独塔单索面不对称斜拉桥施工监控技术

ＬｏＷ　ｃＡＲＢｏＮＷｏＲＬＤ　２０１５，＇，２　交通环保　独塔单索面不对称斜拉桥施工监控技术　林涛（中铁二十四局集团福州闽龙铁路工程有限公司，福州３５００１３）　【摘　要】通过独塔单索面斜拉桥施工的监控实践，分别介绍施工过程的监控方案和监控内容，在有限元软件ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ中建立空间分析模　型，计算箱梁预拱度、箱梁和塔横梁应力与斜拉索索力，实现对主梁线形、索塔与塔横梁内力和索力等多元化目标的合理控制，达到了实现线形　平顺、减少调索次数及缩短施工周期的目标。　【关键词】独塔；单索面；斜拉桥；施工监控　【中图分类号】Ｕ４４８．２７　【文献标识码】Ａ　【文章编号】２０９５—２０６６（２０１５）０６—０２６５—０３　１引言　斜拉桥作为一种拉索体系．相比梁式桥，其跨越能力更　大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥是由加劲梁、桥塔、拉　索三大基本构件组成的高次超静定缆索承重结构，形成桥面　体系以加劲梁受压弯为主，支承体系以桥塔受压、拉索受拉为　主的合理受力状态【１ｌ。根据拉索索面布置特征，拉索体系可分为　单索面、平行双索面、斜索面等类型。由于斜拉桥具有经济美　观、施工便利等优点，近年来在桥粱建设中得到了广泛应用闭。　图１桔子洲大桥主桥总体布置图　２工程概况　福建光泽县桔子洲大桥主桥工程为独塔单索面斜拉桥，　跨径布置为８０＋６０ｍ，桥面宽度为３０ｍ，塔梁墩固结，采用扇形　索面。索塔采用风帆造型，塔身及塔根部分纵桥向分为Ａ、Ｂ　两塔柱．塔顶区域两塔柱合而为一。两塔柱间共设置５对钢横　３施工监控计算内容　３．１施工监控的意义　预应力混凝土斜拉桥的施工过程受到众多因素的影响．　因而施工过程中的实际结构状态与设计状态之间不可避免地　梁。索塔布置于路中中分带内，与主梁固结。索塔总高度　５２．６２５ｍ．其中桥面以上高度为４０ｍ。斜拉索为单面索，扇形布　置于中间分隔带内，全桥共１８对，３６根。斜拉索锚固点在主　跨侧纵向间距为６ｍ．在边跨侧纵向间距４．５ｍ。图１给出了桔　子洲大桥主桥工程的立面图。　存在误差。这种误差将会随着施＿Ｙ－过程的推进而不断累积．如　果不能够及时加以控制和调整．误差可能会累积到无法接受　的程度．严重者会影响结构的顺利合拢或危及结构内力安全　因此．预应力混凝土斜拉桥施工监控是保障施工期的结构安　全、顺利实现设计目标的有效手段．在预应力混凝土斜拉桥建　况，按照图纸进行规范施工，并采用合理的技术。　悬臂梁上进行浇筑，并防止支架出现不均匀沉降．从而增加混　凝土开裂的可能性。　２．２混凝土和钢筋混凝土的现浇施工　（１）混凝土拱、钢筋混凝土拱在支架上浇筑　现在针对跨度较小或不大于１６ｍ的拱柱或拱圈．相关人　员可以弄通过两端拱脚向拱顶进行连续对称浇筑．并保证这　项工程能够在混凝土凝结之前全部完成．如果施工的跨度大　于等于１６ｍ．那么相关施＿Ｔ－单位可以按照拱跨方向，进行分段　式浇筑［４１。在这个过程中，要保证拱架受力与节点的位置不会　重合．如满布式拱顶应设置在规定的位置。确保其宽度为跨径　的１／４。