斜拉桥施工控制方案

目录

悬索桥施工控制方案 (1)

1、引言 (1)

1.1大跨径悬索桥施工控制分析 (1)

1.1.1 大跨度悬索桥施工控制的特点 (1)

1.1.2 大跨度悬索桥施工控制的计算理论、方法和实施步骤 (2)

1.1.3 大跨度悬索桥施工控制的内容 (3)

2、工程概况与项目特点 (5)

2.1工程概况 (5)

2.2项目特点 (5)

3、施工监控的目的与目标 (6)

4、施工监控内容与方案 (9)

4.1施工控制参数 (10)

4.1.1施工控制参数的选取 (10)

4.1.2监控计算内容 (13)

4.1.3监控测试内容与方案 (19)

4.1.4监控测量的内容与方案 (23)

4.2影响参数的确定 (23)

4.2.1基准丝股架设线形影响参数 (24)

4.2.2成缆线形的影响参数 (24)

4.2.3成桥线形的影响参数 (25)

4.2.4桥塔状态的影响参数 (25)

4.2.5影响参数的确定方法 (26)

4.3施工程序概述及异常情况的对策 (28)

4.3.1桥塔立柱施工阶段 (28)

4.3.2安装施工猫道 (28)

4.3.3鞍座预偏就位 (29)

4.3.4主缆丝股架设 (29)

4.3.5紧缆、索夹安装 (29)

4.3.6猫道改挂 (29)

4.3.7梁段安装、顶推鞍座 (29)

4.3.8桥面铺装、主缆防护等二期恒载 (30)

4.3.9成桥恒载状态 (30)

5、监控技术方案的保证措施 (30)

6、监控工作安全保证措施 (31)

参考文献 (33)

悬索桥施工控制方案

1、引言

目前，悬索桥已经步入千米级特大跨径桥梁行列。迄今为止，世界上最大跨径的悬索桥为日本明石海峡大桥，建成于1998年，主跨1991m。而世界排名前十位的大跨径悬索桥，我国占了5座，分别为西堠门大桥，主跨1650m，建成于2009年；润扬长江大桥，主跨1490m，建成于2005年；江阴长江大桥，主跨1395m，建成于1999年；香港青马大桥，主跨1377m，建成于1997年；以及正在建设的南京长江四桥，主跨1418m，预计2013年底建成通车。这充分体现了随着国民经济的快速发展，我国的桥梁建设事业也以前所未有的速度向前发展。从上世纪九十年代起，我国进入了大规模修建桥梁的时期，我国桥梁工作者的辛勤努力工作，使得我们同发达国家的差距逐步缩小，我们正经历从桥梁大国到桥梁强国的转变。

在悬索桥的施工过程中进行主缆垂度、加劲梁标高、索塔倾斜度、索鞍位移等的施工监测与控制，使结构各施工阶段的实际状态最大限度地接近设计理想状态，确保成桥后的内力状态和几何线型符合设计要求，是悬索桥成功施工的关键技术之一。

1.1大跨径悬索桥施工控制分析

近年来，悬索桥在我国得到迅速地发展，已经和正在修建的特大跨径悬索桥十余座。由于悬索桥在成桥状态主缆线形未知，在施工过程中主缆和吊索一般不能像斜拉桥那样重复张拉，成桥时要使其线形和受力满足设计要求就有一定难度，再加上实际施工中选材特性的离散性、施工质量的随机性，以及施工条件的不断变化，对全桥的受力和变形的控制难度更大了。为了保证悬索桥在施工过程中的安全，并使成桥时结构线形和受力状态最大限度地逼近设计状态，建立悬索桥体系的施工控制体系就显得十分重要[1，2]。

1.1.1 大跨度悬索桥施工控制的特点

与其他桥梁相比，悬索桥在施工过程中的结构几何形状较难控制和管理，容易产生各种施工误差[3，4]。其原因有以下几点。

1）悬索桥是由刚度相差很大的构件(索、吊杆、梁)组成的高次超静定结构，

与其他形式的桥相比，具有显著可挠的特点。在整个施工过程中，悬索桥结构的几何形状变化较大。

2）悬索桥结构几何形状对温度变化非常敏感，温度变化将引起悬索桥结构几何形状的较大改变。

3）施工各阶段中消除误差比较困难。在悬索桥的施工过程中，主缆一旦施工完毕，无法调整其长度，而且吊杆的长度也无法像斜拉桥施工中对斜拉索的重复张拉那样进行调整，仅可通过垫片微幅调整。

