自錨式懸索橋施工控制技術(shù)（圖文并茂）

自錨式懸索橋橋施工控制技技術(shù)早在1859年，奧地利工工程師約瑟夫夫·郎金就寫出了了懸索橋“自自錨”的設(shè)想想，美國工程程師查理斯·本德在1867年申請了自錨錨式懸索橋構(gòu)構(gòu)思的專利。。1915年德國建成主主跨185m的科隆-迪茲橋，它是是采用木腳手手架先架鋼梁梁，后掛主纜纜的。選擇這這種橋式的主主要理由除美美觀外，是擔(dān)心地質(zhì)條件件不允許修建建錨碇?；谕瑯永碛捎?，德國在1929年建成主跨315m當(dāng)時歐洲跨度度最大的科隆隆-米爾海姆自錨錨式懸索橋。。后來的發(fā)展展，除了因為為它沒有錨碇碇，還因為它它按彈性理論論假定進(jìn)行設(shè)設(shè)計比較簡單單。1990年日本建成主主跨300m的北港橋，1999年韓國建成主主跨300m的永宗橋。我國在2002年建成主跨70m的桂林麗君橋橋，它是我國國第一座自錨錨式懸索橋，，2002年7月開工的蘇州州竹園橋（40+90+40m）我國第二座座，天津子牙牙河橋（46+115+46m）是第三座。?！白藻^”即不需需要一般懸索索橋的巨大錨錨碇，主纜錨固于于邊跨主梁的的跨中或端部部，由主梁承承擔(dān)主纜的水水平分力和豎豎向分力。為為此必須先架架梁，后掛索索。它的主要要優(yōu)點除美觀觀外，節(jié)省了了巨大錨碇的的工程費用，，也給軟土地地基不便建造造錨碇的橋址址提供了修建建懸索橋的方方法。由于它它的施工程序序與懸索橋恰恰恰相反，主主梁又要承擔(dān)擔(dān)主纜傳遞的的力，故只能能達(dá)到中等跨跨度?？缍仍僭俅缶筒唤?jīng)濟(jì)濟(jì)了。自錨式式懸索索橋的的另一一特點點：即為了了減小小主梁梁承擔(dān)擔(dān)主纜纜的水水平分分力,往往加加大主主纜的的矢跨跨比,例如北北港橋橋(日)為1:6；永宗宗橋(韓)為1:5；中國國麗君君橋為為1：5.49，這顯顯然大大于有有錨碇碇懸索索橋1:10的矢跨跨比。。由于于跨度度較小小和主主纜直直徑相相對較較小及及主纜纜如此此陡峻峻的縱縱向坡坡度，，不可可能采采用常常規(guī)的的緊纜纜機(jī)、、纏絲絲機(jī)、、纜載載吊機(jī)機(jī)等大大型機(jī)機(jī)具進(jìn)進(jìn)行施施工；；先架架梁，，后掛掛索，，可以以不必必采用用傳統(tǒng)統(tǒng)懸索索橋的的貓道道進(jìn)行行掛索索。1、萬新新大橋橋主橋橋概況況撫順市市渾河河萬新新大橋橋主橋橋是一一座自自錨式式混凝凝土吊吊橋，，主跨跨為160m，邊跨跨70m，錨固固跨15m，全長長15+70+160+70+15＝330m，主梁梁為五五跨連連續(xù)箱箱梁，，主纜纜中心心距26.5m，吊索索沿順順橋向向間距距5m。主梁梁為鋼鋼筋混混凝土土箱梁梁，箱箱梁標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)斷斷面為為單箱箱五室室，梁梁寬41m，梁中中心高高度2.5m，箱梁梁內(nèi)每每5m設(shè)一道道橫隔隔梁。。索塔塔為H型，塔塔柱為為矩形形截面面，尺尺寸為為2.5mx3.5m，基礎(chǔ)礎(chǔ)為擴(kuò)擴(kuò)大基基礎(chǔ)。。主纜纜中跨跨矢跨跨比為為1/6，主纜纜直徑徑54.3cm，由85根φ54mm鍍鋅鋼鋼絲繩繩組成成，鋼鋼絲標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)強(qiáng)度為為1960Mpa，主纜纜由單單根連連續(xù)的的鋼絲絲繩繞繞過全全部索索鞍形形成。。