挑戰(zhàn)杯青春在沃作品設(shè)計計算書《鋼管混凝土拱橋建造監(jiān)控檢測模擬仿真系統(tǒng)》

湖北省第十屆挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外科技制作鋼管混凝土橋梁建造監(jiān)測監(jiān)控模擬系統(tǒng)設(shè)計及實驗說明書申報者：延法河指導(dǎo)教師：李永信

TOC\o"1-6"\h\u255471、摘要 916942、概述 9231852.1、系統(tǒng)的總體布局 9322882.2、系統(tǒng)的應(yīng)用前景展望 12305083、下沉式鋼管混凝土模型設(shè)計 13233113.1、塔架/扣架 1350603.1.1、設(shè)計方案的提出 1321033.1.2、塔架／扣架一體化設(shè)計相關(guān)技術(shù) 14112873.1.3、塔架／扣架塔強度分析 14261103.1.4、塔架／扣架塔穩(wěn)定性分析 1531083.1.5、塔架／扣架塔應(yīng)力監(jiān)測 1542993.1.6、塔架/扣架塔頂位移控制 1614033.2、主橋上部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 17101593.2.1、主橋拱肋設(shè)計 17265533.2.1.1、合理拱軸線的選定 17320873.2.1.2、三次樣條插值數(shù)學(xué)函數(shù) 1777373.2.1.3、用三次樣條插值函數(shù)確定合理拱軸線的方法 18116653.2.1.4、三次樣條插值函數(shù)逐步逼近合理拱軸線 2092213.2.1.5、用三次樣條插值函數(shù)計算出的本橋合理拱軸線的坐標(biāo) 2191883.3、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計 22185653.3.1、鋼管混凝土基本性能介紹 22174273.3.2、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計 23211283.4、橫向聯(lián)結(jié)系 24111333.4.1、橋面系 24155033.4.2、吊桿設(shè)計 24314163.4.3、橫梁的設(shè)計 25236903.5、下部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 26207063.5.1、基礎(chǔ)設(shè)計 2667553.6、橋臺拱腳的設(shè)計 27118863.7水陸兩用橋梁探測吊籃 28133323.7.1、技術(shù)領(lǐng)域 28254733.7.2、技術(shù)背景 28171663.7.3、主要功能 2936123.7.4、具體實施方案 3156963.8、吊裝系統(tǒng) 3137453.8.1、概況 32197153.8.2、纜索吊機(jī)的組成 32198343.8.2.1、承重纜索（主索、天索） 32170743.8.2.2、起重索 33171213.8.2.3、牽引索 3360773.8.2.4、塔架（索塔） 33312693.8.2.5、錨碇（地錨、地垅） 34195593.8.2.6、扣索（天扣、通扣） 34214733.8.2.7、扣索（塔扣、墩扣） 35170613.8.3、吊裝方法及要點 3599713.8.4、吊索 36265423.8.4.1、設(shè)計原理及計算 3677433.8.4.1.1、纜索方案選擇 3628693.8.4.1.2、纜索吊機(jī)計算 37249633.8.4.1.2.1、主索計算 37228993.8.4.1.2.2、起重索計算 39188853.8.4.1.2.3、牽引索計算 40221103.8.4.1.2.4、結(jié)索計算 4197533.8.4.1.2.5、纜風(fēng)索力計算 41275873.8.4.1.2.6、支柱基礎(chǔ)反力 43317123.8.4.1.2.7、重力式錨碇穩(wěn)定性驗算 43269193.8.4.1.2.3、纜索設(shè)備檢查及檢查方法 44178333.8.4.2、吊施工觀測 4629573.8.4.2.1、主索垂度觀測 4636683.8.4.2.2、塔頂及錨碇位移觀測 4652723.8.4.2.3、拱肋中線觀測 46292343.8.4.2.4、拱肋高程觀測 46296063.8.4.3、設(shè)置纜風(fēng)時注意的問題 4777273.8.4.4、拱肋合攏后，松索過程中必須注意事項 48227424、模型上所開展的實驗 48259344.1、應(yīng)變測量 4823204.1.1、實驗分析 4817874.1.2、傳感器的選擇與防護(hù) 49172954.1.3、靈敏系數(shù)和溫度補償 50217664.1.4、導(dǎo)線電阻值修正 50195804.1.5、高低溫長期應(yīng)變監(jiān)測規(guī) 5177364.1.5.1、技術(shù)領(lǐng)域 