施工中接缝面应与拱轴线保持一致，并在多个分段处，　留下预留间距。间隔槽混凝土要在以此浇筑后完成，如果因为　其他原因，要保证施工缝与拱轴线垂直。在达到７０％后进行处　理．接合面要按照施工缝进行处理　３结束语　通过上文对公路桥梁上部构造的施Ｘ－．技术分析．施工技　术在整体施工中具有非常重要的作用．能够保证桥梁的整体　质量。在我国交通设施使用中．公路桥梁是一项重要组成．所　以公路桥梁质量的好坏．直接影响人们的交通出行．如果公路　桥梁无法正常运作，很可能给社会带来巨大的损失。相关人员　应认真分析在公路桥梁上部构造中使用的施工技术．分析分　析其施工条件，通过这种方式建立更好的公路桥梁．确保我国　交通行业能够顺利发展．满足人们的需求　参考文献　（２）钢筋混凝土梁在支架上浇筑　［１］杜智慧．公路桥梁上部构造的施工工艺分析［Ｊ１．科技视界，２０１５（２）：　　在进行建筑梁体混凝土时．要按照梁的全部横断面进行　２４１～２４２．￣－守朴．公路桥梁上部构造的施工工艺『Ｊ】．内蒙古公路与运输，２０１１　分段．并保证浇筑能够连续分层进行。在浇筑过程中．要控制　［２］－浇筑前后的距离．针对浇筑的厚度。要通过插入式或附着式的　振捣器振捣，最好不要超过３０ｃｍ。如果箱梁体不能一次浇筑　（２）：４１～４２．　［３】贾夏凯．谈公路桥梁上部构造施工工艺啊．山西建筑，２０１４（４）：１２５—　１２６．　完成．那么应进行二次浇筑。首先要在浇筑到梁的底板的承托　［４］李兰生．对公路桥梁上部构造的施工工艺的探讨分析【ＪＪ．青海交通　顶板上部３０ｃｍｒ￣３。在第二次浇筑前，相关人员要对脚手架的情　科技，２０１４（２）：１７９～１８０．　况进行分析，确保不会出现收缩或下沉．保证在该过程中压缩　【５］薛春英．公路桥梁上部构造的施工工艺ｆＪ］．城市建筑，２０１４（４）：１０２一　和沉降的程度比较少　如果采用分层式浇筑。要从一端开始进　】Ｏ３．　行，要保证邻跨悬臂，向墩台进行。如果悬臂粱桥的跨径一般，　要保证混凝土强度达到设计强度的７０％．然后再进行浇筑施　收稿日期：２０１５—１—２５　工。简支梁的跨径比较大，基底的刚性不足，应在连续粱或是　交通环保　ＬＯＷ　ＣＡＲＢ０Ｎ　ＷｏＲＬＤ　２０１５，２　设过程中起到至关重要的作用　３－２施工监控参数的选取　在施工监控计算中，需要在计算模型中输入与实际情况　相符的模型参数，部分参数（如构件的弹性模量、容重等）根据　以往经验或者规范取值．构件应力应变与位移需要在实际施　行应力监测，采用应变片进行数据采集。　根据现场情况，在０号块箱梁顶板底面、１２３号塔横梁两　端底面、ＡＢ塔肢根部布置应变片，并将接线引至桥面　进行测　量时将接线按照１／４电桥连至应变仪，即可测出应变．通过换　算可得到测点应力。０号块主跨侧布置９个测点．边跨侧布置　塔横梁测点布置见图４，每对　工中进行现场测试，并根据实时测量数据对这些参数进行分　６个测点，箱粱测点布置见图３；析拟合，以使施工监控计算与实际施工相符　本３－－程所用材料　塔横梁设置４个测点　税线　自　的材料参数均按照规范取值．二期荷栽考虑桥面铺装．人行道　板，栏杆，缘石等，取一１３６．１ｋＮ／ｍ。