吊桿桿采用用121根φ7.1mm鍍鋅高高強(qiáng)平平行鋼鋼絲，，強(qiáng)度度為1670Mpa。塔頂頂設(shè)可可滑動動索鞍鞍，錨錨固跨跨主梁梁內(nèi)設(shè)設(shè)兩個個可滑滑動索索鞍和和一個個固定定索鞍鞍?？煽苫瑒觿影白略O(shè)設(shè)聚四四氟乙乙烯滑滑板，，塔頂頂設(shè)置置頂推推鋼結(jié)結(jié)構(gòu)裝裝置，，施工工時利利用千千斤頂頂實現(xiàn)現(xiàn)索鞍鞍偏移移。2、施工工監(jiān)控控的意意義自錨式式吊橋橋為高高次超超靜定定結(jié)構(gòu)構(gòu)，主主纜和和吊桿桿為主主梁的的主要要承重重結(jié)構(gòu)構(gòu)，主主纜線線形和和吊桿桿拉力力決定定著主主梁和和塔柱柱的受受力狀狀態(tài)以以及橋橋面線線形，，主纜纜和吊吊桿必必需嚴(yán)嚴(yán)格按按照一一定的的安裝裝和張張拉順順序、、張拉拉力進(jìn)進(jìn)行施施工，，才能能實現(xiàn)現(xiàn)設(shè)計計狀態(tài)態(tài)。但但是施施工必必然存存在誤誤差，，因此此施工工需要要專門門的施施工控控制，，施工工控制制人員員在現(xiàn)現(xiàn)場對對主纜纜線形形、吊吊桿索索力、、主梁梁應(yīng)力力、主主梁線線形、、塔柱柱變形形、塔塔柱應(yīng)應(yīng)力和和索鞍鞍偏位位等進(jìn)進(jìn)行量量測和和計算算分析析，給給出施施工必必需的的各項項控制制數(shù)據(jù)據(jù)，對對該橋橋施工工過程程進(jìn)行行嚴(yán)格格、科科學(xué)的的監(jiān)測測和控控制，，及時時調(diào)整整由于于各種種不定定因素素引起起的索索力和和線形形的偏偏差，，避免免誤差差的積積累，，使成成橋狀狀態(tài)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)力力和主主梁、、主纜纜線形形滿足足設(shè)計計要求求，保保證施施工期期間結(jié)結(jié)構(gòu)的的安全全。3、初步步擬定定的施施工程程序根據(jù)施施工單單位提提出的的本橋橋施工工方案案，經(jīng)經(jīng)過對對本橋橋施工工過程程進(jìn)行行仿真真模擬擬計算算，并并結(jié)合合正在在進(jìn)行行的模模型實實驗已已取得得的成成果，，初步步擬定定了該該橋主主纜架架設(shè)至至成橋橋的施施工程程序，，該程程序大大致可可分為為以下下四個個階段段：（1）主纜纜架設(shè)設(shè)及索索夾安安裝在在各各索鞍鞍按照照設(shè)計計位置置安裝裝后，，開始始進(jìn)行行主纜纜索股股的架架設(shè)，，各根根索股股必須須嚴(yán)格格按照照其編編號順順序架架設(shè)，，并使使索股股上的的標(biāo)記記與相相應(yīng)索索鞍一一一對對應(yīng)。。1#索股（（基準(zhǔn)準(zhǔn)索股股）鋼鋼絲繩繩架設(shè)設(shè)完畢畢后，，需嚴(yán)嚴(yán)格檢檢查各各控制制標(biāo)記記點的的位置置，在在穩(wěn)定定的氣氣溫下下測量量主纜纜線形形，根根據(jù)測測量獲獲得的的誤差差結(jié)果果，進(jìn)進(jìn)行索索形的的調(diào)整整，并并查明明產(chǎn)生生誤差差的原原因，，為以以后的的索股股架設(shè)設(shè)積累累經(jīng)驗驗，最最終使使其線線形滿滿足設(shè)設(shè)計要要求。?