5134804.1.5.2、技術(shù)背景 51109864.1.5.3、主要功能 5212934.1.5.4、具體實施方案 53171624.2、拱肋線形監(jiān)測與控制 55153174.2.1、線形測量 55126424.2.1.1、監(jiān)測方法 5621434.2.1.2、鋼管拱肋的線形監(jiān)測 5756784.2.1.2.1、拱軸線的監(jiān)測 57182664.2.1.2.2、拱肋標(biāo)高的監(jiān)測 58110714.2.1.3、線形監(jiān)測的精度估計 59173524.2.1.3.1、拱軸線監(jiān)測精度估計 60282104.2.2、線型控制 6043034.2.2.1扣索伸長量與拱肋位移 6024534.2.2.2、扣索動態(tài)調(diào)整法 63273584.3、扣索索力監(jiān)測 65235264.3.1、基本原理 6589854.3.2、扣索內(nèi)辦測量中的有關(guān)問題 67132614.3.2.1、激勵方式的選取 67284734.3.2.2、傳感器安裝位置的確定 68212624.3.2.3、彎曲剛度的影響 6823594.3.2.4、附加質(zhì)量的影響 6956224.3.2.5、溫度的影響 7095944.4、成橋靜動載試驗 70192894.4.1、概述 70152094.4.2、實驗任務(wù) 71269724.4.3、實驗內(nèi)容及加載工況 72152434.4.3.1、靜載實驗 73280554.4.3.1.1、位移測試 73265204.4.3.1.2、應(yīng)力測試 73274844.4.3.2、成橋動載實驗 78256414.4.3.2.1、行車實驗 7984864.4.3.2.2、跳車實驗 8063864.4.3.2.3、制動實驗 80303264.4.3.2.4、脈動實驗 80234564.5、鋼管凝土密實度檢測 8135014.5.1、基本理論 817254.5.2、管內(nèi)混凝土檢測技術(shù) 82127084.5.2.1、首波聲時法 83107104.5.2.2、波形識別法 84258694.5.2.3、首波頻率法 84294224.5.2.4、脈沖聲響法 84189224.5.3、鋼管混凝土識別 85178034.5.3.1、鋼管混凝土中的士傳播特性 85119384.5.3.2、混凝土缺陷類型識別 85

TOC\o"1-9"\h\u23191鋼管混凝土橋梁建造監(jiān)測監(jiān)控模擬系統(tǒng)設(shè)計及實驗說明書 1300911 314780工程中在鋼管混凝土拱橋建造過程中，首先是鋼管拱的吊裝過程監(jiān)測監(jiān)控，包括塔架承載能力、塔頂偏移量、索子垂度、鋼管拱軸線、標(biāo)高及線型等，扣鎖及地錨承載能力，保證鋼管拱順利合攏，鋼管拱合攏之后，是鋼管混凝土灌注，鋼管拱的密實度檢測。該監(jiān)測監(jiān)控模擬仿真系統(tǒng)將此類橋梁建造整個試驗過程， 327438關(guān)鍵字：監(jiān)測監(jiān)控塔扣合一模擬 3259062、概述 3293853、下沉式鋼管混凝土模型設(shè)計 789733.3、下部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 21254303.4、吊裝系統(tǒng) 26232143.4.1、概況 2624914、模型上所開展的實驗 43174774.1、應(yīng)變測量 43268224.2、拱肋線形監(jiān)測與控制 50157084.2.1、線形測量 50322524.3、扣索索力監(jiān)測 59130244.4、城橋靜動載試驗 65230634.5、鋼管凝土密實度檢測 75

1、摘要工程中在鋼管混凝土拱橋建造過程中，首先是鋼管拱的吊裝過程監(jiān)測監(jiān)控，包括塔架承載能力、塔頂偏移量、索子垂度、鋼管拱軸線、標(biāo)高及線型等，扣鎖及地錨承載能力，保證鋼管拱順利合攏，鋼管拱合攏之后，是鋼管混凝土灌注，鋼管拱的密實度檢測。該監(jiān)測監(jiān)控模擬仿真系統(tǒng)將此類橋梁建造整個試驗過程，通過簡化，采用模擬仿真的形式搬進(jìn)課堂，便可以開出多種綜合型及研究型的實驗。應(yīng)用模擬系統(tǒng)軟件，可以進(jìn)行橋梁建造過程的模擬、鋼管拱吊裝過程的應(yīng)力模擬、塔架位移模擬、混凝土灌注過程的模擬、成橋試驗的模擬、自爬吊籃的模擬等?？梢匝菔颈O(jiān)測監(jiān)控的全過程,安裝到每一部分時的各部位的應(yīng)力情況。由于監(jiān)測監(jiān)控關(guān)系到工程建設(shè)項目的成敗，所以，對保證工程質(zhì)量有重大意義。關(guān)鍵字：監(jiān)測監(jiān)控塔扣合一模擬2、概述2.1、系統(tǒng)的總體布局橋梁建造過程中監(jiān)測監(jiān)控模擬系統(tǒng)簡稱“監(jiān)控模擬系統(tǒng)”。