根据施工现场情况与监控目　０々　ｉ　自　／　／　／　／　ｏ々　彳　＝＿＝＝Ｆ＝＝『　＿二＝：　一一　＝＝＝＝＝　ｌ二　＝＝＝　Ｆ＝＝＝　标，本工程选取主梁应力、索塔应力与拉索索力为施工监控的　毒：』　＝一：＝＝圭～　三二：＝：：二二　一一　，—二＝＝：二＝±＝二—　＝＝＝　＝　＝＝　一主要控制指标　３．３有限元模拟　本文采用ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ对结构进行模拟计算．以实现对结　构内力与线形的实时预测和控制。软件中结构自重以构件质　量乘以重力加速度模拟，施工过程中施工荷载的施加和卸载、　斜拉索与预应力钢束的张拉和放松均在施工阶段中激活或钝　化。纵向预应力荷载通过输入钢束形状和张拉应力模拟．以外　荷载的形式施加于箱梁单元。模型的边界条件为：约束墩底节　点所有自由度．两跨支座处约束竖向和横向自由度：主桥箱梁　采用支架施工，软件中用弹簧刚度模拟支架的支承作用。软件　以施工阶段的延续模拟实际工程中的施工进程．图２给出了　ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ的有限元模型示意图　图２有限元模型示意图　３．４施工监控的计算内容　３．４．１测试斜拉索索力　索力测试分为张拉阶段测试及事后测试。张拉阶段指对　正在张拉的拉索的监测：已经完成锚固的拉索由于其他拉索　的张拉或其他外荷载将引起索力改变，对其进行的索力监测　成为事后测试。拉索的张拉由于过程不可逆，因此对其应采用　更高精度的测试方法并辅助以其他手段。　索力监测具有以下几个主要目的：　确保张拉力的准确；　②为施工监控的误差分析、参数识别提供实测参数；⑧用于估　算悬臂端几个梁段的内力状态。　斜拉索索力测定采用两套测量系统，即优泰信号采集与　分析系统和纵向版ＪＭ一２６８动测仪，将两套系统测得的索力与　计算的索力比较。优泰系统并不能直接测得斜拉索索力，直接　得到的是斜拉索振动频谱图，通过分析得到的频谱图得到基　频．根据索力近似计算公式ｐ】：　２　２　Ｔ＝４ｍｌ　ｆｌ　可得到斜拉索索力。其中ｍ为被测斜拉索单位长度质量，　ｌ为被测斜拉索长度。在采用ＪＭ一２６８动测仪进行测量时，需　输入斜拉索的索长、线密度等参数，测量时通过指定已输入的　斜拉索编号可以直接读出索力。后文的斜拉索编号为：斜拉索　数字编号＋根据视线方向（主跨—　副跨）确定每对索的左侧索　和右侧索．如３　左即为从主跨向副跨看去的３　号索左侧索。　３．４．２调索后的主梁应力及索塔应力　考虑到测点应力的理论值与实测值难以达到误差分析或　参数识别的要求，因此，主梁与索塔应力监测的主要目的是确　保结构在整个的施工过程中的安全。索塔两侧主梁的两个支　承点间的距离较大。塔横梁所受拉力较大，塔根弯矩较大，因　此对索塔两侧主梁的中间截面、塔横粱端部截面、塔根截面进　２６６　Ｌ　—　一一　ｆ　／　／／　Ｌ．．　Ｌ一一Ｊ　ｊ＿　薯　尊　’～’～～］（ｌ…一～　。点：…童：…蔓　……一～一…二　（～～一——曼　ｉ　ｒ…一…　　】图３箱梁测点布置　ｔ　４　…　一　＿’●……　Ｉ！三一…～一一—望Ｊ　主跨　迪踌　巨二：二　二：二　２　３　图４塔横梁测点布置（俯视图）　４监控计算结果及分析　４．１箱梁预拱度　为了使桥梁在成桥后运营阶段达到最终的设计线形．在　施工过程中对每个节段提供预拱度。