盧廣寧 孫世光

1 斜拉橋施工控制的必要性

斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu),主梁、索塔和拉索之間剛度相差十分懸殊,受拉索垂度、溫度變化、風(fēng)力和日照影響、施工臨時(shí)荷載、混凝土收縮徐變等復(fù)雜因素干擾,使力與變形的關(guān)系十分復(fù)雜。

在施工理論計(jì)算中,雖然可以采用多種計(jì)算方法,算出各施工階段或步驟的索力和相應(yīng)的梁體變形,但是按理論計(jì)算所給出的索力、線形進(jìn)行施工時(shí),結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形卻未必能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。這主要是由于設(shè)計(jì)時(shí)所采用的計(jì)算參數(shù),諸如材料的彈性模量、構(gòu)件重量、混凝土的收縮徐變系數(shù)、施工中溫度變化以及施工臨時(shí)荷載條件等與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來的不完全一致所引起的。

斜拉橋在施工中表現(xiàn)出來的這種理論與實(shí)際的偏差具有積累性,如不加以及時(shí)、有效的控制和調(diào)整,會(huì)隨著主梁懸臂施工長度的增加而增加。因此,斜拉橋施工控制是保證斜拉橋達(dá)到設(shè)計(jì)要求的重要手段。

2 斜拉橋施工控制的特點(diǎn)

橋梁施工控制最基本的要求是保證施工中的安全和結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力及結(jié)構(gòu)線形符合設(shè)計(jì)要求。斜拉橋在主梁懸臂施工時(shí),確保主梁線形和順、正確是第一位的,施工中以標(biāo)高控制為主。所謂以標(biāo)高控制為主,并非只控制主梁的標(biāo)高,而不顧及拉索索力的偏差。施工中應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)本身的特性和施工方法的不同,采取相應(yīng)的控制策略。若主梁剛度較小,斜拉索索力的微小變化將引起懸臂端撓度的較大變化,斜拉索張拉時(shí)應(yīng)以高程測量進(jìn)行控制為主,但索力張拉噸位不應(yīng)超過容許范圍,確保施工安全。若主梁剛度較大,斜拉索索力變化了很多,而懸臂端撓度的變化卻非常有限,施工中應(yīng)以拉索張拉噸位進(jìn)行控制,然后根據(jù)標(biāo)高的實(shí)測情況,對(duì)索力做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。此時(shí)標(biāo)高、線形的控制主要是通過混凝土澆筑前底模標(biāo)高的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。

3 斜拉橋施工控制的方法

1)開環(huán)控制。在設(shè)計(jì)時(shí)給予主梁標(biāo)高和內(nèi)力最大的寬容度,或是在設(shè)計(jì)時(shí)估計(jì)結(jié)構(gòu)的恒載和活載,由此計(jì)算出結(jié)構(gòu)的預(yù)拱度,在施工過程中按照這個(gè)預(yù)拱度來施工,施工完成后的結(jié)構(gòu)就基本上能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的線形和內(nèi)力,即所謂的開環(huán)控制。2)糾偏終點(diǎn)控制。采取糾偏終點(diǎn)控制的方法,即在施工過程中,對(duì)產(chǎn)生主梁線形偏差的因素跟蹤控制,隨時(shí)糾偏,最終達(dá)到理想線形,這種方法常用Kalman濾波法和灰色理論等。3)自適應(yīng)控制。閉環(huán)控制的設(shè)計(jì)參數(shù)識(shí)別與修正法,亦稱自適應(yīng)控制方法,是對(duì)施工過程中的標(biāo)高和內(nèi)力的實(shí)測值與預(yù)計(jì)值進(jìn)行比較,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的主要基本參數(shù)進(jìn)行識(shí)別,找出實(shí)測值與預(yù)計(jì)值產(chǎn)生偏差的原因,從而對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正,再反饋到控制計(jì)算中,重新給出施工下一階段的索力和主梁線形的理論期望值,以消除理論計(jì)算與實(shí)測值的誤差,使主梁懸臂施工的線形與斜索拉力相協(xié)調(diào)。