本系統(tǒng)由塔架扣架合為一體的塔架系、鋼管混凝土主拱、橋面系、吊桿系、動力及加載系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、探傷系統(tǒng)、高低溫超微應(yīng)變測量系統(tǒng)、水路兩用自爬式橋梁探測吊藍(lán)等組成。該模擬系統(tǒng)中的實驗平臺—中承式鋼管混凝土拱橋模型全長1.5米，橋面寬30cm，凈長為1.05米。根據(jù)查新報告，目前尚無同類系統(tǒng)的研究。其示意圖見圖1—1。圖1-1系統(tǒng)的總體布局該橋主拱采用雙肋變截面桁架無鉸拱，拱軸線是以懸鏈線為基礎(chǔ)的三次樣條曲線，矢高0.21m米，矢跨比1/5，分5段制作安裝，每段焊接而成。拱肋吊桿為9對，Ф4鋼筋固定。吊桿間的間距為0.125米，橋面為厚1mm的鋼板擱在由10mm×20mm型鋼焊接而成的骨架上。鋼管拱的加工制作采用一次加工成形的辦法（鋼管拱采用不銹鋼管制作）纜索吊裝系統(tǒng)主索系上、下兩組Ф4mm鋼筋構(gòu)成，跨度為1.3米，三跨布置。全橋安裝工程均由纜索吊裝完成，采用纜索吊裝系統(tǒng)和斜拉扣定塔架扣架一體化技術(shù)施工，其塔架為纜索吊裝系統(tǒng)和斜拉扣定系統(tǒng)共同使用，這是本系統(tǒng)施工的一個重要特色。采用簡易掛藍(lán)與猴子爬竿法拼裝。斜拉扣索系統(tǒng)的扣索采用8Ф4mm鋼筋與微調(diào)鎖緊與張拉裝置，通過張拉扣索即可實現(xiàn)拱軸線標(biāo)高的調(diào)控。穩(wěn)定纜風(fēng)系統(tǒng)系8Ф4mm鋼筋構(gòu)成縱橋向穩(wěn)定纜風(fēng)、8Ф4mm鋼筋構(gòu)成塔架橫橋的穩(wěn)定纜風(fēng)。塔架扣架一體化后，采用可調(diào)試穩(wěn)定風(fēng)纜控制塔頂水平位移十分理想，安裝過程中出現(xiàn)的最大塔頂位移在可控制范圍之內(nèi).本橋采用Ф4mm鋼筋作鋼管拱的橫向穩(wěn)定纜風(fēng)。本系統(tǒng)所模擬的大橋安裝過程屬于風(fēng)險較大、技術(shù)含量較高的施工體系，因此在實際施工中必須配備監(jiān)測監(jiān)控等技術(shù)力量以確保大橋的施工安全和施工質(zhì)量。橋梁監(jiān)測監(jiān)控模擬系統(tǒng)主要對纜索—扣索系統(tǒng)在施工狀態(tài)下的索力、塔架在施工狀態(tài)下控制截面的應(yīng)力、溫度及風(fēng)力等環(huán)境因素對施工體系的影響、拱軸線形控制、鋼管拱肋及管內(nèi)混凝土在各控制截面處的、鋼管混凝土密實度、各關(guān)鍵受力部位的有限元計算分析等項目進(jìn)行了監(jiān)測監(jiān)控。本橋的索力測試采用了國內(nèi)最先進(jìn)的頻譜分析技術(shù)及傳感器測量技術(shù)，速度快、精度高。根據(jù)扣索的安裝特點，在數(shù)據(jù)處理方面采用專業(yè)技術(shù)軟件對其進(jìn)行分析計算。計算出每根扣索的索力和安全儲備。索力的測量快速準(zhǔn)確，為現(xiàn)場施工隨時提供可靠的索力數(shù)據(jù)以確保施工的安全。該橋鋼管運用了經(jīng)濟(jì)可靠的塔扣合一吊裝技術(shù)，懸鏈線鋼管拱線形及采用了應(yīng)變長期監(jiān)測規(guī)及應(yīng)力自校儀進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控模擬實驗。鋼管拱、塔架的應(yīng)力均采用傳感器及動靜態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行測量，所得數(shù)據(jù)采用專用軟件進(jìn)行分析處理、計算、出表圖。由于拱軸線的調(diào)整每次均使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作過擬合和預(yù)控處理等科學(xué)計算，將安裝偏差控制在最小范圍之內(nèi)，因此完全保證了全拱合攏后的線形控制在設(shè)計允許范圍內(nèi)。大跨度鋼管混凝土拱橋纜索吊裝塔架扣架一體化施工技術(shù)研究是以拱橋修建纜索吊裝—斜拉扣定法為基礎(chǔ)，結(jié)合本橋施工特點研究采用的一項切實可行的優(yōu)化施工方案，該方案合理地利用了塔架自身剛度，節(jié)省了設(shè)備投入，既經(jīng)濟(jì)又科學(xué)合理。該施工技術(shù)標(biāo)志著我國大跨高塔纜索吊裝施工技術(shù)又有新的提高與發(fā)展，為同類型橋梁的施工提供了有益的經(jīng)驗。該技術(shù)不僅在保證該橋主拱安全順利合攏方面發(fā)揮了重要作用，同時也為我國鋼管混凝土拱橋的發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。2.2、系統(tǒng)的應(yīng)用前景展望本模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新穎，測試手段先進(jìn),所研制開發(fā)的傳感器、測試儀器先進(jìn)。索力的測量，采用了先進(jìn)的頻譜分析技術(shù)，其速度快，精度高。