4）其他一些随机因素的影响。由于悬索桥施工方法和过程的特殊性，在施工阶段，悬索桥结构容易出现结构的不稳定和结构构件应力的超限。施工控制时必须密切监控以下3个方面：首先，悬索桥在施工阶段时，加劲梁之间先上缘临时铰接、下缘张开，等到加劲梁全部吊装完毕，再将临时铰接变为刚接。在吊梁的某些阶段，颤振失稳的临界风速可能大大低于成桥状态的临界风速。尤其在本桥施工控制中应该对这种临界风速密切关注。其次，悬索桥的吊梁与鞍座顶推不同时进行，在吊梁时，塔顶鞍座与塔顶在水平方向临时约束，随着吊梁的进行，塔顶与鞍座一起发生位移，塔根承受一定的弯矩，可能使得塔根应力超限。为了避免该问题，吊梁到一定程度，就要释放塔根的弯矩一次。具体的作法是用千斤顶调整塔顶鞍座与塔顶之间的相互位置，使塔顶回到原来没有水平位移时的状态。最后，实际施工中，为了减少在恶劣气候条件下现场焊接的工作量，总是期望能一次安装较长的节段(为了增加加劲梁结构的抗风稳定性，常把几个加劲梁先焊成一刚性相连段，即这几块加劲梁段的施工是一边吊装一边刚接成一个较长的节段)。但如果一次安装的节段长度太大，则节段最外侧的吊索可能超载、加劲梁的弯曲应力产生超限。

1.1.2 大跨度悬索桥施工控制的计算理论、方法和实施步骤

悬索桥的计算理论经历了弹性理论，挠度理论以及目前的有限位移理论。在弹性理论中，假定荷载使结构构件变形的影响可以忽略不计，主缆的几何形状仅由满跨均布的恒载决定，其线形为二次抛物线。在挠度理论中，忽略吊杆的倾斜与伸长，缆索节点的水平位移，加劲梁剪切变形等因素的非线性影响，把悬索桥的全部吊杆近似看成一种连续的“膜”，这样悬索桥的受力分析就成为一种仅受分布荷载的索的分析。在有限位移理论中，根据假定的单元变形与节点位移之间、

单元内力与外力之间关系的不同，又可分为线性化有限位移理论、非线性化有限位移理论以及大位移理论[5，6]。

用有限元方法计算悬索桥的原理为：事先假定主缆、吊索等构件的无应力尺寸及鞍座等的预偏量，通过模拟施工过程，分期施加荷载，逐步形成和转换体系，得到成桥状态的有关结构几何形状参数，并与设计成桥状态几何形状控制参数进行比较，在不满足精度要求的条件下，修改假定值，重复上述计算直至满足精度要求为止。其计算的流程一般为：首先进行施工全过程大循环迭代，确定主缆，吊杆等部件的下料长度和空缆在自重作用下的初始位置；其次进行施工过程正向计算，计算出在施工阶段控制点标高、位移量、内力和应力结构状态。

悬索桥施工控制应包括以下4个主要方面：(1)形成一个精确的理想状态；(2)配备一套完善的实时跟踪分析系统；(3)设立一套精确的量测系统；(4)建立误差分析与反馈控制系统。

其中，第一部分是施工控制的基础，建立理想状态时，任何可能的误差都将导致成桥时结构受力或线形不可恢复的改变。第二部分是解析实际施工中结构所处状态的关键，与第三部分分配也可以得到并累计误差信息，提供给第四部分分析，由此提出控制或纠偏方案。第三、四部分除管理目标与斜拉桥(或其它桥型)施工控制不同外，分析理论与实现手段是一致的。

1.1.3 大跨度悬索桥施工控制的内容

悬索桥的施工控制分析要考虑的因素很多。一般说来要考虑结构的实际截面尺寸和材料特性、施工中的结构实际受力体系、施工中的结构实际温度场、施工中结构承受施工荷载的变化以及主缆初始位置、索鞍位置调整、主梁吊装和固结次序的影响等。总之要密切联系索桥的实际状态。

悬索桥的施工控制与现在国内已趋成熟的斜拉桥施工控制有所不同。悬索桥在施工过程中一旦主缆安装就位，主缆内力、挠度完全取决于结构体系(索鞍主梁连接情况)结构自重施工荷载和温度的变化，不能象斜拉桥那样进行后期索力和标高调整，因此，主缆无应力下料长度，主缆在自重作用下的初始安装位置(索鞍初始预偏量主缆初始垂度和线型)成为悬索桥施工控制技术的关键。另外，由于吊杆与主梁主缆的连接方式与斜拉桥的拉索连接方式不同，主梁节段由跨缆起重机起吊到预定位置安装吊杆。吊杆本身一般不另外配置千斤顶调整其内力，跨

