韓 旭 （中新蘇滁（滁州）開(kāi)發(fā)有限公司，安徽 滁州 239000）

0 引言

斜拉橋項(xiàng)目施工作業(yè)時(shí)，結(jié)構(gòu)體系會(huì)隨著邊界條件與荷載的改變而出現(xiàn)變化，從而導(dǎo)致各施工環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力狀態(tài)發(fā)生改變。本文以斜拉橋的幾何控制理論為依據(jù)，重點(diǎn)分析線形控制誤差來(lái)源以及傳統(tǒng)誤差調(diào)整方法及其缺點(diǎn)，并深入研究探討幾何控制誤差調(diào)整方法在斜拉橋橋梁施工中的具體應(yīng)用。

1 斜拉橋的幾何控制理論概述

無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制方法概念誕生于20世紀(jì)80年代末期，由我國(guó)橋梁工程專家秦順全教授最早于1992年提出并成功應(yīng)用于武漢第二長(zhǎng)江大橋的建設(shè)中，取得了十分顯著的應(yīng)用效果。

無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制方法解決了橋梁工程中的施工控制問(wèn)題，適用范圍廣泛且在大跨徑斜拉橋建設(shè)工程中具有較高的適用性。無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制方法在大跨徑斜拉橋工程建設(shè)中的應(yīng)用可與有應(yīng)力狀態(tài)量相結(jié)合，充分利用兩種狀態(tài)量的突出特性，由此衍生出幾何控制的概念。

幾何控制方法的應(yīng)用條件是以保證結(jié)構(gòu)體系和作用系統(tǒng)狀態(tài)不變?yōu)榍疤岬?，在此前提下可?shí)現(xiàn)構(gòu)件安裝的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)與對(duì)應(yīng)的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)保持一致。在施工控制過(guò)程中，只能夠?qū)γ總€(gè)構(gòu)件進(jìn)行無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制；在施工過(guò)程中對(duì)主梁安裝線形的控制即是對(duì)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)線形的控制。橋梁建設(shè)工程中，需要首先實(shí)現(xiàn)對(duì)于主梁線形的精準(zhǔn)制造控制，在現(xiàn)場(chǎng)安裝工作開(kāi)始之前做到梁段之間的非應(yīng)力相對(duì)位置匹配，確保每段橋梁都能滿足安裝條件，進(jìn)而做到從整體上控制主梁形狀。

2 線形控制誤差的來(lái)源

在實(shí)際施工控制的過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、測(cè)量誤差等方面因素的影響，有限元模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況存在一定偏差，偏差主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面。

2.1 計(jì)算參數(shù)誤差

有限元模型以設(shè)計(jì)值為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但工程實(shí)際測(cè)量參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)之間難免存在誤差，即理論值與測(cè)量值之間存在偏差。根據(jù)幾何控制理論，疊合梁斜拉橋工程中所產(chǎn)生的誤差主要由以下幾個(gè)參數(shù)的計(jì)算過(guò)程導(dǎo)致。

2.1.1 荷載誤差

①梁截面的重量誤差

大跨度斜拉橋多采用混凝土和鋼作為主要原材料，施工過(guò)程中會(huì)形成梁截面和鋼梁的自重誤差。

②施工臨時(shí)荷載誤差

在施工過(guò)程中，通常采用機(jī)械配合人工的安裝方式，施工過(guò)程中所使用的機(jī)械設(shè)備即為臨時(shí)荷載。橋面起重機(jī)前后理論值與支點(diǎn)反力的偏差以及橋面與吊籃的累計(jì)荷載都是臨時(shí)荷載誤差的主要來(lái)源。

2.1.2 幾何設(shè)計(jì)參數(shù)誤差

①鋼梁的長(zhǎng)度誤差

鋼梁的實(shí)際長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)長(zhǎng)度之間的偏差會(huì)形成軸向偏差，除了影響合攏段長(zhǎng)度外，還會(huì)造成梁端錨固點(diǎn)與設(shè)計(jì)位置之間的偏離。

②無(wú)應(yīng)力的拉索長(zhǎng)度偏差

拉索長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)需建立相應(yīng)的計(jì)算模型，與材料種類、張力、溫度等因素有關(guān)；在制造拉索的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，對(duì)施工過(guò)程造成不良影響。

③拉索錨固點(diǎn)的偏差

在進(jìn)行索塔建設(shè)的過(guò)程中，因材料自身的形變和豎向分力的作用，拉索錨固點(diǎn)的位置會(huì)因此向下偏移。錨固點(diǎn)的坐標(biāo)位置偏差會(huì)直接影響到索長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)主梁的高度和索力造成影響。

④索導(dǎo)管定位偏差

為了保持拉索與主塔混凝土之間保持足夠距離，需要通過(guò)安裝索導(dǎo)管的方式進(jìn)行控制；在澆筑定型過(guò)程中，由于索導(dǎo)管無(wú)法完全固定，會(huì)引起索導(dǎo)管的位置偏離，導(dǎo)致拉索與索導(dǎo)管間產(chǎn)生磨損，使拉索索長(zhǎng)產(chǎn)生偏差、主梁標(biāo)高變化。

2.1.3 結(jié)構(gòu)性能誤差

①單元的抗彎剛度

在工程實(shí)際中，鋼梁的橫隔板和橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)有一定的影響。但在建模過(guò)程中，這一因素常常被忽略，從而降低了鋼梁的計(jì)算抗彎剛度。

