摘要 大跨度懸索橋結構復雜，具有強烈的幾何非線性，施工過程中的影響因素很多。為了使其橋梁達到理想施工與成橋狀態(tài)，采用橋梁結構靜動力非線性分析系統(tǒng)BNLAS軟件，對馬普多大橋進行了有限元分析，通過對橋塔偏位、主纜索股力與線形、主梁線形的監(jiān)測，利用合理的參數(shù)預測、反饋與調整方法取得監(jiān)測數(shù)據以指導施工過程，得到不同施工狀態(tài)下主纜、主梁、橋塔等控制參數(shù)的計算結果。結果表明：成橋狀態(tài)各工況下跨中高差最大值為54 mm，同一梁段上下游吊點處的橋面標高差值不超過20 mm，實測橋塔最大偏位誤差為?17 mm；加勁梁各位置在吊點處的上、下游實測標高與計算標高的差值，在南北1/2主跨正負不一致。

關鍵詞 參數(shù)預測；懸索橋；監(jiān)測 施工控制

中圖分類號 U448 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0010-03

0 引言

懸索橋是一種結構合理的橋梁型式，它能使材料充分發(fā)揮各自特長，這一特點使懸索橋成為大跨度橋梁中最具競爭能力的橋型之一[1]。對橋梁結構的施工過程進行合理的施工控制是橋梁施工結果盡可能滿足設計要求的重要保障。

懸索橋的主要受力部分是錨碇、塔、主纜及加勁梁結構，每一部分的施工狀態(tài)和應力、應變及沉降狀態(tài)對成橋的受力和線形都可能產生影響。對于懸索橋的關鍵部位和可能產生重大影響的部位，必須進行嚴格的監(jiān)測與控制，并且懸索橋相對較柔，施工過程中的工況變化繁多，形狀變化很大，結構具有強烈的幾何非線性，加之懸索橋不可能像斜拉橋那樣在后期對誤差進行調整，所以施工監(jiān)控很有必要[2-3]。

監(jiān)控計算是施工過程的跟蹤仿真計算，與設計計算的區(qū)別在于監(jiān)控計算必須考慮施工中已產生的誤差的影響，必須精確計算各種荷載的大小，必須分析后續(xù)施工中可能發(fā)生的各項誤差對已完成結構部分的影響（內力與線形），必須根據施工當時的溫度等條件確定施工時的控制參數(shù)（標高、安裝內力等）[4-6]；而設計計算是按理想的狀態(tài)、設定的基準溫度等條件，為保證結構強度、線形等進行的必要的理論計算。

1 工程概況

該文以莫桑比克馬普托大橋為工程案例，其為單跨雙絞懸索橋，主纜跨徑布置為260+680+284=1 224 m。主纜矢跨比為1∶10，兩根主纜之間的中心距為20.6 m，吊索水平間距為12 m，橋梁寬度為25.6 m，梁高為4.0 m。

2 監(jiān)控現(xiàn)場實施方案

施工監(jiān)控是一項較復雜的工作，除需要精確的計算軟件和方法并輔以監(jiān)測驗證外，監(jiān)控人員的經驗也異常重要。監(jiān)控人員不僅要精通設計方法、掌握橋梁力學特性，還要熟悉施工過程、加工過程，懂得施工異常情況的處理以及加工精度的控制。為了對大橋實施嚴格的監(jiān)控，達到施工監(jiān)控目標，監(jiān)控單位從監(jiān)控計算、監(jiān)控測試及監(jiān)控測量等三方面提出了較為詳細的監(jiān)控現(xiàn)場實施方案。監(jiān)控現(xiàn)場實施方案主要內容分為七部分：施工控制參數(shù)的選取、影響參數(shù)的確定、監(jiān)控量測方案、監(jiān)控計算內容與初步計算結果、施工程序概述及異常情況的對策、控制參數(shù)的預測、信息反饋及誤差調整。

2.1 施工控制參數(shù)選取

施工監(jiān)控的目的是使實際施工結構最大限度地逼近設計狀態(tài)，表征這個狀態(tài)的參數(shù)稱為結構狀態(tài)參數(shù)[7]。結構狀態(tài)參數(shù)是指通過施工過程和方法將各構件安裝架設形成結構后，該結構處于施工環(huán)境狀態(tài)下的內力（應力、應變）和線形（位移）。

為了使實際施工的結構狀態(tài)參數(shù)逼近設計值，達到架設中結構的安全控制和施工精度控制，通過前述分析，該工程選取重要程度高的結構狀態(tài)參數(shù)作為施工控制參數(shù)，包括橋塔應力、塔頂偏位、吊索索力、主纜線形和錨跨張力、加勁梁線形、橋面線形。

