懸索橋索股架設(shè)技術(shù)

劉家奎，羅 浩

(貴州順康檢測(cè)股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

主纜是懸索橋最重要的承重結(jié)構(gòu)，主纜線形對(duì)吊桿下料長(zhǎng)度、索夾位置及成橋線形等均有較大影響，因此必須嚴(yán)格控制主纜的架設(shè)精度。

1 工程概況

重慶江津至貴州習(xí)水高速公路筍溪河特大橋?yàn)閱慰?60 m簡(jiǎn)支鋼桁架加勁梁懸索橋。兩岸錨碇均為重力式錨碇。全橋共計(jì)162根吊索。主桁采用帶豎腹桿的華倫式桁架結(jié)構(gòu)，主桁桁高5.5 m，節(jié)間長(zhǎng)4.0 m。橋面系采用正交異性鋼橋面板，左右分為兩幅，每幅寬13 350 mm。橋面為1.35%的單向縱坡，橋型總體布置見(jiàn)圖1。

圖1 橋型總體布置(單位：cm)

主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股(PPWS)法形成。全橋共2根主纜，每根主纜中含106股平行鋼絲索股，每股由91根直徑為5.10 mm的鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成，每股標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度1 770 MPa，索股兩端采用熱鑄錨。索股排列位置見(jiàn)圖2，纜徑560 mm。主纜空隙率，在索夾內(nèi)控制為18%，索夾外控制為20%。

2 主纜架設(shè)控制目標(biāo)

為確保主纜最終線形達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，需對(duì)影響主纜線形的各參數(shù)進(jìn)行控制?？刂颇繕?biāo)分為施工階段控制目標(biāo)及成橋階段控制目標(biāo)，重點(diǎn)在于施工階段目標(biāo)控制?？刂颇繕?biāo)見(jiàn)表1，表2。

表1 施工階段控制目標(biāo)

表2 成橋階段控制目標(biāo)

3 基準(zhǔn)索股架設(shè)線形控制

根據(jù)塔錨聯(lián)測(cè)數(shù)據(jù)，索鞍實(shí)測(cè)預(yù)偏量[1]，對(duì)基準(zhǔn)索股架設(shè)線形進(jìn)行計(jì)算，其中包括對(duì)基準(zhǔn)索股架設(shè)線形控制、基準(zhǔn)索股跨中標(biāo)高與索長(zhǎng)調(diào)整量的關(guān)系式。

以中跨為列計(jì)算得出單根索股跨中點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式如表3所示。

表3 絲股坐標(biāo)計(jì)算公式

表3中D為相對(duì)于第一次塔錨聯(lián)測(cè)的跨度變化量，跨度增加為正，跨度減小為負(fù)，m；T為索股調(diào)整跨的平均溫度，℃；X為測(cè)點(diǎn)的位置，為測(cè)點(diǎn)到橋塔中心線的距離(江津側(cè)邊跨和中跨為到江津側(cè)橋塔中心線的距離，習(xí)水側(cè)邊跨為到習(xí)水側(cè)橋塔中心線的距離)，m；使用時(shí)需用實(shí)測(cè)里程計(jì)算出測(cè)點(diǎn)位置的X，并換算到全橋統(tǒng)一的投影面；Y為絲股中心的標(biāo)高，m。

索股跨中標(biāo)高變化與索長(zhǎng)變化量的關(guān)系如下。

中跨：Δs=Δh/2.232；江津側(cè)邊跨：Δs=Δh/7.326；習(xí)水側(cè)邊跨：Δs=Δh/6.218在標(biāo)高偏離理論標(biāo)高±20 cm的范圍內(nèi)，上述關(guān)系均具有較高的精度。因此可用于索股標(biāo)高的調(diào)整，以江津側(cè)邊跨為例應(yīng)用如下。

從江津側(cè)邊跨調(diào)出索長(zhǎng)1 cm，則江津側(cè)邊跨跨中的控制點(diǎn)標(biāo)高增加約7.326 cm，調(diào)入1 cm索長(zhǎng)到江津側(cè)邊跨，則江津側(cè)邊跨的控制點(diǎn)標(biāo)高減少約7.326 cm；如果江津側(cè)邊跨實(shí)測(cè)標(biāo)高與理論標(biāo)高之差為：Δh(實(shí)測(cè)標(biāo)高-理論標(biāo)高)，則調(diào)索量為：Δs=Δh/7.326，Δh為正時(shí)調(diào)入，為負(fù)時(shí)調(diào)出。

4 基準(zhǔn)索股錨跨張力控制

根據(jù)主纜索股實(shí)測(cè)彈模數(shù)據(jù)、主纜鋼絲實(shí)測(cè)直徑以及主纜鋼絲的線膨脹系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到基準(zhǔn)索股錨跨張力控制值。江津側(cè)基準(zhǔn)索股錨跨張力控制值為：178.83 kN，習(xí)水側(cè)基準(zhǔn)索股錨跨張力控制值為169.23 kN。