運用本裝置可以開出幾十個綜合、設(shè)計、研究型實驗。在該裝置上可以培養(yǎng)出熟練的監(jiān)測監(jiān)控人員，是一件科技含量高且比較實用的創(chuàng)新產(chǎn)品。在本系統(tǒng)上可以整個橋梁的建造過程模擬仿真，可以為學(xué)生的橋梁實習(xí)提供一個實習(xí)基地。應(yīng)用模擬系統(tǒng)軟件，可以進(jìn)行橋梁建造過程的模擬、鋼管拱吊裝過程的應(yīng)力模擬、塔架位移模擬、混凝土灌注過程的模擬、成橋試驗的模擬、自爬吊籃的模擬等。可以演示監(jiān)測監(jiān)控的全過程,安裝到每一部分時的各部位的應(yīng)力情況。各部位的安裝次序。應(yīng)用硬件，可以讓學(xué)生自己動手進(jìn)行各個環(huán)節(jié)的實際操作，可以在比較短的時間完成整個橋梁的安裝過程。本系統(tǒng)可以在高校（橋梁研究單位、橋梁施工單位）的橋梁模擬實驗中進(jìn)行應(yīng)用，以提高學(xué)生的動手能力（橋梁研究單位的科研水平、橋梁施工單位的安全施工的可靠性）。3、下沉式鋼管混凝土模型設(shè)計3.1、塔架/扣架3.1.1、設(shè)計方案的提出大跨度鋼管混凝土拱橋的建設(shè)，目前主要采用纜索吊裝——斜拉扣定施工法。隨著拱橋結(jié)構(gòu)跨徑的增大(主拱截面幾何尺寸變大)，纜索吊裝的重量相應(yīng)增力口；同時，大跨度拱橋主拱矢高一般較大，主拱的吊裝高度亦很高(尤其是中承式和下承式拱橋)。因此，對于纜索系統(tǒng)(包括主索塔架)和扣索系統(tǒng)(包括扣索塔架)的強度、剛度及穩(wěn)定性的要求越來越高。為了增加大橋合攏前期主拱拱肋節(jié)段的穩(wěn)定性和拱軸線形調(diào)控的方便，確保整個主拱吊裝過程中的安全性，工程施工中通常將主索塔架(簡稱”塔架”)和扣索塔架(簡稱”扣架”)分開布置，使纜索系統(tǒng)與扣索系統(tǒng)獨立工作。顯然，構(gòu)造功能基本相同的二組塔架結(jié)構(gòu)，無形中大大增加了設(shè)備的投入和工程量，力口大了工程造價，了施工周期。有時還往往受到地形條件的限制，使塔架難于布置或無法布置。將塔架、扣架結(jié)構(gòu)合二為一，作整體性結(jié)構(gòu)設(shè)計(簡稱”吊裝塔”)，具有極大的現(xiàn)實意義。塔架／扣架一體化設(shè)計，正是為了解決上述弊端而提出的科學(xué)可行、經(jīng)濟(jì)合理的施工方案。3.1.2、塔架／扣架一體化設(shè)計相關(guān)技術(shù)吊裝塔是鋼管拱吊拼施工的主體結(jié)構(gòu)。塔架主要承受自身重量、索拉力(主索、扣索及風(fēng)纜)、風(fēng)載等荷載，其強度與穩(wěn)定性是否滿足設(shè)計要求，關(guān)系到大橋鋼管拱吊拼的施工安全，同時其剛度對主拱線形也有一定的影響。根據(jù)群益大橋主拱設(shè)計設(shè)計原形及施工現(xiàn)場地形特征，設(shè)置一高約45厘米的吊裝塔，兩塔相距130cm，上端可通過風(fēng)纜調(diào)控塔頂位移。主索設(shè)置上下兩組，其中心間距為20cm；每組主索由Ф4mm的鋼筋構(gòu)成，最大設(shè)計吊重量為0.5t。大橋吊裝施工體系見圖4-4。大橋吊裝施工體系見圖4-43.1.3、塔架／扣架塔強度分析吊裝塔采用仿萬能桿件拼裝成單門柱式桁架結(jié)構(gòu)。兩塔柱中心距設(shè)計為28.5cm。為了加強橫向連接，提高側(cè)向穩(wěn)定性，沿塔柱方向每隔22.5m設(shè)置一橫系梁。利用有限單元法對吊裝塔進(jìn)行靜力分析。整個塔架上端自由、下端與基礎(chǔ)固定，采用桿單元離散。吊裝塔最大壓力應(yīng)力均發(fā)生在塔架立柱根部。對于這部分荷載而言，塔架結(jié)構(gòu)是安全的。但還應(yīng)考慮到風(fēng)載、塔架橫向彎曲及其它因素的影響。3.1.4、塔架／扣架塔穩(wěn)定性分析對于塔架這類高聳建筑物，在強度條件滿足時，穩(wěn)定性分析也十分重要。塔架可視為下端固支，上端鉸接，長度系數(shù)μ為0.7。取吊裝塔橫截面A對中性軸y的慣性矩Iy=，塔高h(yuǎn)，則其回轉(zhuǎn)半徑r為:r=(2-2)長細(xì)比λ為:λ=(2.3)穩(wěn)定系數(shù)φ約為0.913.1.5、塔架／扣架塔應(yīng)力監(jiān)測扣索拉力和主索系統(tǒng)對塔架的作用力均可通過理論計算和實驗測量獲得。通過南、北塔架立柱根部（內(nèi)側(cè)為A1、A2、A3和A4，外側(cè)為B1、B2、B3和B4）的應(yīng)變傳感器，監(jiān)測塔架應(yīng)力，以反應(yīng)塔架的受力情況。塔架下端與基礎(chǔ)固接，而上端可產(chǎn)生較大的橫向位移，故整個塔架易發(fā)生彎、壓組合變形，其根部應(yīng)力可表示為:σ=-±（2—4）式中，N，P分別為軸向力和水平橫向力，Wy為抗彎截面模量。鋼管拱在吊裝前進(jìn)行試吊，由此可分析出立柱由軸向力引起的壓應(yīng)力約為-7.0MPa，由橫向彎矩引起的最大壓應(yīng)力值約為-14.0MPa。