空間索面懸索橋施工階段計(jì)算與施工監(jiān)測分析

李偉芳

(邵陽市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司)

空間索面懸索橋施工階段計(jì)算與施工監(jiān)測分析

李偉芳

(邵陽市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司)

摘 要:結(jié)合工程背景，從體系轉(zhuǎn)換計(jì)算方法施工階段仿真分析和施工階段劃分對(duì)施工階段的計(jì)算方法進(jìn)行了論述，并對(duì)施工階段結(jié)果進(jìn)行了分析，最后探討了施工監(jiān)測設(shè)施布置情況。

關(guān)鍵詞:空間索面懸索橋;體系轉(zhuǎn)換;施工階段計(jì)算;施工監(jiān)測

1 工程背景

(1)主梁:采用混凝土箱梁，梁高1.0 m，單箱3室，中腹板厚30 cm，邊腹板厚100 cm。一般橫梁厚30 cm，端橫梁厚120 cm。頂板厚20 cm，底板厚18 cm，至吊桿錨固點(diǎn)處加大至45 cm。

(2)索塔及墩樁基礎(chǔ):索塔為“A”字型鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，橋面以上高20.75 m，為矩形混凝土實(shí)心截面，尺寸為180 cm×110 cm，塔根橫向漸變到180 cm×168 cm，上橫梁為梯形截面，厚160 cm，高度525 cm，下橫梁為厚1.8 m，高1.5 m的矩形截面。

(3)主纜:主纜為空間對(duì)稱布置，塔頂理論交點(diǎn)橫向間距40 cm，跨中橫向間距811 cm。主纜通過索鞍后直接錨固在兩側(cè)山體上的錨旋里。

(4)吊桿:全橋吊桿共34根，采用55根中5鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成的成品索，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 670 MPa，下端采用冷鑄錨具，上端采用熱鑄錨具，雙層PE保護(hù)層。

2 施工階段計(jì)算分析

2.1 體系轉(zhuǎn)換計(jì)算方法

體系轉(zhuǎn)換過程即為在主梁、主塔澆注完成后，通過張拉吊桿及背索，使得主梁自重由主纜承受，實(shí)現(xiàn)主梁脫模。體系轉(zhuǎn)換為施工監(jiān)控的核心，也是施工監(jiān)控中主要控制的階段。

(1)吊桿安裝階段。

(2)吊桿張拉(吊桿力的三輪調(diào)整)階段。

(3)主梁脫模，拆除支架，進(jìn)行二期鋪裝階段。

2.2 施工階段仿真分析

利用橋梁有限元分析軟件RM進(jìn)行施工階段的計(jì)算分析，在成橋優(yōu)化所建立的模型的基礎(chǔ)上，添加支架單元，同時(shí)將主纜的初始坐標(biāo)修正為空纜坐標(biāo)，同時(shí)對(duì)背索單元進(jìn)行細(xì)分。在體系轉(zhuǎn)換階段分析中，選用獨(dú)立模型分析選項(xiàng)，背索與吊桿張拉過程通過改變吊桿單元無應(yīng)力長度實(shí)現(xiàn)。

2.3 施工階段劃分

根據(jù)前面分析，進(jìn)行計(jì)算，并得到具體張拉過程數(shù)據(jù)。對(duì)于無索鞍預(yù)偏施工方法。在計(jì)算過程中以主塔塔根應(yīng)力控制體系轉(zhuǎn)換階段劃分。全部體系轉(zhuǎn)換階段的劃分如表1所示。

表1 施工階段表

表1中第一施工階段為體系轉(zhuǎn)換前主塔主梁澆注階段，此時(shí)主梁支撐于支架上，主梁自重由支架承擔(dān)。全橋共17對(duì)吊桿，在吊桿安裝階段，h409-1為安裝跨中處兩根9#吊桿，h408-1～h401-1工況為安裝相應(yīng)的8～1#吊桿，每次安裝沿橋跨中心對(duì)稱的四根吊桿;張拉階段也是按此順序進(jìn)行。

如表1中所示，吊桿安裝分五步完成:(1)張拉背索單元，使主塔偏向邊跨。(2)安裝9～5號(hào)吊桿。(3)第二次張拉背索。(4)安裝1～4號(hào)吊桿。(5)第三次張拉背索。可以看出，在吊桿安裝階段，背索的調(diào)整較為密集，以保證主塔受力安全。

所有吊桿力調(diào)整階段分三輪完成，每輪調(diào)整均從9#吊桿張拉至1#吊桿，兩邊對(duì)稱張拉，且在每輪張拉的最后一階段對(duì)背索力進(jìn)行調(diào)整。最后進(jìn)行二期鋪裝，達(dá)到成橋狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)休系轉(zhuǎn)換。

3 施工階段結(jié)果分析

3.1 吊桿安裝階段

施工中，索鞍無預(yù)偏，在施工階段中，主塔會(huì)隨著中、邊跨內(nèi)力的變化偏向其中一側(cè)，由于主塔軸力的存在，在施工監(jiān)控中，可通過有效調(diào)整中邊跨的不平衡力大小，使得主塔塔根在任意施工階段中，均能處于全截面受壓狀態(tài)，保證結(jié)構(gòu)的安全。吊桿安裝階段中，主塔軸力較小，所能承受的不平衡力有限，且塔頂容許位移較小(均小于10 mm)，這使得對(duì)橋塔塔頂位移的監(jiān)測精度要求較高，故本階段中依靠監(jiān)測塔頂位移對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)識(shí)別，難度較大。通過在主塔位置處埋置混凝土應(yīng)變計(jì)，通過監(jiān)測塔根應(yīng)力值，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的識(shí)別，較為方便。在施工中，通過應(yīng)力值測量，對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別預(yù)警，保證施工中結(jié)構(gòu)的安全。