；鶞?zhǔn)索索股架架設(shè)后后，其其它索索股應(yīng)應(yīng)同時時利用用控制制點標(biāo)標(biāo)記和和基準(zhǔn)準(zhǔn)索股股的線線形進(jìn)進(jìn)行架架設(shè)，，各索索股的的接頭頭放在在準(zhǔn)確確的位位置上上，各各索股股的線線形與與基準(zhǔn)準(zhǔn)索股股應(yīng)協(xié)協(xié)調(diào)。。主主纜纜全部部索股股架設(shè)設(shè)完畢畢后，，進(jìn)行行緊纜纜。主主纜纜緊纜纜后，，開始始安裝裝索夾夾和吊吊索。。索夾夾位置置應(yīng)按按照設(shè)設(shè)計編編號和和位置置準(zhǔn)確確安裝裝，索索夾的的高強(qiáng)強(qiáng)螺栓栓應(yīng)確確保達(dá)達(dá)到設(shè)設(shè)計預(yù)預(yù)拉力力并使使各螺螺栓受受力均均勻。。（2）主梁梁脫模模的吊吊索張張拉吊吊索安安裝完完畢，，可進(jìn)進(jìn)行主主梁脫脫模的的吊索索張拉拉。由由于受受到各各種因因素的的限制制，如如吊索索長度度、吊吊索承承載力力、張張拉設(shè)設(shè)備的的能力力和數(shù)數(shù)量、、索塔塔受力力、主主梁受受力等等，需需要對對吊索索進(jìn)行行多次次反復(fù)復(fù)張拉拉，才才能使使主梁梁安全全脫離離支架架。為為了盡盡量減減少吊吊索反反復(fù)張張拉次次數(shù)、、減少少張拉拉接長長桿的的數(shù)量量和長長度、、降低低吊索索的最最大張張拉力力，并并結(jié)合合吊索索和主主梁的的承載載力，，初步步擬定定張拉拉過程程中采采用8套張拉拉設(shè)備備，吊吊索的的最大大拉力力不超超過300t，在此此基礎(chǔ)礎(chǔ)上，，計算算和實實驗表表明，，通過過對全全橋吊吊索進(jìn)進(jìn)行四四次張張拉，，然后后對中中跨的的部分分吊索索進(jìn)行行調(diào)整整，可可以使使主梁梁脫離離支架架。具體工工作如如下：：1）首先先將1#～13#吊索下下端的的螺母母剛好好完全全戴到到錨杯杯上。。2）利用用4套千斤斤頂對對稱依依次張張拉14#～28#吊索，，完成成吊索索的第第一次次張拉拉。張張拉過過程中中14#～20#吊索需需要臨臨時接接長，，張拉拉到位位后可可將螺螺母完完全戴戴到錨錨杯上上；21#～28#吊索（（共30根）在在第一一次張張拉結(jié)結(jié)束后后，仍仍需要要接長長桿，，接長長桿的的長度度約在在12～80cm范圍內(nèi)內(nèi)（該該值以以溫度度15度為準(zhǔn)準(zhǔn)，隨隨施工工溫度度不同同而不不同））。3）對全全橋吊吊索進(jìn)進(jìn)行第第二次次、第第三次次、第第四次次張拉拉，這這三次次張拉拉過程程中，，并非非每根根吊索索均需需張拉拉。全全橋吊吊索四四次張張拉完完畢并并對中中跨的的部分分吊索索索力力調(diào)整整后，，中跨跨主梁梁和邊邊跨的的大部部分主主梁已已經(jīng)脫脫離支支架，，邊跨跨主梁梁在塔塔柱附附近仍仍與支支架接接觸，，但支支架的的支承承力已已很小小，可可以安安全拆拆除。。4）在四四次張張拉過過程中中，需需對塔塔頂索索鞍頂頂推，，經(jīng)過過6次頂推推后，，索鞍鞍移動動37cm，達(dá)到到設(shè)計計位置置。