缆起重机移开后再要大幅度调整吊杆内力和长度是不现实的．因此不能指望由吊杆来大幅度调整主缆和桥面标高。可见吊杆无应力下料长度和主梁初始安装位置也是悬索桥施工控制技术的重点。悬索桥在施工过程当中要随时观测主缆垂度桥面标高和塔顶水平位移，计算并预告下一梁段的安装标高以及索鞍在塔顶上推移的时间和推移量。以确保施工安全和成桥后交付使用时桥面标高主缆垂度索鞍位置各构件内力状态符合或最接近设计要求。由上述得到悬索桥施工控制体系分析软件主要包括两大部分。其一是倒退循环分析，通过多次大循环的倒退和前进分析确定主缆备料长度和空缆在自重作用下的初始位置(包括垂度和曲线坐标)；其二是实时跟踪分析，根据实际观测结果分析识别结构实际参数并计算各施工阶段控制点标高、位移量、内力和应力的理论值。

悬索桥施工过程中需要进行主缆垂度、加劲梁标高、索塔倾斜度、索鞍位移等的施工监测与控制，使结构各施工阶段的实际状态最大限度地接近设计理想状态。

其中，施工控制第一阶段为主缆的安装过程。其主要任务是保证主缆在自重作用下的初始安装位置达到设计理想状态。而主缆的安装过程时先进行基准索股的安装，再以基准索股作为参照来进行其余索股的安装，因此，基准索股的安装是施工控制的第一阶段里的关键任务。在基准索股第一次安装后，连续观测其线形变化，对观测数据采用灰色理论[7]、卡尔曼滤波法等理论预测其发展变化，预测出以后时段基准索股的线形，把它与设计理论状态进行比较后，对其线形进行适当调整。这一过程反复进行多次，直到基准索股的线形达到设计理想状态，然后进行其余索股架设安装；主缆成形后，进行加劲梁的安装。

施工控制第二阶段即为加劲梁安装阶段，该阶段须随时观测主缆线形、桥面标高和塔顶位移，计算并预测下一时段的主缆线形、桥面标高、塔顶水平位移及主索鞍顶推阶段和顶推量，以确保施工安全和成桥时桥面标高、主缆垂度、索鞍位置、各构件内力大小最大限度地接近设计理想状态。

因此，施工前计算的重点应放在提高主缆、吊索、加劲梁段的无应力尺寸或长度及鞍座、索夹等预偏量的计算精度上；施工中控制的重点应放在消除悬索桥主塔、主缆的施工误差对加劲粱架设、合龙、线形控制的影响上。

2、工程概况与项目特点

2.1工程概况

XXX长江公路大桥位于安徽省东部，起自巢湖市和县姥桥镇省道206，接规划中的XXX至合肥高速公路，跨江后进入XXX市，终点止于XXX市当涂县牛路口（皖苏界），与规划中的XXX至溧水公路（江苏段）相接，路线全长约36.14公里。其中跨江主体工程长11公里，南岸接线长19.49公里，北岸接线长5.65公里，项目总投资约70.8亿元。XXX长江公路大桥左汊悬索桥两跨主缆跨度为1080m，矢跨比为1/9，背缆跨度为360m，中、边塔顶处主缆JD高程均为+178.3m，主缆理论散索点高程均为+30.0m，两根主缆横桥向中心间距为35m。吊索设置于两个主跨，标准间距16m，加劲梁为流线型扁平钢箱梁结构，全宽38.5m(含风嘴)，结构布置图见图1。

图1XXX长江公路大桥总体布置图（单位：m）

XXX长江公路大桥与长江上普遍采用双塔悬索桥不同，为最大限度地减少建桥对繁忙航道的影响，并为桥下水域提供长远的发展空间，该桥创新设计了三塔两跨式悬索桥型。目前，国内外建成的悬索桥，多以双塔结构为主，而三塔两跨式悬索桥型，其设计施工技术难度大，科技含量高。

2.2项目特点

三塔悬索桥是在两塔悬索桥主跨的中部支起一个主塔以减轻主缆和两端锚碇受力的全新结构形式，中主塔在纵向只是一个通过鞍座支承主缆的竖向支点。与两塔悬索桥相比，虽然都是以悬索为承重结构的桥梁，但因为多了一个中塔和一个主跨，结构受力特征显然不同，决定了上部结构施工控制具有不同要求和特点。

XXX长江公路大桥主桥采用三塔两跨悬索桥桥型方案，且其钢箱梁采用了中塔固结设计，施工没有现成的经验可循，大桥在建设过程中将会遇到很多技术难题。本桥具有以下特点，施工控制过程中应对本桥的这些特点加以重点的考虑和研究：