3.2 吊桿張拉階段

在吊桿力調(diào)整階段，隨著主塔承受的不平衡彎矩的增大，主塔塔頂容許的極限位移值也在逐漸加大。故在吊桿力調(diào)整階段，通過對(duì)主塔塔頂位移的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對(duì)主塔受力狀態(tài)的識(shí)別更為方便。

在第一輪張拉中，主塔塔頂位移較小，在第二輪張拉調(diào)整中，塔頂位移值變化明顯，且在此輪的背索張拉工況下塔頂相對(duì)位移最大。第三輪張拉完成后，主塔塔頂偏向邊跨約2 cm，這部分不平衡彎矩將在最后的二期鋪裝荷載中得到平衡。

3.3 二期鋪裝階段

調(diào)索的過程就是加勁梁線形控制的過程;加勁梁線形也是判斷成橋狀態(tài)是否合理的重要標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)索目標(biāo)線形為無二期橫載作用下的調(diào)索最終狀態(tài)下的線形。在吊桿力調(diào)整完成時(shí)，主梁產(chǎn)生的向上撓度，在鋪裝荷載加上之后，產(chǎn)生一定的下?lián)?。二期鋪裝荷載使主梁跨中位置處產(chǎn)生約69 mm的豎向位移。在二期鋪裝完成后，主梁跨中有26 mm的預(yù)拱，此為主梁成橋線形。

4 施工監(jiān)測設(shè)施布置

4.1 應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)布置

考慮實(shí)際施工控制中，測量的方便性，將混凝土應(yīng)變計(jì)埋置于距主塔塔根2.5 m位置處截面，每個(gè)斷面上布置2個(gè)應(yīng)變計(jì)，全橋共四根塔柱，共需應(yīng)變計(jì)8個(gè)。用配套應(yīng)變儀測量相應(yīng)位置處應(yīng)力。應(yīng)變計(jì)在主塔斷面埋置的布置位置。應(yīng)變計(jì)分別布置在距界面外邊緣15 cm位置處。

4.2 位移監(jiān)測點(diǎn)布置

主塔在施工中，除對(duì)塔根應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測之外，還需對(duì)塔頂位移進(jìn)行控制。在體系轉(zhuǎn)換前期階段(吊桿安裝及吊桿第一輪張拉階段)中，應(yīng)力變化較快;在體系轉(zhuǎn)換后期階段(吊桿后兩輪張拉階段)，隨著主塔軸力的增加，主塔塔根應(yīng)力變化會(huì)較為緩慢，而此時(shí)主塔塔頂位移值較為明顯。故在體系轉(zhuǎn)換前期階段，以監(jiān)測塔根應(yīng)力為主;而在后期階段以監(jiān)測主塔塔頂位移為主。

對(duì)張拉過程中，需對(duì)主纜吊點(diǎn)位置進(jìn)行監(jiān)測，在中跨跨中及1/4位置處布置觀測棱鏡，監(jiān)測主纜在張拉過程中的位移情況。本橋選在404#及409#索夾位置處安裝棱鏡，進(jìn)行觀測。下表給出了在各個(gè)工況下，404，409點(diǎn)坐標(biāo)值(409為跨中主纜處吊點(diǎn)，由于該橋?yàn)閷?duì)稱結(jié)構(gòu);409#吊點(diǎn)的X軸值在任意施工階段均為0，本表沒有列出)，供施工時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。

4.3 吊桿及背索力監(jiān)測

由于施工階段中背索需六輪張拉，軸力變化幅度較大，故對(duì)背索軸力需緊跟施工階段進(jìn)行。下表列出各個(gè)工況下背索軸力變化值，及背索無應(yīng)力長度值。全部吊桿張拉共分為三步完成，每步中所有吊桿、背索均張拉一次。下表給出吊桿張拉工況下，所吊桿張拉力及錨杯拔出量值。

表2給出部分各工況下所張拉吊桿及背索的錨杯拔出量及其索力值。

5 結(jié)語

使用RM橋梁分析軟件建立施工階段模型，通過合理劃分施工步驟，得出了可行的體系轉(zhuǎn)換方案，并對(duì)施工方案進(jìn)行闡述，詳細(xì)介紹了個(gè)施工階段的特定、控制要領(lǐng)及相關(guān)重要參數(shù)。同時(shí)根據(jù)施工控制特點(diǎn)，對(duì)全橋監(jiān)測系統(tǒng)的施工中監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行布置，并給出相關(guān)數(shù)據(jù)供施工中參考。

表2 體系轉(zhuǎn)換階段吊桿參數(shù)表

:

［1］胡建華.現(xiàn)代自錨式懸索橋理論與應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［2］吳壽昌，王立新，彭德運(yùn).潤揚(yáng)長江公路大橋總體設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003(3).

［3］張哲.混凝土自錨式懸索橋［M］.北京:人民交通出版社，2005.

中圖分類號(hào):U442

C

1008-3383(2011)06-0140-01

收稿日期:2011-01-24