在不考慮斜桿承載的情況下（各斜桿受力均較?。?，可計算出塔架由于這部分荷載所承受的軸向壓力，橫向彎矩。即塔頂所承受的橫向水平力。由分析可知，盡管水平力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軸壓力，但由橫向水平力引起的彎曲應(yīng)力在總的應(yīng)力值中占有較大的份額。這是塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該注重的問題之一。因此，在吊裝過程中，應(yīng)適時地調(diào)整風(fēng)纜索，控制好塔頂水平位移，避免塔架根部應(yīng)力過大而屈服破壞。3.1.6、塔架/扣架塔頂位移控制由于塔架、扣架一體化設(shè)計，增加了吊裝塔監(jiān)控的必要性和難度。塔頂在水平力的作用下將產(chǎn)生較大的橫向位移。一方面，水平力使塔架結(jié)構(gòu)發(fā)生橫向彎曲，在塔架根部產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲應(yīng)力；另一方面，扣索、風(fēng)纜和主索系統(tǒng)沿塔架軸向的作用力和塔架的自重又進(jìn)一步加大了塔架的橫向彎曲變形，在塔架根部產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)趨于不穩(wěn)定。對該吊裝塔架而言，水平力P使塔架橫向彎曲變形時，軸向力N和塔架自重w共同對塔架根部的作用，約為產(chǎn)生相應(yīng)彎曲變形的橫向水平力P的一半，即相當(dāng)于1.5P的橫向水平力對塔架根部產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。在扣索、風(fēng)纜和主索等的最大組合荷載作用下；考慮到塔架穩(wěn)定性，塔頂?shù)脑试S水平位移[△]。所以，在鋼管拱的吊裝過程中，為避免塔頂?shù)乃轿灰七^大，必須對塔頂位移跟蹤觀測，實時調(diào)整風(fēng)纜，將水平位移控制在允許值以內(nèi)。3.2、主橋上部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造3.2.1、主橋拱肋設(shè)計拱肋是拱橋的主要承受載荷結(jié)構(gòu)，因而主拱圈的截面形式，拱軸線的線型，以及拱的材料的選取非常關(guān)鍵。本模型采用四肢式變截面鋼管混凝土格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)，主拱拱軸線是以懸鏈線為基礎(chǔ)的三次樣條曲線，每片肋拱由4φ22mm的鋼管用綴板綴條焊接而成。鋼管混凝土作為一種新的組合材料，由于其力學(xué)性能非常適合拱式體系的橋梁，所以得到了廣泛的應(yīng)用和迅猛發(fā)展。3.2.1.1、合理拱軸線的選定在拱橋設(shè)計中,合理拱軸線的確定直接影響主拱截面內(nèi)力的分布與大小。所謂合理軸線，就是當(dāng)拱的軸線與壓力線完全重合時，各截面的彎矩和剪力都為零，只有軸力，各截面上產(chǎn)生均勻分布的正應(yīng)力，材料能得到充分利用，從力學(xué)的觀點來看，這是最經(jīng)濟(jì)，合理的。因此在某種固定荷載作用下，拱的所有截面的彎矩都為零的軸線.目前拱橋常用的拱軸線型有圓弧線、拋物線和,以及高次拋物線等。本中承式鋼管混凝土拱橋的拱軸線采用的是懸鏈線三次樣條曲線。3.2.1.1.1、三次樣條插值數(shù)學(xué)函數(shù)設(shè)在節(jié)點a≤x0≤<x1<…xn≤b上,yj=f(xj),mj=f′(xj),j=1,2,…,n,由三次樣條插值理論可構(gòu)造一個一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的分段插值函數(shù)Sn(x),Sn(x)在每個小區(qū)間上[xk,xk+1]上是三次Hermite插值函數(shù),表達(dá)為：（2-1）式(1)在節(jié)點處只有一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)性,用于拱軸線的函數(shù)S(x),一般還要求在節(jié)點處滿足連續(xù)性條件:即S(xj-0)=S(xj+0)S′(xj-0)=S′(xj+0)S″(xj-0)=S″(xj+0)j=1,2,…,n-1(2-2)除式(2-2)外,根據(jù)問題的性質(zhì)還要求附加下列條件:S′(x0)=m0,S′(xn)=mn(2-3)或S″(x0)=C0,S″(xn)=Cn(2-4)式中:C0,Cn,為常數(shù)，特殊情況是C0,Cn=0.滿足式(2-2)與式(2-3)或式(2-2)與式(2-4)的分段插值函數(shù)Sn(x)稱為三次樣條插值函數(shù).3.2.1.1.2、用三次樣條插值函數(shù)確定合理拱軸線的方法在拱橋合理拱軸線設(shè)計時,已知的條件有拱橋凈橋跨L、矢跨比、主拱圈截面幾何性質(zhì)。