鞍的临时支承反力，以便施工单位设计临时支承构件。4.1.2.17散索鞍支承拆除的合理阶段的确定计算和实测表明，在丝股架设期间，若对散索鞍进行固结，则随着丝股架设的增加，在温度变化作用下，散索鞍的固结反力会变得非常大，有可能会使散索鞍临时支承发生强度破坏；还可能会使主缆索股克服与鞍槽的摩擦而滑移，造成锚跨张力不均匀。因此，在满足散索鞍自立及后期锚跨丝股张拉要求外，应尽早拆除散索鞍临时支承。通过计算分析与验算，可以确定散索鞍支承拆除的合理阶段。4.1.2.18猫道架设监控计算猫道是后续诸多工况施工的便道，猫道的线形将影响丝股架设的方便性。猫道架设监控计算内容如下： 1、根据锚碇的施工进度和上部结构施工的进度安排，与施工单位一起进一步设计猫道的施工过程，对拟定的施工方案进行分析比较，提出具体的施工建议和控制参数，完善施工过程，以满足施工进度要求；2、按照施工过程计算架设各跨承重索时塔顶的位移和塔结构的内力；必要时提出合理的猫道承重索现场施工优化顺序；3、按照施工过程计算架设横通道、铺设猫道面层等施工过程时塔顶的位移与内力；必要时提出合理的施工建议；4.1.2.19主缆紧缆后的参数识别与架设精度分析在主缆丝股架设完成并紧缆后，监控单位利用各丝股表面温度和主缆断面温度场测试数据进行参数识别，确定主缆测设实际平均温度；利用该平均温度和实测跨度、线形数据进行反馈计算，确定主缆架设的实际无应力长度；分析主缆的架设精度。考虑主缆架设误差、加劲梁重量误差和二期恒载误差，以最终的加劲梁线形为目标，调整加劲梁的架设预拱度。4.1.2.20索夹安装位置计算索夹位置受桥塔偏位、温度变化的影响非常显著。在4.1.2.11的基础上，计算索夹在各温度及桥塔偏位下的安装位置。4.1.2.21吊索下料长度计算在确定实际空缆线形后，需要重新计算吊索长度。悬索桥的加劲梁线形主要由空缆线形、吊索长度及加劲梁上的恒载决定；一旦丝股架设完成，空缆线形就已确定；吊索架设完成后，加劲梁的线形就已经确定；可见，悬索桥线形控制的关键在于控制主缆的架设线形、在完成的空缆线形上决定吊索长度。在吊索长度决定后，就不可能调整成桥线形，就是能够调整，也是微幅的。以理论加劲梁线形为目标状态，利用主缆实际的架设线形和较准确的加劲梁一期恒载和二期恒载，考虑主缆的架设误差，在施工监控与仿真分析系统中可以计算出吊索的下料长度，监控单位计算出的调整后的吊索长度，经设计人员计算确认后，交由厂家并通过严格的监理达到吊索的制造精度，方可施工安装。4.1.2.22猫道改挂的计算施工监控与仿真分析系统将对猫道的改挂工作进行模拟监控计算，以得出桥塔偏位、主缆线形，并与实测结果比较。4.1.2.23索鞍顶推方案的修正在前述理论分析中已经确定了初步的索鞍顶推方案，在加劲梁吊装前应该考虑各项误差重新计算，以确定是否需要调整顶推阶段号及顶推量。4.1.2.24加劲梁吊装过程的计算以成桥桥面线形为目标状态，在考虑各项施工误差的基础上，按照加劲梁的吊装过程、考虑各种临时荷载，重新计算各阶段的主缆线形、加劲梁线形、桥塔偏位、主缆丝股张力变化等，对加劲梁制造线形作适当的调整以确定实际加劲梁的吊装线形，同时验算在施工阶段的风荷载、温度变化下结构的安全性，在以后各工况与实测值比较，识别主缆的真实的弹性模量并反馈到仿真计算系统中，不断修正预测最终的成桥状态。4.1.2.25加劲梁合龙过程的计算根据合龙方案，对加劲梁的合龙过程进行仿真分析，计算合龙前、后的线形的变化情况，验算合龙过程中临时结构与永久结构的安全性，提出施工控制建议。4.1.2.26无索区加劲梁体系转换的计算拟定无索区加劲梁体系转换方案，对体系转换过程进行仿真分析，验算体系转换过程中临时结构与永久结构的安全性，提出施工步骤、控制指令和建议。4.1.2.27二期恒载与成桥线形的计算根据桥面铺装机械和设备情况和拟定的施工流程，按实际铺装容重和铺装过程，计算铺装阶段桥塔、加劲梁的结构内力与变形，提出施工控制建议。4.1.3监控测试内容与方案4.1.3.1桥塔的应力与温度场监测（1）设备选型考虑到采集系统的方便程度及以后与健康监测系统的连接，对于混凝土桥塔，我们推荐本桥的索塔应力采用埋入式钢筋应变计；对于钢塔，采用弦式应变计，其主要原因是：较为容易实现自动采集，精度高，温漂小。