錨跨張力需進(jìn)行溫度修正，公式為

FT=T=4.42×(t-18)

通過(guò)個(gè)相對(duì)比，我們最終選擇了ASP．NET與SQL Server2008為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選擇的是具有強(qiáng)大功能的C#語(yǔ)言。

(1)

式中：FT為錨跨張力實(shí)際張拉值，kN；T為錨跨張力控制值，kN；t為實(shí)測(cè)溫度，℃；18為計(jì)算基準(zhǔn)溫度。

錨跨張力的允許偏差為±10 kN。

5 一般索股架設(shè)線形控制

調(diào)索過(guò)程中應(yīng)滿足環(huán)境條件要求：被調(diào)索股所在跨的順向溫差小于1.5 ℃[2]；被調(diào)索股的平均溫度應(yīng)低于其下鄰索股或者被調(diào)索股與其下鄰索股之間的平均溫度差應(yīng)小于+0.3 ℃。本橋溫度與跨中標(biāo)高最大變化量的關(guān)系約為3 cm/℃。

通過(guò)對(duì)類似懸索橋(壩陵河大橋、抵母河大橋)主纜溫度監(jiān)控情況確定本橋的索股溫度監(jiān)測(cè)方案為在主纜邊跨跨中、索塔頂(邊跨側(cè)靠近索鞍位置)、中跨四分點(diǎn)(L/4、L/2、3L/4)上(共7個(gè)截面、上下游共14個(gè)截面)布置溫度測(cè)點(diǎn)，每個(gè)截面布置四個(gè)溫度傳感器，共需要56支溫度傳感器，溫度測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2，為了便于測(cè)試將所有傳感器導(dǎo)線匯總引至8#塔頂。選用一線數(shù)字測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)試。索股架設(shè)階段對(duì)基準(zhǔn)索股進(jìn)行溫度測(cè)試，索股架完成后將基準(zhǔn)索股四周溫度傳感器移至主纜四周對(duì)主纜溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。至于被調(diào)索股與參考索股及被調(diào)索股與相鄰索股的溫差直接采用紅外測(cè)溫儀任意選擇兩個(gè)截面進(jìn)行測(cè)試。為了確保紅外測(cè)溫儀與溫度傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的一致性，分別用兩種測(cè)量方法進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量相互校準(zhǔn)。由于主纜每根索股基本處于緊貼狀態(tài)，因此對(duì)于一些監(jiān)測(cè)指南提出的在主纜橫截面均勻布置溫度傳感器測(cè)試主纜截面溫度的方法不具備可實(shí)施性。

圖2 主纜溫度測(cè)點(diǎn)布置示意圖

主纜多為預(yù)制平行鋼絲索股，架設(shè)時(shí)一般采用標(biāo)志法和垂度調(diào)整法結(jié)合。索股高差測(cè)量示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 一般索股調(diào)整高差測(cè)量示意圖

基準(zhǔn)索股：1#索股；

測(cè)試斷面：各跨跨中位置。

相對(duì)高差：架設(shè)時(shí)控制誤差為0～+5 mm；一般索股相對(duì)于基準(zhǔn)索股的高差計(jì)算如下

ΔHk,0=ΔHk-kTΔTk,0

(2)

式中：ΔHk,0為k層索股相對(duì)于基準(zhǔn)索股的理論計(jì)算相對(duì)高差；KT為溫差修正系數(shù)；ΔTk,0為被調(diào)索股與基準(zhǔn)索股平均溫度之差。

高差計(jì)算示例：

架設(shè)中跨22#索股，層號(hào)為6，溫差修正系數(shù)為18.1 mm/℃，調(diào)整如下：

假設(shè)被調(diào)索股與基準(zhǔn)索股的平均溫度差ΔT6,0=-0.2 ℃，根據(jù)式(2)計(jì)算得ΔT6,0=165.3+18.1×0.2=168.9 mm

即被調(diào)索股與基準(zhǔn)索股的理論高差為165.3 mm，但由于溫差影響實(shí)際高差為168.9 mm。

6 結(jié) 語(yǔ)

該橋根據(jù)以上索股架設(shè)方法使得整個(gè)架設(shè)過(guò)程較為順利，主纜緊纜完成后中跨實(shí)測(cè)標(biāo)高與理論值的偏差范圍為-3.1～-1.7 cm之間，滿足絕對(duì)垂度偏差≤±3.3 cm，邊跨實(shí)測(cè)標(biāo)高與理論值的偏差范圍為-3.6～-1.0 cm，滿足絕對(duì)垂度偏差≤±6.6 cm。主纜線形控制較好。