根據(jù)合理拱軸線定義還可以得到：拱腳、拱頂處恒載彎矩應(yīng)等于零,此時任何類型的拱橋可以視為三鉸拱,由靜力平衡條件求得支座水平反力H0，豎向反力V,等跨度簡支梁彎矩M0在拱腳處拱軸線應(yīng)有（2-5）S(xn)=f拱項處（2-6）如果要求1/8跨、1/4跨度處拱截面恒載變矩為零，還有（2-7）（2-8）（2-9）式中:L為拱計算跨徑;f為拱計算矢高。設(shè)主拱圈高度為h0,截面形心到截下邊緣距離為h1,則L=L0+2h1sinφnf=f0+h1(1-cosφn)(2-10)實際設(shè)計中,首先需要確定L,f,才能求解H0,V0,再由式(2-5)求得φn.一般根據(jù)經(jīng)驗首先假定φn一個合理的數(shù)值H0，V0后,再調(diào)整φn的數(shù)值,用迭代法求出設(shè)計使用的φn,L,f值.3.2.1.1.3、三次樣條插值函數(shù)逐步逼近合理拱軸線在確定合理拱軸線時,由于拱軸線以跨中對稱,因此只需確定半跨拱軸線,以跨中截面形心為原點,X軸水平向左(或向右),Y軸豎直向下,區(qū)間[0,L/2].設(shè)0=x0<x1<……<是給定結(jié)點,在節(jié)點xj給定的函數(shù)值yj=S(xj)由方程（2-11）確定,在[xj,xj+1]上,S(x)的表達(dá)式為（2-12）式中:hj=xj+1-xj;mj=S′(xj)(j=1,2,.,n-1)由下式確定:jmj－1+2mj+ujmj+1=gj（2-13）式中：（2-14）（2-15）式(5-13)為n-1次線性方程組,m0,mn可由式(2-5),(2-6)給出。3.2.1..4、用三次樣條插值函數(shù)計算出的本橋合理拱軸線的坐標(biāo)已知拱橋設(shè)計凈跨徑L0=3m,凈矢高f0=0.608m.圖2-3為拱肋的左半部分。圖2-3左半拱肋示意圖用三次樣條插值函數(shù)計算出的本橋合理拱軸線的坐標(biāo)見表一：表一點位eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)eq\o\ac(○,7)eq\o\ac(○,8)Y(mm)X(mm)60120180240300360420480C4996141183224262298331點位eq\o\ac(○,9)eq\o\ac(○,10)eq\o\ac(○,11)eq\o\ac(○,12)eq\o\ac(○,13)eq\o\ac(○,14)eq\o\ac(○,15)eq\o\ac(○,16)Y(mm)X(mm)540600660720780840900960C363393421447471493513531點位eq\o\ac(○,17)eq\o\ac(○,18)eq\o\ac(○,19)eq\o\ac(○,20)eq\o\ac(○,21)eq\o\ac(○,22)eq\o\ac(○,23)eq\o\ac(○,24)eq\o\ac(○,25)Y(mm)X(mm)102010801140120012601320138014401500C5475615745845935996046076083.2.2、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2.2.1、鋼管混凝土基本性能介紹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣的當(dāng)屬內(nèi)填型圓鋼管混凝土，現(xiàn)簡要介紹其基本性能。我們知道，鋼材在彈性工作階段時，它的泊松比μ，變動很小，在0.25-0.30之間，而混凝土的泊松比μ隨著縱向力的增長從低應(yīng)力的0.167左右逐漸增至0.5，接近破壞時，將超出0.5。因此內(nèi)填型鋼管混凝土隨著軸向力N的增大，混凝土的泊松比μ迅速超過鋼管的泊松比μ，使得混凝土的徑向變形受到鋼管的約束而處于三向受力狀態(tài)（見圖2-1），其承載力大大提高。同時，鋼管的套箍作用大大提高了混凝土的塑性性能，使得混凝土，特別是高強度混凝土脆性的弱點得到克服。另一方面混凝土內(nèi)填于鋼管之內(nèi)，增強了鋼管的管壁穩(wěn)定性，剛度也遠(yuǎn)大于剛結(jié)構(gòu)，使其整體性也是很大的提高。因此，鋼管混凝土材料應(yīng)用于以受壓為主的構(gòu)件中，較之剛結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)有著極大的優(yōu)越性。圖2-1鋼管混凝土受力示意圖3.2.2.2、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼管混凝土主要用于受壓構(gòu)件中，其穩(wěn)定性問題突出，本模型主拱拱肋鋼管分5節(jié)段制作，采用四肢式變截面結(jié)構(gòu)，如圖2-2，a,b,c,d為四片長條形綴板，寬度為3.5cm，厚度為0.08cm，與鋼管焊接，左右為綴條，在ab和cd三面以及4φ22mm的鋼管內(nèi)，需要從下往上汞送混凝土，此混凝土汞送后，要對其進(jìn)行超聲波密實度檢測，因為鋼管內(nèi)混凝土由于受到材料及工藝措施的影響常出現(xiàn)某些缺陷，如脫粉、空洞、不密實等，這將直接影響主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。