（2）布置原则由于索塔应力实测值与理论值的差异不可能达到误差分析或参数识别的要求，因此索塔应力监测的主要目的是验证设计，对于桥塔的安全控制仅仅是辅助指标，桥塔的安全控制主要靠塔顶偏位监测和合理的鞍座顶推方案来加以保证。我们不推荐对桥塔进行大量的测试。4.1.3.2吊索力监测（1）设备选型吊索索力是悬索桥施工过程中的主要监测指标之一。目前平行钢丝吊索索力的测量方法主要有力传感器与弦振式索力仪两种。力传感器具有精度高、测试速度快且受环境干扰小等优点，但价格相对较高，安装及拆卸均较为复杂。弦振式索力仪测试速度慢、精度较低、受环境干扰大，但其价格低廉且安装及拆除均较为方便，因此在诸多的悬索桥和斜拉桥的施工监测中获得广泛使用。对于悬索桥的吊索力，采用弦振式索力仪测试即可。（2）布置原则索力监测具有以下几个主要目的：防止因意外情况引起的安装索力过大；为施工控制的误差分析、参数识别提供实测参数；用于估算加劲梁和邻近吊索的内力状态。在安装梁段附近测试已安装的五对吊索；远离安装梁段的吊索进行抽测。（3）测点布置在吊索安装工况依次对安装索附近5对拉索进行测试（不必同时）。图2示出了吊索安装工况的测点布置。图2 吊索安装阶段索力测点布置图4.1.3.3主缆锚跨丝股张力监测（1）设备选型主缆锚跨丝股张力是悬索桥施工过程中最重要的监测指标之一。主缆丝股张拉时的索力采用张拉设备控制，锚固后的采用弦振式索力仪测试。主缆锚跨丝股力测试分为张拉阶段测试及事后测试。张拉阶段测试指对正在张拉的丝股的监测；已经完成锚固的丝股会由于温度改变而改变，对其进行的监测成为事后测试。（2）布置原则主缆锚跨丝股张力监测具有以下几个主要目的：确保锚固张力的准确；为施工控制的误差分析、参数识别提供实测参数；用于计算锚跨丝股的架设无应力长度和主缆锚跨张力的合力。基于索力监测的目的及其具体情况，张拉测试仅对所张拉丝股及相邻丝股进行测试。长期测试将在每个锚室内选取5%且不少于5根的丝股每隔3天进行测试。在重大工况或者特殊工况将对所有的丝股进行通测。4.1.3.4主梁应力的监测（1）设备选型考虑到采集系统的方便程度及以后与健康监测系统的连接，对于加劲梁，推荐采用弦式应变计，其主要原因是：较为容易实现自动采集，精度高，温漂小。（2）布置原则主梁应力监测的主要目的是验证设计，确保主梁在整个桥梁的施工过程的安全。从这个目的出发，主梁应力测试断面的布置应按照如下原则进行：测试断面主要根据理论计算选择施工过程中最不利的位置。4.1.3.5温度的监测（1）设备选型环境温度采用电子式温湿度传感器，其测温精度为0.5。主缆的温度采用点接触式温度计进行，精度0.1（2）布置原则由于温度对结构变形及内力的影响均较为显著，温度对结构的影响可以分为均匀温度影响与非均匀温度影响，均匀温度影响指整个结构均处于相同的温度场下，非均匀温度指结构各部分由于日照或热传导速度的影响造成各部分温度不一致的情况。均匀温度场的温度改变对结构的影响较小，因此，悬索桥的施工控制总选择在结构各部分温度尽量接近的情况下进行。温度场监测的目的是为结构线形调整、监控计算提供参数。（3）测点布置主缆纵向温度及桥塔阴阳面温度测试采用温度传感器，精度0.1，测点位置纵向布置见图3，主缆每个测点3个智能型温度传感器、每个塔柱阴阳面各布置1个温度传感器。全桥共需约60个温度传感器、13个采集模块、2个485/232转换模块。国外资料表明，主缆表面内外温度存在着差异，并且主缆越粗，内外温度相差越大。本桥主缆直径超过60cm，为了准确确定主缆断面的平均温度，就必须知道主缆断面的温度场分布情况。本桥将在中跨靠近的断面和主跨跨中的断面布置温度传感器，以确定主缆表面的内外温差及温度场。每个断面测点28个，布置如下图4。温度测试元件采用智能型温度传感器。图3 主缆纵向温度自动采集图4 主缆断面温度场测点布置图4.1.4监控测量的内容与方案悬索桥上部结构施工需要进行大量的监控测量，为结构的安装施工计算提供适时的计算参数，并检验设计计算的准确性，及时反馈进行适时修正，同时监测结构的安全性。主要的监控测量包括（1） 塔锚位置及各跨跨径的测量；（2）