4 斜拉橋施工控制的內(nèi)容

4.1 結(jié)構(gòu)變形控制

橋梁結(jié)構(gòu)尺寸的控制是施工控制的基本要求,但結(jié)構(gòu)在施工形成過程中均要產(chǎn)生變形,加之施工過程中各種誤差的積累,因此任何一個(gè)結(jié)構(gòu)不可能達(dá)到與設(shè)計(jì)尺寸準(zhǔn)確無誤的吻合,故要盡量減少結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計(jì)尺寸的偏差,并將其降低到允許的范圍。

4.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制

1)施加預(yù)應(yīng)力的一般規(guī)定。張拉機(jī)具與錨具應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行檢驗(yàn)和校驗(yàn)。千斤頂與壓力表應(yīng)配套校驗(yàn),以確定張拉力與壓力表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線。所用壓力表的精度不宜低于1.5級(jí);校驗(yàn)千斤頂用的試驗(yàn)機(jī)或測力計(jì)的精度不得低于±2%。預(yù)應(yīng)力鋼材用應(yīng)力控制法張拉時(shí),應(yīng)以伸長值進(jìn)行校核,實(shí)際伸長值與理論伸長值之差應(yīng)控制在6%以內(nèi)。2)梁體內(nèi)力控制。梁體應(yīng)力狀態(tài)與設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)盡量相符,若產(chǎn)生偏差,則其偏差不超過±5%。3)斜拉索力控制。斜拉索施工拉力允許偏差不大于±3%。

4.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制

橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定關(guān)系到橋梁的安全,它與橋梁的強(qiáng)度有著同等重要的意義。所謂結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失穩(wěn)是指荷載因素在構(gòu)件中產(chǎn)生的內(nèi)力并不很大,但在與荷載正交的某個(gè)方向卻會(huì)因偶然的擾動(dòng)、偏心加載、構(gòu)件缺陷等原因產(chǎn)生很大的位移,使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失去正常的工作能力。橋塔柱與主梁梁段施工時(shí)的穩(wěn)定性問題應(yīng)引起足夠的重視,施工期間構(gòu)件穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)大于3。

5 斜拉橋施工監(jiān)測的具體內(nèi)容

1)主塔變位測量。主塔變位測量包括:順橋向和橫橋向兩個(gè)方向變位值的測量。測量的成果應(yīng)提供:塔柱在日照下隨溫度變化發(fā)生縱橫橋向偏移的曲線以及在主梁施工過程中塔柱的變位值。2)梁體線形測量。梁體線形測量包括:高程測量和中線測量。測量的成果應(yīng)提供:主梁在各施工階段的高程實(shí)測值和中線實(shí)測值;主梁線形隨溫度變化的曲線,以隨時(shí)掌握主梁溫度變形的影響。3)索力測量。索力測量內(nèi)容包括:施工掛籃掛索張拉后、每懸澆一個(gè)節(jié)段后、體系轉(zhuǎn)換張拉拉索時(shí)臨近的4對(duì)～5對(duì)索、中間調(diào)索和全橋合龍時(shí)全部拉索的索力。測量的成果應(yīng)提供:各測試階段的索力值以及關(guān)鍵索力隨溫度變化的曲線。4)溫度測量。溫度測量內(nèi)容包括:季節(jié)溫差、日照溫差、驟變溫差、殘余溫度、不同溫度場等的測量。主梁和塔柱的溫度測試斷面應(yīng)與應(yīng)力測量斷面相同,依次對(duì)應(yīng),也便于計(jì)算分析;拉索的溫度變化也應(yīng)進(jìn)行測量。對(duì)于施工控制所需溫度實(shí)測數(shù)據(jù)的采集時(shí)間一般取一天中溫度變化較小的早晨。測量的成果應(yīng)提供:索、塔、梁各測試斷面溫度短期變化曲線和季節(jié)性溫度變化曲線;對(duì)于斜拉索,還應(yīng)提供索內(nèi)外溫差和中心點(diǎn)溫差的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。5)應(yīng)力測量。應(yīng)力測量內(nèi)容包括:梁塔各控制截面的應(yīng)力。測量的成果應(yīng)提供:梁塔各施工狀態(tài)下監(jiān)測截面的應(yīng)力值及成橋狀態(tài)下各監(jiān)測截面的應(yīng)力值。6)材料收縮、徐變的影響。對(duì)于混凝土橋梁,材料收縮、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形有較大的影響?；炷潦湛s、徐變受很多因素影響,主要因素有:a.水泥品種;b.集料性質(zhì);c.混凝土配合比;d.外加劑和其他成分;e.加載齡期;f.環(huán)境齡期;g.環(huán)境溫度;h.試件尺寸;i.應(yīng)力大小;j.應(yīng)力持續(xù)時(shí)間。施工監(jiān)測時(shí)應(yīng)采集上述數(shù)據(jù),以供監(jiān)控計(jì)算分析時(shí)調(diào)整收縮、徐變參數(shù)。