圖2-2四肢式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)肋拱相鄰的兩綴條之間，用斜拉管連接，以此來加固、美化拱肋，整個橋梁上下兩片拱肋，用橫撐相連，增加了拱肋的水平穩(wěn)定性，在兩個拱腳處，安裝有自己設(shè)計的受壓傳感器，用于拱腳壓力測試試驗。3.2.3、橫向聯(lián)結(jié)系3.2.3.1、橋面系鋼筋混凝土橋面通常包括橋面鋪裝、防火和排水設(shè)備，伸縮縫、人行道（或安全帶）、綠石、欄桿和燈柱等。此模型采用黑色的橡膠皮代替瀝青路面。橋面為雙向4車道，由三根簡支型鋼平行鋪設(shè)。橋梁兩邊人行道由2根型鋼組成。拱肋在橋面的水平投影區(qū)的標(biāo)高比行車道高出一些，這樣既可以起到人行道與行車道的分隔帶，又可以有效的防止吊桿不被汽車等撞壞，還可以在上面設(shè)綠化帶。欄桿由方格網(wǎng)經(jīng)過改造而成.3.2.3.2、吊桿設(shè)計鋼管混凝土中承式拱橋一般采用柔性吊桿，吊桿材料有圓鋼，高強鋼絲和鋼絞線。吊桿是把橫梁上的力傳給拱肋的結(jié)構(gòu).吊桿為局部受力構(gòu)件，要求其有較高的承載能力和穩(wěn)定性。吊桿受力大小與主橋的跨徑關(guān)系不大。本模型上下兩片拱肋各對稱等距地分布9根吊桿、吊桿材料為帶有螺紋的圓鋼。此螺紋可以用來調(diào)節(jié)吊桿的縱向長度。在吊桿圓鋼的外層，設(shè)有中空的不銹鋼鋼管套筒，其作用主要是保護(hù)內(nèi)側(cè)的受拉構(gòu)件不被腐蝕和美化吊桿，吊桿上預(yù)留一部分地置，提供吊管拉力測試儀器的安裝測試。吊桿示意圖如圖2-53.2.3.3、橫梁的設(shè)計橫梁設(shè)置于立柱上或吊桿下，然后在其上鋪設(shè)“T”形梁，橋面活載經(jīng)橋面系通過橫梁傳給立柱或吊桿、立柱或吊桿再將荷載傳給拱肋結(jié)構(gòu)。對于中承式拱，除有鋼架橫梁，吊桿橫梁外，一般在橋面系與拱肋相交處還有固定橫梁。固定橫梁除承受橋面板自重及由橋面板傳來的豎向荷載外，還起到兩肋間的橫向聯(lián)系作用，因此在受力和幾何構(gòu)造較復(fù)雜。

圖2-5吊桿示意圖本模型橋面橫梁為簡支伸臂梁，吊桿的橫向間距24cm為梁的跨度，梁的兩側(cè)伸臂長度均為9cm，總長度為42cm。模型橫梁受到的荷載不是很大，采用的材料為長×寬×高為500×20×5mm的鋼條。3.3、下部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造3.3.1、基礎(chǔ)設(shè)計結(jié)構(gòu)物與地基接觸的部分稱基礎(chǔ)。橋梁上部結(jié)構(gòu)為橋跨結(jié)構(gòu)，而下部結(jié)構(gòu)包括橋墩，橋臺及其基礎(chǔ)?；A(chǔ)根據(jù)埋置深度分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。我國公路橋梁現(xiàn)今最常用的深基礎(chǔ)是樁基礎(chǔ)[1]。本模型為了方便在室內(nèi)平臺實驗，且不對地板等產(chǎn)生任何影響，易于拱腳安裝和施工時搭架和纜風(fēng)固定，又考慮到拱橋豎向荷載轉(zhuǎn)化成水平推力的力學(xué)特性，為橋梁設(shè)計了一個獨特的基礎(chǔ)。此基礎(chǔ)可以把兩拱腳之間有機(jī)地連接起來，使整個橋梁形成一個自行封閉的受力體系。為了達(dá)到強度、剛度、穩(wěn)定性要求，基座使用經(jīng)濟(jì)、受力性能較好?？v向長為1.5m，橫向?qū)挾葹?.40m，基礎(chǔ)的幾何形狀和尺寸詳見圖2-8。圖2-8基礎(chǔ)（單位：mm）3.3.2、橋臺拱腳的設(shè)計橋梁墩，臺的主要作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，并通過基礎(chǔ)又把荷載及本身自重傳遞到地基上。橋臺除了是支承橋跨結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)物外，它又是銜接兩岸線路堤的構(gòu)筑物；既要能擋土護(hù)岸，又要能承受臺背填土及填土上車輛荷載所產(chǎn)生的附加側(cè)壓力。因此，橋梁橋臺不僅本身應(yīng)具有足夠的強度，剛度和穩(wěn)定性，而且對地基的承載能力，沉降量等也提出了一定的要求。由于設(shè)計拱矢高只有0.21m，如果直接放在地上，會產(chǎn)生整個橋梁鋪伏在地等不佳視覺感受，即不美觀，又不方便實驗（如圖2-9）。于是在基礎(chǔ)上再增加了一個高為0.15m的結(jié)構(gòu)架，以此來抬高整個橋梁的上部結(jié)構(gòu)和提高視角效果。其效果如圖2-10。圖2-10抬高上部結(jié)構(gòu)后的效果3.3.3水陸兩用橋梁探測吊籃3.3.3.1、技術(shù)領(lǐng)域本水陸兩用橋梁探測吊籃是適用于橋梁的探傷，檢測,橋梁的維修，補強及成橋試驗等場合的必備工具。