5）整個個張拉拉過程程中，，需對對索塔塔變形形、主主纜線線形、、吊索索拉力力和伸伸長量量、主主梁標(biāo)標(biāo)高進(jìn)進(jìn)行嚴(yán)嚴(yán)格的的測量量和記記錄。。并安安排固固定人人員，，負(fù)責(zé)責(zé)隨時時對索索夾的的高強(qiáng)強(qiáng)螺栓栓的拉拉力進(jìn)進(jìn)行嚴(yán)嚴(yán)格地地檢查查，發(fā)發(fā)現(xiàn)有有較大大變化化后，，應(yīng)及及時施施擰，，確保保索夾夾不發(fā)發(fā)生滑滑移。。（3）預(yù)制制構(gòu)件件安裝裝主主梁脫脫模的的吊索索張拉拉過程程完畢畢后（（可拆拆除或或不拆拆除支支架）），可可以進(jìn)進(jìn)行主主梁預(yù)預(yù)制懸懸臂梁梁和預(yù)預(yù)制板板的安安裝施施工，，安裝裝順序序根據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)受力力計算算給定定。實際上上可以以細(xì)分分為13步1）主塔塔、邊邊墩的的施工工2）主梁梁逐段段澆注注（包包括錨錨固跨跨）2）主梁梁逐段段頂推推3）主梁梁合攏攏施工工4）貓道道、主主纜安安裝4）貓道道、主主纜安安裝4）貓道道、主主纜安安裝4）貓道道、主主纜安安裝4）貓道道、主主纜安安裝4）貓道道、主主纜安安裝4）貓道道、主主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝4）貓道、、主纜安安裝5）索夾安安裝索夾的同同主纜間間的摩阻阻力、握握裹力試試驗5）索夾安安裝5）索夾安安裝6）吊索安安裝6）吊索安安裝6）吊索安安裝6）吊索安安裝7）張拉吊吊具（多多次反復(fù)復(fù)張拉，，多次頂頂推索鞍鞍）7）張拉吊吊具（多多次反復(fù)復(fù)張拉，，多次頂頂推索鞍鞍）（???）索鞍頂推推滑移可可以利用用右圖簡簡化分析析模型實實現(xiàn)，節(jié)節(jié)點1、2為主纜與與鞍座切切點，3、4分別與5、6為主從關(guān)關(guān)系，3、4位于索鞍鞍底兩端端，5、6與3、4橫坐標(biāo)相相同，并并位于塔塔頂位置置。初始始時刻，，3、4位于空纜纜狀態(tài)索索鞍位置置，隨著著施工過過程中索索鞍頂推推，3、4坐標(biāo)發(fā)生生變化，，變化值值與頂推推量相同同，同時時5、6坐標(biāo)也發(fā)發(fā)生響應(yīng)應(yīng)變化，，節(jié)點7為塔頂中中心。單單元①-⑤構(gòu)成穩(wěn)穩(wěn)定桁架架結(jié)構(gòu)，，模擬索索鞍，單單元⑥、、⑦為剛剛臂，為為支承結(jié)結(jié)構(gòu)，將將索鞍作作用轉(zhuǎn)化化為軸力力與彎矩矩傳遞給給主塔。。單元⑧⑧模擬索索鞍與塔塔頂座板板間摩擦擦力，并并通過⑥⑥將索鞍鞍兩側(cè)不不平衡水水平力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為塔塔柱單元元剪力，，單元⑧⑧軸力即即為主纜纜不平衡衡水平力力。主梁脫模模問題：：兩種狀態(tài)態(tài)：（1）主梁各各處恰好好脫離支支架，全全部支反反力為零零，且主主梁與支支架間間間隙為零零。（2）使部分分主梁脫脫離支架架，出現(xiàn)現(xiàn)一定間間隙，其其余部分分尚由支支架支承承，但支支承力很很小，強(qiáng)強(qiáng)行拆除除后對結(jié)結(jié)構(gòu)安全全無影響響。