2.2 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測參數(shù)包括測試參數(shù)和測量參數(shù)，其中測量參數(shù)包括：橋塔偏位、橋塔標高變化量、主纜或索股線形、加勁梁或橋面線形；測試參數(shù)包括橋塔應力及溫度、吊索力、主纜錨跨張力、主纜溫度、加勁梁溫度。

選擇橋塔底部與塔梁結合處兩個橋塔應力測試截面，每個塔肢測試斷面考慮在索塔橫截面的角點及各邊中點設置測點，合計8個測點。在吊索安裝工況下，依次對安裝索附近的5對拉索進行測試（不必同時測試），在梁段吊裝完成和成橋狀態(tài)時，將對全部吊索索力進行測試和分析。主纜絲股張拉時的索力采用張拉設備控制，錨固后采用弦振式索力儀進行測試。長期測試將每隔3 d在每個錨室內選取5%且不少于5根的絲股進行測試。在重大工況或者特殊工況下，將對所有的絲股進行通測。主纜溫度監(jiān)測采用精度為0.1℃的無線溫度傳感器，測試斷面為塔處、主跨1/4、主跨1/2、主跨3/4、邊跨1/2、錨處共9個斷面。

橋塔偏位主要采用全站儀三維坐標法測量，在地面設置控制點，在塔頂兩個方向上安裝小棱鏡。橋塔標高測量利用在索塔承臺上設站，垂直測量至上橫梁頂支出點位，從而傳遞高程，同步使用電子水準儀將標高引測至塔頂?shù)募用芸刂泣c。主纜線形采用在塔頂設站進行測量，選用單向三角高程測量進行基準索股的線形監(jiān)控。主梁線形標高主要采用塔頂設站并引至梁面，再利用電子水準儀進行對應主梁測點的標高測量。

2.3 監(jiān)控計算

若懸索橋各構件一旦被架設，其誤差調整的可能性就比較小，為了使最終成橋狀態(tài)與設計目標狀態(tài)接近，只能在該構件后面施工時調整構件的參數(shù)。因此，在收集已安裝構件的施工誤差和后續(xù)待施工構件的設計參數(shù)的基礎上進行監(jiān)控計算，是懸索橋監(jiān)控最重要的手段。監(jiān)控測試和監(jiān)控測量主要是反饋實際施工的內力和線形情況，從而驗證設計，為監(jiān)控計算提供實測值數(shù)據。監(jiān)控計算的作用：校核設計參數(shù)，提供施工各階段理想狀態(tài)的線形及內力數(shù)據，對比分析施工各階段的實測值與理論值，對結構參數(shù)進行識別與調整，對成橋狀態(tài)進行預測、反饋，提供必要的控制數(shù)據。

利用有限元軟件進行計算，空纜狀態(tài)下的馬普托側塔頂軸力為11 513.84 kN，卡騰貝側塔頂軸力為11 174.67 kN。馬普托側塔底軸力為95 908.61 kN，順橋向彎矩為?10 259.68 kN?m；卡騰貝側塔底軸力為95 246.52 kN，順橋向彎矩為11 546.03 kN?m。這是由于空纜狀態(tài)是以主纜基準索股架設時順橋向剪力為零作為橋塔的設計控制條件，此時鞍座處于預偏位置狀態(tài)，主纜對橋塔的壓力為偏心壓力，該偏心壓力會對橋塔產生順橋向彎矩。

一期恒載狀態(tài)下的馬普托側塔頂軸力為49 697.46 kN，順橋向彎矩為3 090.68 kN?m，塔底軸力為134 145.80 kN，順橋向彎矩為123 823.73 kN?m?？v貝側塔頂軸力為47 623.54 kN，順橋向彎矩為?3 132.41 kN?m；塔底軸力為131 736.52 kN，順橋向彎矩為?128 553.62 kN?m。

成橋恒載狀態(tài)下的馬普托側塔頂軸力為63 436.77 kN，順橋向彎矩為28.65 kN?m；塔底軸力為148 710.22 kN，順橋向彎矩為?122.86 kN?m。卡騰貝側塔頂軸力為60 747.59 kN，順橋向彎矩為?17.49 kN?m；塔底軸力為145 689.52 kN，順橋向彎矩為594.22 kN?m。