（1）本桥为三塔悬索桥，在施工过程中与双塔悬索桥相比较柔，中间桥塔的安全性在任何阶段都应作为重点监控内容。

（2）本桥桥塔较高，其三维几何状态受日照、温度变化的影响较大。实际施工的塔顶标高和平面位置应通过多次监测并找出状态变化规律才能确定。

（3）本桥中塔为钢塔，桥塔偏位受日照、温度变化影响较大，主缆索股架设在晚上架设后，白天可能会在桥塔偏位的作用下在索鞍上产生较大的不平衡力，应验算不平衡力是否会引起主缆索股在鞍槽内滑移。

（4）本桥为多跨悬索桥，猫道也有其特殊性，猫道的架设线形控制及其对桥塔的影响也应纳入重点监控范围。

（5）除了常规悬索桥主缆架设过程应研究温度变化、桥塔偏位、弹性模量、制造误差等对主缆线形的影响外，还应研究两个主缆主跨跨中相对高差对结构线形和内力的影响。

（6）相邻钢箱梁间的转角关系在钢箱梁工厂组拼完后就固定下来，钢箱梁在现场吊装完成后如果要对其进行调整将带来三个问题：局部出现不可消除的折角；线形出现波浪；焊缝宽度过大。因此施工监控应介入钢箱梁的制造线形的确定。

（7）本桥钢箱梁在中塔处塔梁固结，钢箱梁吊装及如何确保成桥线形与内力一致是一个难度较高的技术课题。

（8）本桥为三塔悬索桥，应对钢箱梁吊装方案作详细而深入的研究，如梁段吊装顺序问题、梁段吊装的不对称性问题，确定合理的索鞍顶推方案。

（9）悬索桥施工过程中具有强烈的几何非线性，温度、风速、施工和制造误差等对线形影响非常敏感，应对构件的无应力尺寸（主缆、吊索、加劲梁）作为主要的控制参数。

3、施工监控的目的与目标

悬索桥是一种结构合理的桥梁型式，它能使材料充分发挥各自的特长，这一

特点使悬索桥成为大跨度桥梁中最具竞争能力的桥型之一。对桥梁结构的施工过程进行合理的施工控制是使桥梁施工结果与设计要求尽可能接近的重要保障。与其它桥型相比，悬索桥相对较柔，施工过程中工况变化繁多，形状变化很大，结构具有强烈的几何非线性，加之悬索桥不可能像斜拉桥那样在后期对误差进行调整，所以施工监控是很有必要的，应该重视悬索桥的监控。

一般说来，对于悬索桥，设计人员在图纸上设计出的是成桥理想状态，要想将这种状态在现场科学地、安全地、经济地在工地上得以实现，就必须依靠严格的施工监控。大跨度悬索桥的成桥线型和内力是否与设计一致及是否合理，是与施工过程的合理安排与严格控制紧密相关的；根据实际的施工工序，按照已完成工程的结构状态和施工过程，收集现场的参数和数据，对桥跨结构进行实时理论分析和结构验算，分析施工误差状态，采用变形预警体系对施工状态进行安全度评价和风险预警，根据分析验算结果调整控制参数，预测后续施工过程的结构形状，提出后续施工过程应采取的措施和调整后的设计参数，保证施工完成的结构与设计结构不论是内力或线形都满足设计的精度要求，最大可能地接近设计理想状态，确保成桥后的结构内力和线形符合设计要求，这是施工监控的目的。

XXX长江公路大桥是世界上跨径最大的三塔悬索桥。三塔悬索桥与世界上已有的大跨径两塔悬索桥有很大的不同，虽然都是以悬索为主要承重结构的桥梁，但由于三塔悬索桥较之两塔悬索桥多了一个主跨，其总体结构行为、满足诸如行车功能等使用要求对结构特征指标的要求等，与传统的两塔悬索桥均不相同，是全新的桥梁结构形式。因此，对于三塔悬索桥上部结构安装施工监控技术的也提出了新的要求。

该桥属于异常复杂的超静定结构，其内力和线形随温度、桥塔偏位、恒载误差、施工误差相当敏感。施工阶段随桥梁结构体系和荷载工况不断变化，结构内力、线形和变形亦随之不断发生变化，每一阶段的误差如果不能消除，累计后将影响成桥后结构的受力及线形。由于各种因素的直接和间接的影响，使得实际桥梁在施工过程中的每一状态几乎不可能与设计状态完全一致。与其它桥型相比，悬索桥在施工过程中的线形管理较难，更容易产生施工误差，其原因如下： 悬索桥是由刚度相差很大的结构单元（塔、主缆、梁、吊索）组成的超静定结构，与其它形式的桥梁相比，在荷载下具有强烈的几何非线性。