②材料彈性模量

材料彈性模量的來(lái)源包括斜拉索彈性模量和鋼梁彈性模量，其實(shí)測(cè)結(jié)果與理論值存在偏差。

2.2 環(huán)境因素引起的偏差

大跨度斜拉橋具有工期長(zhǎng)、季節(jié)跨度大的特點(diǎn)，因不同季節(jié)天氣因素影響而產(chǎn)生偏差。

2.3 測(cè)量誤差

測(cè)量數(shù)據(jù)是大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)的根本依據(jù)，但由于人為因素和儀器誤差，會(huì)造成測(cè)量結(jié)果與實(shí)際存在偏差。

2.4 施工誤差

在實(shí)際的施工過(guò)程中不能完全做到與設(shè)計(jì)的完全一致。對(duì)于施工誤差，需要加強(qiáng)施工管理，使施工過(guò)程按照計(jì)劃進(jìn)行開(kāi)展，避免產(chǎn)生較大誤差。

3 誤差調(diào)整常規(guī)方法分析

大跨度橋梁施工過(guò)程的誤差消除方法主要包括最小二乘誤差分析方法、無(wú)應(yīng)力狀態(tài)控制方法和基于施工全過(guò)程的自適應(yīng)控制方法等。這些誤差消除方法主要通過(guò)調(diào)整控制主梁標(biāo)高和索力進(jìn)行誤差消除。一旦遇到誤差較大的情況，需要重新測(cè)量主梁高度和拉索的施工應(yīng)力，過(guò)程較為繁瑣，在工程應(yīng)用中具有一定的局限性，尤其是對(duì)于鋼梁和斜拉索的出廠制造誤差控制上，此類方法的適用性較差。當(dāng)前，大跨度斜拉橋的施工控制方法多為幾何控制方法，在出現(xiàn)計(jì)算參數(shù)變化時(shí)，可通過(guò)利用無(wú)應(yīng)力基準(zhǔn)狀態(tài)原理實(shí)現(xiàn)誤差消除。此外，可以把大跨度斜拉橋當(dāng)做一個(gè)不確定性系統(tǒng)，在獲得施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)之后，對(duì)比與理論計(jì)算數(shù)據(jù)之間的差異，隨后進(jìn)行計(jì)算模型的修正工作，通過(guò)迭代式的仿真方法使模型設(shè)計(jì)更加貼合實(shí)際。從幾何控制方法的控制概念可知，在保證完成狀態(tài)的誤差修正計(jì)算模型與原模型的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)一致的前提下，可以消除誤差對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

橋梁工程結(jié)構(gòu)圖

4 誤差調(diào)整方法應(yīng)用實(shí)例

某斜拉橋主橋采用塔梁固結(jié)、塔墩分離的結(jié)構(gòu)體系，主塔采用布置在分隔帶的獨(dú)塔形式，塔在橋面以上高度32.5m，塔身采用矩形截面，在塔根部進(jìn)行分叉鏤空景觀設(shè)計(jì)。主梁采用整體式單箱三室箱型截面，邊腹板采用60°斜腹板形式；主梁截面高度在縱向按二次拋物線形變化；主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，預(yù)應(yīng)力管道為PE塑料波紋管并采用真空壓漿工藝。主橋斜拉索采用單索面雙排索布置在主梁的分隔帶處；全橋設(shè)置192根斜拉索，每個(gè)塔左右分別有48根索。該橋梁結(jié)構(gòu)示意圖如上圖。

根據(jù)上述分析過(guò)程，本文提出了一種基于幾何控制原理的誤差調(diào)整方法，具體如下：將成橋狀態(tài)無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)作為控制參數(shù)，將修正誤差模型成橋狀態(tài)無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)調(diào)整至基準(zhǔn)狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整初始張拉索力，使成橋無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)接近最大值。在完成參數(shù)誤差的識(shí)別和測(cè)量之后，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行相應(yīng)的更新，最終計(jì)算出新的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)L'，其計(jì)算公式如下：

L'與基準(zhǔn)狀態(tài)下計(jì)算出的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)L之間存在偏差ΔL。

將多次計(jì)算結(jié)果過(guò)進(jìn)行比較分析，使得在重復(fù)無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)和參考狀態(tài)之前，誤差滿足允許范圍要求。由于無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)與索力之間的關(guān)系呈現(xiàn)出非線性，所以需要根據(jù)情況微調(diào)部分索力，以達(dá)到接近參考狀態(tài)的目的。此方法可以規(guī)避傳統(tǒng)誤差修正方法的局限性，降低施工控制的操作難度，在較高程度上保證了結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力控制精度，在保證正常施工的前提下實(shí)現(xiàn)誤差控制，對(duì)于大跨度斜拉橋鋼梁具有較好的適用性。該方法屬于先行誤差調(diào)整方法，能夠較快的計(jì)算出目標(biāo)的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)，并使基本狀態(tài)的完整索力接近最大值。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，使用此方法進(jìn)行誤差調(diào)整后，成橋索力的誤差可控制在2%以內(nèi)，基本滿足誤差要求。因此，基于幾何控制方法原理所進(jìn)行的誤差調(diào)整在大跨度斜拉橋施工控制誤差調(diào)整中具有較高的適用性，可以滿足實(shí)際施工要求。