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        人行斜拉橋換索工程施工控制

        2022-11-24 03:58:36韓宏光
        城市道橋與防洪 2022年10期

        韓宏光

        [上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司遼寧分公司,遼寧 沈陽 110003]

        1 工程概況

        本項目實施對象為一座偏東西走向單塔斜拉人行天橋,共由8 跨組成。其中主橋為2 跨單塔斜拉橋,跨徑布置為2×47.25 m;橋塔采用門式鋼筋混凝土索塔,結(jié)構(gòu)體系采用塔墩固結(jié),塔梁分離,在塔墩處主梁下設(shè)置豎向支撐- 半漂浮體系;拉索采用輻射型雙面索,以索距為10 m 的中密索布置,塔每側(cè)設(shè)4 對索,每根索由2 根標(biāo)稱直徑28.5 mm的鋼絲繩(19×W19 非轉(zhuǎn)扭式普通右捻(z)鋼絲繩,日本KOKOKW 鋼鐵會社生產(chǎn))組成。進(jìn)行換索設(shè)計時,新索采用規(guī)格為37φ5 的平行鋼絲,鋼絲強(qiáng)度為1 770 MPa。拉索布置立面圖、平面圖見圖1、圖2。

        圖1 拉索布置立面圖(單位:cm)

        圖2 拉索布置平面圖(單位:cm)

        2 換索施工控制分析

        2.1 斜拉索換索方案

        該橋所處位置下方為鐵路,日營運(yùn)火車較多,經(jīng)與鐵路部門溝通,橋下無法采用臨時支撐作為防護(hù)。為保證本項目換索工程順利進(jìn)行,決定采用臨時斜拉索方案來代替橋下臨時支撐方案。經(jīng)多方單位共同商議,確定了換索工程的施工方案:

        (1)安裝臨時索并張拉。

        (2)拆除舊索。

        (3)安裝新索并張拉。

        (4)拆除臨時索。

        (5)根據(jù)索力和標(biāo)高的實測數(shù)據(jù),經(jīng)計算后再調(diào)整拉索索力。

        2.2 斜拉索索力控制

        斜拉橋在換索施工過程中,斜拉索會因不同施工階段而受力不同,每當(dāng)進(jìn)行一個施工階段時,斜拉索的索力都會進(jìn)行一次重新分配[1-2]。因此,需要對換索施工控制過程中不同施工階段的索力影響因素進(jìn)行分析[3-4]。

        索力的測量一般有磁通量法、傳感器讀數(shù)法、油壓表讀數(shù)法和頻率法。

        該橋斜拉索索力測試采用頻率法。頻率法是利用精密拾振器,拾取斜拉索在環(huán)境振動激勵下的振動信號,經(jīng)過濾波、放大和頻譜分析,先根據(jù)頻譜圖來確定斜拉索的自振頻率,再根據(jù)自振頻率與索力的關(guān)系來確定索力值。用頻率法測定索力,設(shè)備可重復(fù)使用。利用現(xiàn)有儀器及分析手段,所測定的頻率精度可達(dá)0.005 Hz。

        換索施工過程工況說明見表1。

        表1 換索施工過程工況說明

        通過對不同施工階段索力的監(jiān)測,得到各個工況下索力的實測值與理論值對比圖(見圖3~圖6)。

        圖3 工況1、2 下原斜拉索的索力實測值與理論值對比圖

        圖6 工況4、5 下新斜拉索的索力實測值與理論值對比圖

        由圖3 可知:換索前索力實測值分布沒有一定的規(guī)律性,且左右不對稱,索力最大的索為3AN 號斜拉索,索力最小的索為4AN 號斜拉索;換索前索力實測值與理論值變化趨勢基本一致。由于換索前該橋斜拉索已運(yùn)營30 a 且已有損傷,主梁標(biāo)高也有不同程度的下?lián)希虼诵崩鞯乃髁χ捣植疾灰恢聦僬,F(xiàn)象。由圖4 可知:張拉臨時索后,主梁恒載由臨時索與原斜拉索共同承擔(dān),臨時索分擔(dān)了一部分原斜拉索的索力,致使其張拉后的索力實測值與理論值變化趨勢基本一致;拆除原斜拉索后,臨時索的索力實測值與理論值均增大,主梁荷載由臨時索完全承擔(dān),且索力實測值的總體變化趨勢與理論值相同。由圖5 可知:安裝新斜拉索后,臨時索的索力實測值與理論值均減小,主梁荷載由臨時索和新斜拉索共同承擔(dān),由于安裝了新斜拉索并張拉,新斜拉索分擔(dān)了臨時索承受的力,臨時索的索力實測值與理論值基本接近,且兩者變化趨勢基本一致。由圖6可知:拆除臨時索后,新斜拉索的索力實測值與理論值均增大,主梁荷載由新斜拉索完全承擔(dān),新斜拉索的索力實測值與理論值基本接近,且兩者變化趨勢基本一致,接近最后的理想成橋狀態(tài),但還需對索力進(jìn)行調(diào)整,以便使新斜拉索的索力值滿足正常要求。

