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(貴州錦航工程技術(shù)咨詢有限公司)

1 懸索橋施工控制的重要性

懸索橋在施工過(guò)程中不僅容易產(chǎn)生各種施工誤差，而且容易出現(xiàn)風(fēng)的不穩(wěn)定性和局部應(yīng)力超限。

(1)懸索橋抵抗變形的剛度主要來(lái)自主纜的重力剛度。當(dāng)加勁梁尚未架設(shè)時(shí)，主纜是很柔的。隨著加勁梁的架設(shè)及溫度變化，主纜的幾何形狀變化很大。以虎門(mén)大橋的施工過(guò)程為例，當(dāng)跨中已吊裝部分梁段，設(shè)溫度降低20℃、升高25℃或?yàn)榛鶞?zhǔn)溫度時(shí)，主纜及部分加勁梁相充分于全橋完成(基準(zhǔn)溫度)時(shí)的豎向位移如圖1 所示。從圖1 中可以看出，四分點(diǎn)處的主纜比全橋完成時(shí)主纜的位置高出6 ～7m，其縱向的位移也相當(dāng)可觀，因此索夾在主纜上的位置必須有一適當(dāng)?shù)念A(yù)偏量。

(2)懸索橋施工各階段中消除誤差比較困難，一旦施工完畢，不但主纜長(zhǎng)度無(wú)法調(diào)整，就是吊索也無(wú)法像斜拉橋的拉索那樣可重復(fù)張拉進(jìn)行調(diào)整。懸索橋的主纜和吊索長(zhǎng)度在施工過(guò)程中只能通過(guò)墊片微量調(diào)整。

(3)吊裝若干主梁節(jié)段后就要用千斤頂調(diào)整塔頂鞍座與塔頂之間的相對(duì)位置以釋放塔根彎矩。何時(shí)釋放塔根彎矩必須通過(guò)施工控制確定。

(4)為了減少最終吊裝完畢時(shí)現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量及提高施工階段抗風(fēng)穩(wěn)定性，常常部分梁段吊裝完畢時(shí)就焊成剛性連接段。但如果一次剛性連接的長(zhǎng)度太長(zhǎng)，則其最外側(cè)的吊索可能超載。加勁梁的彎曲應(yīng)力可能超限。允許多少個(gè)節(jié)段先部分剛性連接必須進(jìn)行科學(xué)細(xì)致的工程控制。

(5)其他一些隨機(jī)因索的影響。

圖1 施工過(guò)程中主纜相對(duì)于全橋完成時(shí)主纜的位移

2 懸索橋施工誤差控制的內(nèi)容

懸索橋的施工誤差控制由施工前控制和施工中的控制兩大部分組成。為達(dá)到施工誤差控制的目的，國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者先后研制出各有特色的計(jì)算機(jī)軟件，其內(nèi)容大同小異。所謂大同，是都按有限位移理論考慮了懸索橋的幾何非線性;所謂小異，是各家思路不同，考慮的因素繁簡(jiǎn)不一。以下介紹施工控制的主要問(wèn)題。

施工前誤差控制包括確定主纜和吊索的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度、加勁粱的無(wú)應(yīng)力三維尺寸、鞍座的預(yù)偏量、索夾的預(yù)偏量等。那么，在僅有成橋狀態(tài)時(shí)的橋面豎曲線、吊索(索夾)位置、鞍座中心位置和主纜跨中矢高的情況下，如何確定這些尺寸使成橋狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)的幾何形狀滿足設(shè)計(jì)要求?再則，對(duì)主纜的線形而言，在剛架設(shè)就位之后是一根懸鏈線，但經(jīng)過(guò)作用一期恒載(索夾、吊索、鉸接的加勁梁段)和二期恒載(橋面鋪裝、防撞墻等)之后，主纜究竟呈現(xiàn)怎樣的線形就不得而知。因此必須采用逐步逼近的前進(jìn)分析法確定施工前控制的尺寸。

計(jì)算分為兩個(gè)階段，第一階段計(jì)算一期恒載的作用，此時(shí)加勁梁尚未剛接，荷載全由主纜承受。第二階段計(jì)算二期恒載的作用，荷載由已經(jīng)剛接的加勁梁和主纜共同承受。兩個(gè)階段各有其初始態(tài)、荷載態(tài)和目標(biāo)態(tài)。初始試算時(shí)(ICVC=1，KCVC=1)，取目標(biāo)態(tài)二時(shí)的幾何(也就是成橋時(shí)的幾何)為目標(biāo)態(tài)一的幾何(框1)，此時(shí)需要假定一個(gè)初始態(tài)一，為方便起見(jiàn)，可以同樣取目標(biāo)態(tài)一的幾何(框2)。在初始態(tài)一上作用一期恒載，計(jì)入所有非線性因素就可以得到荷載態(tài)(框3)，拿荷載態(tài)一與目標(biāo)態(tài)一比較(框4)，初次試算腎定是誤差較大的，于是修正初始態(tài)一(框A)，重復(fù)框3 的計(jì)算(kCVC=KCVC +1)，如此類推直至誤差小于某一指定值(例如ctolen=0.01 m)為止，接下來(lái)計(jì)算第二階段。

第二階段的計(jì)算最初(ICVC =1)以目標(biāo)態(tài)一的幾何為初始態(tài)二(框5)。在初始態(tài)二上作用二期恒載，計(jì)入所有非線性因素就可以得到荷載態(tài)二(框6)，拿荷載態(tài)二與目標(biāo)態(tài)二比較(框7)，初次計(jì)算時(shí)誤差較大，于是修正初始態(tài)二，也就是修正了目標(biāo)態(tài)一(框B)，這樣就同到了框1(ICVC =ICVC+1)，重復(fù)計(jì)算，如此類推，直至滿足荷載態(tài)二與目標(biāo)態(tài)二的誤差小于某一指定值為止。在程序的后處理中就可以輸出我們感興趣的施工前誤差控制的內(nèi)存。

以成橋狀態(tài)為初始態(tài)，可以通過(guò)倒拆分析對(duì)各種施工方案進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，得到每一施工階段的結(jié)構(gòu)幾何和內(nèi)力，從而據(jù)此選擇臺(tái)理的施工方案。根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，有幾點(diǎn)值得注意。

(1)加勁梁的吊裝，每吊裝一段立即予以剛接直到橋跨全長(zhǎng)，是通不過(guò)的。由于主纜幾何形狀在施工中變化很大，這樣剛接若干段后，某一吊索和加勁粱的內(nèi)力都會(huì)超過(guò)限值。

(2)合理的方法是將幾段加勁粱剛接在一起，形成一不長(zhǎng)的剛性連接段，各剛性連接段之間以臨時(shí)鉸相連，這樣可以釋放加勁粱和吊索巾過(guò)高的內(nèi)力，并且對(duì)施工過(guò)程中抗風(fēng)穩(wěn)定性有利。

(3)主纜架設(shè)完畢后，貓道的重量懸掛在主纜上，它對(duì)懸索橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的無(wú)應(yīng)力尺寸沒(méi)有影響，但對(duì)架設(shè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬影響較大，主要會(huì)影響到加勁梁下翼緣的閉合，應(yīng)予以重視。

(4)鞍座弧而與主纜相切點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)對(duì)倒拆分析影響不火，可以忽略不計(jì)。