6 斜拉橋施工控制的組織安排及工作程序

6.1 組織安排

施工控制中確定每一施工步驟的目標(biāo)與設(shè)計(jì)方有關(guān),施工方必須按照一定的精度來完成每個(gè)施工步驟,并進(jìn)行必要的測量,整個(gè)施工過程必須在監(jiān)理的監(jiān)督下完成,因此,順利地實(shí)現(xiàn)施工控制的目標(biāo),需要設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、監(jiān)測、監(jiān)控等多方面的配合。

為了確保斜拉橋施工控制的順利實(shí)施,上述單位應(yīng)共同制定施工控制綱要,施工控制單位應(yīng)根據(jù)綱要制定施工控制測試工作細(xì)則。由業(yè)主牽頭成立施工控制工作領(lǐng)導(dǎo)小組,并在施工現(xiàn)場成立由工程控制承包方、業(yè)主、監(jiān)理、施工、設(shè)計(jì)單位人員組成的施工控制工作小組。

6.2 工作程序

1)按照預(yù)報(bào)的掛籃定位標(biāo)高定位掛籃,掛籃定位必須在0點(diǎn)至日出前完成,由施工單位測量掛籃定位標(biāo)高,經(jīng)監(jiān)理簽認(rèn)后向控制小組提供掛籃的定位測量結(jié)果;2)施工控制小組分析測量結(jié)果,如需調(diào)整,給出調(diào)整后的斜拉索張拉力和標(biāo)高;3)澆筑混凝土過程中測量掛籃定位點(diǎn)標(biāo)高,測量已澆梁段端部及后支點(diǎn)斷面處的測點(diǎn)標(biāo)高;4)澆筑完混凝土后第二天測量所有已施工梁段上的測點(diǎn)標(biāo)高,經(jīng)監(jiān)理簽認(rèn)后提供給施工控制小組;5)監(jiān)理方檢查斷面尺寸準(zhǔn)確性,向施工控制小組提供梁段混凝土超重的情況;6)

施工控制小組分析測量結(jié)果,如需調(diào)整,給出調(diào)整后的斜拉索張拉力;7)張拉斜拉索,日出前測量已施工的所有梁段上的測點(diǎn)標(biāo)高,經(jīng)監(jiān)理簽認(rèn)后提供給施工控制小組;8)測量斜拉索索力,如果該對(duì)索力異常,應(yīng)進(jìn)行該對(duì)索補(bǔ)充張拉;9)施工控制小組根據(jù)上一施工周期梁底標(biāo)高測量值和索力測量結(jié)果計(jì)算、預(yù)報(bào)掛籃定位標(biāo)高和下一施工周期的斜拉索張拉力;10)預(yù)報(bào)標(biāo)高與索力經(jīng)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行局部應(yīng)力驗(yàn)算,與控制單位會(huì)簽后交監(jiān)理;11)監(jiān)理將上述預(yù)報(bào)索力與標(biāo)高最后核定后下指令交施工單位執(zhí)行。

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