斜拉橋施工監(jiān)控方案

李 根

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

1 工程概況

某橋主橋?yàn)楠?dú)塔疊合梁雙索面斜拉橋，邊跨設(shè)置輔助墩，全長(zhǎng) 476m(268m+144.7m+63.3m)，主塔為混凝土主塔，鉆石形塔身，半漂浮體系，主梁為鋼-混凝土疊合梁，其中縱梁采用箱形截面，索按空間扇形雙索面布置，具體設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2 斜拉橋監(jiān)控主要內(nèi)容

斜拉橋的監(jiān)控計(jì)算是施工控制的核心，應(yīng)對(duì)主要施工步驟、局部及重點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行特殊分析，并對(duì)成橋后結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

2.1 合理成橋狀態(tài)的確定

本橋采用綜合法確定合理的成橋狀態(tài)，其中在確定成橋索力時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾方面問題:

(1)合理分配索力大小，一般索力大小與其長(zhǎng)度成正比關(guān)系，有些特殊部位如橋塔和錨索等區(qū)域允許出現(xiàn)突變現(xiàn)象，其余均按照均勻分配的原則進(jìn)行索力分配。

(2)使得恒載彎矩為活載最大效應(yīng)值與最小值和的一半近似，按照該方法進(jìn)行組合時(shí)，彎矩圖分布合理，使得結(jié)構(gòu)安全，能夠更好發(fā)揮材料性能。

(3)恒載狀態(tài)也要盡量考慮活載的作用，橋塔彎矩不宜過大，可以向河岸方向預(yù)留一部分偏位，以保證結(jié)構(gòu)在恒載和活載的作用下安全運(yùn)營(yíng)。

(4)橋塔與主梁的應(yīng)力設(shè)計(jì)應(yīng)合理，內(nèi)力圖應(yīng)平緩，嚴(yán)禁出現(xiàn)突變現(xiàn)象，并保證應(yīng)力最大值在合理范圍內(nèi)留有足夠的安全值。

(5)保證支座的受力性能及成橋后的線性。

2.2 鋼主梁無應(yīng)力制造線形

本橋采用先安裝鋼主梁、鋼橫梁、橋面板，然后澆注接縫混凝土的方法施工，鋼主梁通過螺栓連接，某一節(jié)段的偏差對(duì)后續(xù)節(jié)段的線形會(huì)產(chǎn)生影響，工廠制造線形影響和決定了現(xiàn)場(chǎng)安裝線形，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)制作線形的控制，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼裝時(shí)鋼主梁處于無應(yīng)力狀態(tài)，其線形和長(zhǎng)度可根據(jù)成橋時(shí)的設(shè)計(jì)線形和內(nèi)力狀態(tài)反算。

2.3 斜拉索無應(yīng)力索長(zhǎng)

拉索是斜拉橋的一個(gè)主要部件，它可以為斜拉橋分擔(dān)較大一部分荷載，因此如果能夠充分利用材料性能，準(zhǔn)確計(jì)算索力大小，將對(duì)橋梁施工狀態(tài)及成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性具有重大意義，但拉索長(zhǎng)度的確定也必須進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，如果索太短會(huì)帶來施工安裝中的不便;太長(zhǎng)就需要加墊塊，局部受力較大難以控制，因此設(shè)計(jì)拉索時(shí)必須對(duì)垂度、材料彈性模量進(jìn)行修正，索下料長(zhǎng)度的計(jì)算

其中△Le為彈性伸長(zhǎng)量，△Lf為垂度影響的伸長(zhǎng)量。

2.4 理論線形及內(nèi)力、應(yīng)力計(jì)算

斜拉橋由于其結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，體系在施工中多次發(fā)生改變，其線性內(nèi)力也隨之改變，所以必須利用有限元軟件對(duì)施工全過程進(jìn)行建模計(jì)算，通過模擬荷載，分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化情況，全面準(zhǔn)確地考慮施工過程中與運(yùn)營(yíng)使用中結(jié)構(gòu)的線性及內(nèi)力應(yīng)力大小，掌握最不利荷載位置進(jìn)行相應(yīng)加固，確保結(jié)構(gòu)的安全性。

2.5 斜拉索張拉及調(diào)整計(jì)算

2.5.1 施工索力的計(jì)算

在主梁的施工過程中，為了改善已裝梁段的鋼主梁和混凝土橋面板的受力，需要分次張拉斜拉索，其張拉方案，需要考慮很多的因素來確定，一般需要考慮的主要因素有:

(1)拉索的張拉次數(shù)，張拉次數(shù)不宜太多，太多會(huì)使施工變得復(fù)雜，;但也不能太少，太少了就無法保證結(jié)構(gòu)在各個(gè)施工階段內(nèi)的受力安全;

(2)已裝梁段的鋼主梁和橋面板的受力安全;

(3)嚴(yán)格控制主梁前端撓度值，以有效的控制主梁線形。

2.5.2 調(diào)索索力

施工過程中結(jié)構(gòu)受到多方面影響往往會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)實(shí)際情況與預(yù)期存在一定偏差，這就需要調(diào)整拉索索力來抵消一部分誤差，影響矩陣法是索力調(diào)整過程中常使用的方法之一，該方法簡(jiǎn)便有效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，因此受到廣泛關(guān)注。

影響矩陣法將多種目標(biāo)函數(shù)統(tǒng)一用索力變量與廣義影響矩陣表示，這種處理方式可將對(duì)應(yīng)索力的影響矩陣一次形成，如果采取電算也是十分快捷的，由此得到了廣泛應(yīng)用，但是施工現(xiàn)場(chǎng)的索力調(diào)整方式還是通過伸長(zhǎng)量來進(jìn)行的。

2.6 鋼梁安裝定位標(biāo)高的確定

成橋合理線形和張拉索力確定后，即可確定安裝定位預(yù)拱度，進(jìn)而計(jì)算安裝定位標(biāo)高，如果設(shè)計(jì)標(biāo)高為H，預(yù)拱度為Y1，變形為Y2，安裝定位標(biāo)高修正值為H修，安裝定位標(biāo)高H安，可以按照下式進(jìn)行計(jì)算:

其中:成橋預(yù)拱度Y1包括成橋后產(chǎn)生的位移和活載預(yù)拱度兩部分。

2.7 成橋運(yùn)營(yíng)狀態(tài)驗(yàn)算

成橋運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的驗(yàn)算對(duì)于結(jié)構(gòu)安全性的保障具有重要意義，我們應(yīng)該按照施工及成橋階段的實(shí)測(cè)值，利用有限元軟件進(jìn)行模擬分析，計(jì)算成橋階段恒載應(yīng)力，參照規(guī)范進(jìn)行運(yùn)營(yíng)狀態(tài)荷載組合情況下結(jié)構(gòu)內(nèi)力及彎矩計(jì)算，與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)橋梁監(jiān)控作出評(píng)價(jià)，并進(jìn)行相應(yīng)修正。

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