该预拱度包括三项：恒载　预拱度、活栽预拱度和徐变预拱度。其中恒载预拱度即是考虑　施工过程的自重及恒栽引起的变形．活载预拱度按照１／２汽　车活载产生的挠度取值．徐变预拱度在软件中可自动计算．预　拱度中考虑支架弹性变形，得到预拱度值（见图５）。在实际施　工中，根据理论计算值拟舍得到的曲线并结合实际施工确定　买际预拱度　图５箱梁理论预拱度（单位：ｍｍ）　４．２箱梁的应力　以主跨箱梁监控截面为例．图６（图中的横坐标均为施工　步骤）给出了施工阶段中该箱梁截面监控点的应力情况，即从　“ｌ号索张拉完”至“９号索张拉完”过程中的截面受力情况。可　以看到，所测箱梁截面的实际应力状态与理论值吻合的较好，　误差多在１０％左右．且满足设计规范。误差主要来自测量方法　的误差、实际温度与有限元模拟中温度场不一致等方面。另外，　混凝土材料本身的离散型也给应力测量带来不确定因素。　４．３塔横梁的应力　以一号塔横粱监控点为例，给出施工阶段中一号塔横粱监　控点的应力情况，见图７（图中的横坐标均为施工步骤），即从“１　号索张拉完”至“９号索张拉完”。可以看到，所测塔横梁截面的　实际应力状态与理论值吻合的较好，误差多在１０％左右。　４．４　ｒ条力　根据设计单位提供的索力调整目标，确定最后一次（两次　Ｌ０Ｗ　ｃＡＲＢ０Ｎ　ＷｏＲＬＤ　２０１５／２　ｊ＼　＼　广ｊ＼—————ｊ　０　厂———　厂——ｊ＼——　　＼　；：：、　边跨侧　ｊ　侧　．　．＼　．　．　１　２　３　４　７　８　９　图７一号塔横梁下缘应力（单位：ＭＰａ）　调索）调索的调索方案。为减少更换千斤顶次数，确定调索顺　序为９号索一１号索。每对索的张拉力见表１．张拉完全桥斜　拉索索力的理论值与实测值的对比情况见表２。可以看到．在　最后一轮调索结束后．斜拉索的实测索力与目标索力相差很　小，均在５％以内，满足《公路斜拉桥设计细则》（ＪＴＧ／ＴＤ６５—　０１－２００７）的规定　表１二次调索张拉力　索编号　张拉力（ｋＮ）　索编号　张拉力（ｋＮ）　９　５９４４．６　１　３８６２．８　８　６ｏ０３．１　２　３９３３．１　７　５９９７．５　３　５０７７．３　６　５５９８．５　４　５１６１．２　５　５５４３．５　５　５６４０．２　４　５４７２．３　６　５７１１．７　３　５３９７．８　７　５８８４．９　２　４９Ｏ０．Ｏ　８　５９０２．６　１　４８６９．３　９　５８７５．７　４．５小结　在桔子洲大桥的施工控制中。通过确立合理的施工误差　容许度指标，实现对构件应力和拉索索力等多元化目标的合　理控制，达到了实现线形平顺、消除多次调索及减少施工周期　的预期目标，成桥阶段结构的内力和线形与设计预期吻合．满　足了《公路桥涵施工技术规范》（ＪＴＧＴＦ５０～２０１１）、《公路斜拉　桥设计细则》（ＪＴＧｆｒＤ６５—０１—２００７）等有关规范的规定，为项目　的顺利竣工提供了有利保障。　５结束语　从结合桔子洲大桥主桥施工监控的项目研究和具体的工　程实践可以得到以下几点结论：　（１）中小跨径独塔斜拉桥的施工中进行相应的施工控制　交通环保　表２施工桥面铺装之前理论索力与实测索力（单位：ｋＮ　索编号　理论索力　实测索力　误差　索编号　理论索力　实测索力　误差　左　５７９０．４　５５５７．７　－４．Ｏ％　左　３８６２．