優(yōu)缺點：：方法（1）可做到到拆除支支架后對對結(jié)構(gòu)無無影響，，而且在在理論上上這一狀狀態(tài)唯一一，但由由于主梁梁重力等等各方面面參數(shù)誤誤差，實實際很難難達(dá)到。。方法（（2）拆除支支架對結(jié)結(jié)構(gòu)有影影響，且且狀態(tài)不不唯一，，但可直直觀判斷斷主梁與與支架是是否脫離離。萬新大橋橋如采用用方法（（1）各吊索索力不相相等，如如采用相相等吊索索力，則則中跨先先脫離支支架，邊邊跨部分分臨時支支墩仍存存在壓力力。方法（1）控制主梁受力力T與主纜拉拉力T相同，則則主梁各各支承反反力Ri即相應(yīng)的的吊索拉拉力。但但主纜拉拉力與吊吊索力有有關(guān)，因因此需要要迭代逼逼近。方法（2）控制全部吊索索拉力T脫相等，當(dāng)當(dāng)?shù)跛髁α_(dá)到T脫時，中跨跨主梁與與邊跨大大部分主主梁脫離離支架，，最大間間隙為fmax，支反力力最大值值Rmax，此外還還有另一一個約束束條件，，索塔處處支反力力大于零零。優(yōu)化化極值問問題計算求得得逼近于于最優(yōu)解解的近似似解8）主梁脫脫模，拆拆除臨時時支架9）安裝預(yù)預(yù)制懸臂臂橫梁10）安裝人人行道板板和非機(jī)機(jī)動車道道預(yù)制板板11）橋面鋪鋪裝及附附屬設(shè)施施施工12）主纜纏纏絲、防防護(hù)13）吊索索索力誤差差調(diào)整（（不一定定只在最最后一步步）13）吊索索索力誤差差調(diào)整（（不一定定只在最最后一步步）13）吊索索索力力誤差差調(diào)整整（不不一定定只在在最后后一步步）自錨式式懸索索橋的的非線線性（1）荷載載作用用下的的結(jié)構(gòu)構(gòu)大位位移作作為柔柔性結(jié)結(jié)構(gòu)的的最主主要的的非線線性影影響因因素，，懸索索橋在在受到到外荷荷載作作用時時，不不僅纜纜索及及加勁勁梁發(fā)發(fā)生下下?lián)?，，吊桿桿也將將伸長長，索索塔會會壓縮縮，吊吊桿還還將發(fā)發(fā)生傾傾斜，，節(jié)點點還有有水平平位移移。都都會對對懸索索橋內(nèi)內(nèi)力產(chǎn)產(chǎn)生影影響。。因此此在結(jié)結(jié)構(gòu)分分析時時，力力的平平衡方方程應(yīng)應(yīng)根據(jù)據(jù)變形形后的的結(jié)構(gòu)構(gòu)幾何何方程程來建建立，，力與與變形形的關(guān)關(guān)系是是非線線性的的。（2）纜索自重垂垂度的影響在在有限元分析析中，纜索單單元的計算模模型取為直桿桿單元，而實實際纜索具有有垂度。在單單元兩端受力力時，實際纜纜索單元的變變形是由彈性性變形及垂度度變化的非線線性變形兩部部分組成，其其變形值比直直桿單元的大大，與纜索的的彈性模量、、自重及張拉拉力等因素有有關(guān)。（3）纜索初始內(nèi)內(nèi)力的影響在在進(jìn)進(jìn)行懸索橋的的非線性分析析時，因恒載載產(chǎn)生的初內(nèi)內(nèi)力影響必須須計入。即由由于疊加原理理不適用于非非線性結(jié)構(gòu)，，為了得到在在外力作用下下的大跨度懸懸索橋結(jié)構(gòu)的的平衡狀態(tài)，，應(yīng)將結(jié)構(gòu)的的初內(nèi)力、引引起初內(nèi)力的的荷載（或其其它因素）及及新增加的活活載一起考慮慮，算出結(jié)構(gòu)構(gòu)在新的變形形狀態(tài)下的平平衡，以得到到結(jié)構(gòu)真正的的變形和內(nèi)力力。