        圖4 工況2、3 下臨時索的索力實測值與理論值對比圖

        圖5 工況3、4 下臨時索的索力實測值與理論值對比圖

        經(jīng)過調(diào)整索力階段后,實測斜拉索索力值與設(shè)計索力值對比圖見圖7。

        由圖7 可知,調(diào)索后實測斜拉索索力值與設(shè)計索力值基本一致,最大誤差為1.1%。由此說明,調(diào)索后的斜拉索索力已經(jīng)滿足要求,且誤差均在2%以內(nèi),符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);也說明本工程采用臨時索方案進(jìn)行換索的成功。

        圖7 調(diào)索后實測索力值與設(shè)計索力值對比圖

        2.3 主梁線形控制

        本工程主梁線形采用水準(zhǔn)儀法測量。首先通過測量學(xué)原理計算出主梁的相對標(biāo)高,然后在實際換索過程中完成對主梁線形的控制[5-6]。

        各工況下主梁標(biāo)高對比圖見圖8。

        圖8 各工況下主梁標(biāo)高對比圖

        由圖8 可知,主梁標(biāo)高在各個工況下線形變化較明顯。在換索前工況下,主梁原橋已有明顯的下?lián)犀F(xiàn)象,最大下?lián)?3 cm,因此在換索過程中對于主梁標(biāo)高的控制僅作為參考,實際以索力控制為主;在張拉臨時索的工況下,主梁標(biāo)高有很大的抬高,原因是此時由臨時索和原斜拉索共同承受主梁荷載;在拆除臨時索的工況下,主梁標(biāo)高開始有所減小,原因是拆除臨時索后,主梁荷載完全由新斜拉索承擔(dān),且在拆除臨時索后,主梁標(biāo)高相對換索前有所抬高,說明在換索結(jié)束后主梁標(biāo)高有所改善。

        調(diào)索前和調(diào)索后主梁南側(cè)標(biāo)高的實測值對比圖見圖9。

        圖9 調(diào)索前和調(diào)索后主梁南側(cè)標(biāo)高的實測值對比圖

        由圖9 可知,調(diào)索后的主梁標(biāo)高比調(diào)索前略有抬高,變化值最大為5 mm。說明調(diào)索后主梁標(biāo)高得到了進(jìn)一步的改善,但主梁依然存在小于10 cm 的下?lián)?。原橋運(yùn)營后已有近14 cm 的下?lián)?,?jīng)過調(diào)索后,主梁線形得到了改善,主梁標(biāo)高有所抬高,結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)也達(dá)到合理程度,但若是強(qiáng)行將主梁線形通過斜拉索拉回水平無下?lián)系奈恢?,則對結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)不利,有可能導(dǎo)致主梁開裂以致?lián)p壞。因此目前主梁線形已處于最佳狀態(tài),適于行人在橋上行走,安全舒適,同時提高了橋下通行的凈空。

        2.4 主塔偏位控制

        本工程主塔偏位采用全站儀法測量。通過測量學(xué)原理,根據(jù)2 點坐標(biāo)值計算出主塔的相對位移即主塔的偏位值,以偏向一機(jī)路側(cè)為正,偏向南直路側(cè)為負(fù),在實際換索過程中完成對主塔偏位的控制[7-8]。各工況下主塔偏位實測值見表2。

        表2 各工況下主塔偏位實測值 單位:mm

        由表2 可知,主塔在各工況下的偏位值均小于2 mm,主塔偏位不大,在換索施工過程中具有一定的安全性。主塔南北側(cè)測點偏移量基本相近,有所不同是因為南北側(cè)的索力分布不一致導(dǎo)致的,因此主塔偏位在施工過程中滿足要求。

        3 結(jié) 語

        (1)通過對本橋換索施工控制過程的分析,討論了換索過程中不同施工參數(shù)在不同施工階段下的特點,得出5 種工況下的斜拉索索力實測值與理論值變化趨勢基本一致,主梁線形、主塔偏位變化合理的結(jié)論。

        (2)通過對本橋換索控制,得到換索后實測索力與理論索力值之間的誤差最大為1.1%,均在規(guī)范要求的2%范圍內(nèi);主梁線形得到較大改善,最大抬高4.9 cm,使行人出行更加舒適;主塔偏位最大偏移值為1.3 mm,未超過施工控制時的規(guī)范要求,因此換索施工過程均滿足設(shè)計要求。

        (3)本工程斜拉橋規(guī)模不大,因現(xiàn)場條件限制,橋下為鐵路,故采用臨時斜拉索方案進(jìn)行換索。此方案具有可行性,可為類似工程提供參考。

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