2.4 控制參數(shù)預測、信息反饋及誤差調整

在施工過程的監(jiān)控分析中，將利用測試與測量的數(shù)據，對計算中的參數(shù)進行識別與修正，然后利用非線性程序進行全面的監(jiān)控計算。

采用成橋線形預測—誤差反饋—參數(shù)調整，該過程與實施過程可能不完全一樣，例如二期恒載的重量在吊裝梁段前可能才得以確定，那么此參數(shù)的誤差將在最后才能反饋給施工監(jiān)控仿真系統(tǒng)。

3 監(jiān)控測試與分析

3.1 主纜監(jiān)控測試與分析

在主纜緊纜完成后，應對主纜的成纜線形進行測量，該次測量數(shù)據是索夾安裝位置的重要依據。測量內容如下：各跨跨中的位置、標高和主纜豎徑、橫徑，主纜跨徑，散索鞍偏位、橋塔偏位和各跨主纜平均溫度，橋塔標高變化量，主纜跨中上下游相對高差。每天進行三輪監(jiān)測，測量結果見表1所示。從表1中空纜線形實測與計算結果的對比分析可知，兩者在同一工況下的結果差異較小，所有測量工況下跨中高差最大值為54 mm，并且左右幅跨中的相對高差均較小，說明了該文采用的有限元軟件計算得到的空纜線形結果與實測結果較為吻合[7]。

3.2 吊梁過程橋塔測試與分析

主梁吊裝期間共進行六次頂推，吊裝過程中主要通過塔偏測試保證施工安全。塔偏值的變化情況如圖1～圖2所示，其中負值表示小里程方向，正值表示大里程方向，實測值已扣除了溫度等因素的影響。

從主梁吊裝期間兩側橋塔的實測與偏位值與理論偏位值的對比分析可知，在各工況下兩橋塔偏位計算值與實測值均較小，計算值與實測值隨工況變化而產生的偏位變化趨勢相同，在同一施工工況下的兩橋塔偏位方向相反。

3.3 鋪裝前狀態(tài)測試與分析

在鋼箱梁安裝完成后，對各段梁體上、下游側分別進行標高測量，并與有限元軟件計算結果進行對比分析，如圖3所示。其中上、下游測點在橋梁橫斷面上均距主梁邊緣80 cm，在每個吊裝梁段的縱向單側布置3個測點，端測點距梁段20 cm，中測點位于梁段的中間位置。

從圖3數(shù)據比較可知，在橋面鋪裝前，鋼箱梁實測標高與監(jiān)控計算的標高比較接近，數(shù)據變化規(guī)律性較好。實測高程結果與計算結果的絕對差值約?79～89 mm，負值出現(xiàn)在靠近馬普托側橋塔的北半跨梁段，而靠近卡騰貝側橋塔的南半跨梁段的橋面標高均比計算值高，分析其原因是主纜纏絲只完成了靠近馬普托側的1/2主跨以及兩側邊跨，而靠近卡騰貝側的1/2主跨還未進行纏絲。

跨中位置和橋塔附近梁段的上、下游吊點處的橋面標高差值均滿足20 mm的要求，其中最大高差為16.5 mm。加勁梁各位置在吊點處的上下游實測標高與計算標高的差值，在南北1/2主跨的正負不一致，呈現(xiàn)出“S”形，與主纜纏絲和臨時荷載橋面布置位置有關。當主纜纏絲、橋面鋪裝完成，以及拆除臨時荷載后，橋面將達到平順、美觀的效果。

4 結論

通過實測結果與計算結果的比較表明，在計算與實測所考慮的范圍內，該橋各項指標均控制較好，部分指標達到了很高的精度；監(jiān)控過程中對結構參數(shù)的選取把握很準，對特殊位置的標高控制準確，完成效果達到了較高水平。主要的結果如下：

（1）所有測量工況下跨中高差的最大值為54 mm，并且左右幅跨中的相對高差均較小，該文采用的有限元軟件計算得到的空纜線形結果與實測結果較為吻合。

（2）在橋面鋪裝前，鋼箱梁實測標高與監(jiān)控計算的標高比較接近，數(shù)據變化規(guī)律性較好。

（3）同一梁段上、下游吊點處的橋面標高差值不超過20 mm，表明梁段吊點上、下游高差控制較好。

（4）實測橋塔的最大偏位誤差為?17 mm，結果表明橋塔偏位與理論基本吻合。成橋后吊索力的測試值與有限元模型計算的該階段理論索力值誤差低于10%，達到了較高精度。

（5）加勁梁各位置在吊點處的上、下游實測標高與計算標高的差值，在南北1/2主跨正負不一致，呈現(xiàn)出“S”形，與主纜纏絲和臨時荷載橋面的布置位置有關。

參考文獻

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