（4）混凝土收縮縮徐變的影響響由由于混凝土具具有收縮和徐徐變特性，收收縮和徐變與與時間是非線線性的關(guān)系。。一般來講，，混凝土索塔塔和混凝土加加勁梁隨時間間增長，長度度會變短，由由此會引起結(jié)結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)內(nèi)力和變形，，會對整個懸懸索橋的受力力產(chǎn)生不利影影響，同時引引起橋面線形形變化。4、施工控制指指導(dǎo)方案4-1控制目標(biāo)本本橋施工控制制的目標(biāo)主要要有如下四個個方面：（（1）主梁標(biāo)高控控制通通過調(diào)整立立模標(biāo)高和準(zhǔn)準(zhǔn)確控制吊索索拉力，嚴(yán)格格控制主梁線線形，使橋面面線形在經(jīng)過過若干年的混混凝土收縮徐徐變后也符合合使用要求。。

（2）主纜線形控控制通通過準(zhǔn)確計算算主纜索股的的無應(yīng)力長度度和控制點位位置，嚴(yán)格控控制主纜索股股的架設(shè)精度度，特別是基基準(zhǔn)索股的架架設(shè)精度，準(zhǔn)準(zhǔn)確控制吊索索拉力，達(dá)到到嚴(yán)格控制主主纜線形的目目的。（3）吊索拉力控控制使使成橋狀狀態(tài)的實際吊吊索索力與設(shè)設(shè)計索力的誤誤差控制在在容容許范圍之內(nèi)內(nèi)，以保證成成橋狀態(tài)主梁梁和索塔受力力的的合理性。。同時在張拉拉過程中，應(yīng)應(yīng)對吊索索力力進(jìn)行嚴(yán)嚴(yán)格控控制，以保證證主梁安全脫脫模和后期荷荷載安全施加加。

（4）結(jié)構(gòu)應(yīng)力控控制在在施工過過程中，保證證各主要受力力部位的應(yīng)力力在預(yù)想和和容容許范圍內(nèi)，，以保證結(jié)構(gòu)構(gòu)在施工期間間的安全性，，測測量的應(yīng)力力同時可以校校核理論分析析的準(zhǔn)確性。。4-2檢測項目本本橋的的檢測項目主主要有：主梁梁標(biāo)高、主纜纜線形、索塔塔變位、吊索索拉力、主梁梁應(yīng)力、索塔塔應(yīng)力、索鞍鞍偏位，梁端端變形。（（1）主梁標(biāo)高的的測量在在每每個主要施工工步驟實施前前后測量主梁梁標(biāo)高，以得得到本次施施工行為對主主梁標(biāo)高產(chǎn)生生的影響；全全橋的的吊索索張拉一遍完完畢后的標(biāo)高高測量必須在在早晨日出出之前的固定定時間內(nèi)進(jìn)行行。

（2）索塔變形觀觀測吊吊索張拉拉過程中，時時時觀測索塔塔變形。（3）吊索索力的的量測用用頻譜分析析法測量吊索索索力，同時時用經(jīng)過嚴(yán)格格標(biāo)定的用于于張拉吊索的的油壓千斤頂頂?shù)淖x數(shù)進(jìn)行行校核。在吊吊索索力較小小時，主要利利用千斤頂讀讀數(shù)，同時利利用主纜線形形校核。（（4）主梁和索塔塔應(yīng)力的量測測在在主主梁和索塔上上選取若干斷斷面，在每個個斷面上布置置若干應(yīng)變計計，用應(yīng)變儀儀測量其應(yīng)力力分布。（（5）主梁梁端變變形測測量從吊吊桿開始張拉拉到施工結(jié)束束主梁梁端水水平變形。4-3控制方法自自錨式懸索索橋的施工控控制是一個計算→施工→→量測→參數(shù)數(shù)識別→誤差差修正→重新新計算→施工工的循環(huán)過程。。影響計算結(jié)結(jié)果可靠性的的因素很多，，包括測量誤誤差、施工誤誤差