８　３７３７．６　—３．２％　９　１　右　５７９０．４　５７６０．８　－０．５％　右　３８６２．８　３８６２．３　０．０％　左　５７５７．６　５６４８．２　—１．９％　左　３８５７．０　３９６７．０　２．９％　８　２　右　５７５７．６　５７６９．８　Ｏ．２％　右　３８５７．０　３７５７．０　－２．６％　左　５７２９．２　５７０３．４　—０．５％　左　４９５０．４　４９７６．０　０．５％　７　３　右　５７２９．２　５７２８．６　Ｏ．０％　右　４９５Ｏ．４　４９ｌ６．７　－０．７％　左　：５　”　ｌ　５％　６　“５２９４．４　５２８１．４　－０．２％　左　４９５７．１　５０３３．２　４　右　５２９４．５　５３０５．１　Ｏ－２％　右　４９５７．１　４９８４．９　Ｏ．６％　左　５２７４．３　５３０７．６　Ｏ．６％　左　５３５８．０　５２５７．４　—１．９％　５　５　右　５２７４．３　５３８１．５　２．Ｏ％　右　５３５８．０　５３５１．６　一Ｏ．１％　左　５２６３．０　５２４１．８　—０．４％　左　５３７３．４　５３６５．１　－０．２％　４　６　右　５２６３．０　５２６２．６　Ｏ．０％　右　５３７３．４　５３７６．２　Ｏ．１％　左　５２６３．０　５０２８．８　－４．５％　左　５５５ｌｌ３　５４０５．４　—２．６％　３　７　右　５２６３．０　５１３９．９　－２－３％　右　５５５ｌ－３　５３ｌ１．５　－４．３％　左　４８３９．８　４８７１．５　０．７％　左　５５６７．３　５４９２．１　—１．４％　２　８　右　４８３９．８　４７６２．１　—１．６％　右　５５６７．３　５４１２－８　－２＿８％　左　４８６９．３　４８５９．８　－０－２％　左　５５８３．９　５５２８．５　一１．０％　１　右　４８６９．３　４９４４．５　１．５％　９　右　５５８３．９　５４９５．４　一１．６％　研究是对其施工安全、可靠进行的重要保障，是提高施工质量　的重要技术手段　（２）针对桔子洲大桥的设计、施工具体特点研究而建立的　施工控制系统有施工控制的现场测试、实时测量等子系统构　成，其中涉及了标高控制、索力测量、应力监测预警等实际施　工控制中的重要内容。经过本桥施工控制实践证明该系统性　能完善、运行可靠，适应了本桥施工监控的技术要求。　（３）根据设计院提供的一次索力与二次索力，综合利用影　响矩阵法与正装迭代法，合理的制定了调索方案．为塔粱的合　理受力提供了保障　（４）在桔子洲大桥的施工控制中．通过确立合理的施工误　差容许度指标，实现对主梁线形、索塔与塔横梁内力和索力等　多元化目标的合理控制．达到了实现线形平顺、消除多次调索　及减少施工周期的预期目标，成桥阶段结构的内力和线形与　设计预期吻合　参考文献　［１］徐强，杨威，蒋敏杰．绥芬河斜拉桥塔梁同步施工控制技术的研究　叨．城市道桥与防洪，２００７（１１）：７５～７９．　［２］徐郁峰．大跨度预应力混凝土斜拉桥施工控制理论与核心技术研究　及软件开发『Ｄ１．华南理工大学，２００４．　【３】魏建东，刘山洪．基于拉索静态线形的索力测定ｆＪ］．工程力学，２００３　（０３）：１０４～１０７．　收稿日期：２０１５—２—１５　作者简介：林涛（１９８１一），男，中级工程师，本科，从事土木工　程管理工作。