3.3.3.2、技術(shù)背景目前舊橋很多，根據(jù)對舊橋的普查，大多數(shù)的橋梁在不同程度上有所損傷，有的剛度不夠，有的部件損壞嚴(yán)重，這就需要對其進(jìn)行探傷及檢測，即成橋試驗。經(jīng)過測試數(shù)據(jù)分析，才能做出切實可行的補強及加固方案，以便進(jìn)行橋梁的維修，提高橋梁運營的可靠度。橋梁部件探傷一般采用非金屬探傷儀進(jìn)行測試，在要探傷的部位安裝探頭進(jìn)行測試。探頭所探部位，要用鋼管搭腳手架之后，才能完成探傷測試。若橋墩比較高，則搭腳手架的工作量非常之大。橋梁部件應(yīng)力測試通常采用電測法，將應(yīng)變片貼在橋面構(gòu)件的下表面進(jìn)行測試。以單跨100米的拱橋為例，設(shè)跨距為L，一般要求在L/2、3L/8、L/4及拱腳幾個截面進(jìn)行測試。測試的第一個步驟是在四個截面拱的下表面粘貼應(yīng)變片，通常以橋面為根基搭爬梯及掛籃，并在四個截面分別搭一座才能完成拱下表面貼片任務(wù)，用鋼管很多，工作量也是很大。鑒于以上情況，我們研究設(shè)計制作出了水陸兩用橋梁探測吊籃，以解決目前存在的問題。3.3.3.3、主要功能本水陸兩用橋梁探測吊籃解決在橋拱下表面貼應(yīng)變片問題及有缺陷的高大混凝土構(gòu)件的探傷問題。所解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：吊籃主體8用鋼管及扣件組裝而成，吊籃主體8底部安裝木板，四周安裝安全網(wǎng)12，在吊籃主體8兩端上方分別安裝一個吊耳7、14，便于吊籃主體8空中移動。吊籃主體8下面兩端，分別安裝一個氣囊9、13，作為水上劃行之用；吊籃主體8下面中部兩側(cè)分別安裝車輪10、11，作為陸地移動之用。在吊籃主體8兩端上方的吊耳7、14上，分別用鋼絲繩3、4、15、18吊起，鋼絲繩3、4、15、18的一端分別固定在被測橋面欄桿根部擋住的鋼管1、2、19、20上。鋼絲繩3、4、15、18另一端與自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17的上方連結(jié)。自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17的下方與吊籃主體8兩端上方的吊耳7、14分別相連結(jié)。這樣當(dāng)要測某一截面時，上下擺動自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17上的加力桿，自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17可沿鋼絲繩3、4、15、18前后左右上下移動。四個自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17同時在各自的鋼絲繩3、4、15、18上協(xié)調(diào)動作，吊籃主體8可到達(dá)鋼絲繩3、4、15、18之間的任意截面內(nèi)。工作人員乘坐在吊籃主體8上即可完成橋下貼應(yīng)變片及探傷作業(yè)。本新型吊籃的優(yōu)點是：與常規(guī)的掛籃相比，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)合理，使用經(jīng)濟(jì)，安全可靠、重量輕。吊籃主體8通過車輪10、11或氣囊9、13，可很方便地運行到指定位置。在鋼絲繩3、4、15、18之間的截面所涉及的范圍內(nèi)，通過自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17上加力桿的操作，使吊籃主體8位置任意移動，可很方便地在橋下面完成橋拱下表面貼應(yīng)變片及探傷作業(yè)。3.3.3.4、具體實施方案首先確定拱橋檢測的部位，比如檢測部位為L/2、3L/8、L/4、及拱腳，并在這些截面下表面貼上應(yīng)變片,檢測其應(yīng)力大小。在L/2及L/4截面橋兩側(cè)分別放下鋼絲繩3、4、15、18，鋼絲繩3、4、15、18的一端鎖緊在鋼管1、2、19、20上，鋼絲繩3、4、15、18靠近吊耳的一端，分別安裝上自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17，并一同放到橋下的地面（或水面）上。其次將吊籃主體8運行到指定截面L/2處下部，將鋼絲繩3、4、15、18分別系在吊耳7、14上。再將自鎖式自爬葫蘆6、16同時上升到合適的高度，一般距橋面下部表面1.5米為宜，另兩個自鎖式自爬葫蘆5、17分別張拉到合適的拉力，一般使吊籃主體8不晃動為宜。吊籃主體8上升到位之后，即可進(jìn)行貼應(yīng)變片的相關(guān)程序：貼片位置的打磨、貼片、焊線、拉線等工作。本截面任務(wù)完成之后，調(diào)整自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17及鋼絲繩3、4、15、18的位置，即可將吊籃主體8移動到另一指定的任意截面，完成貼片之后，即可進(jìn)行橋墩縱向裂紋深度的檢測。調(diào)整自鎖式自爬葫蘆5、6、16、17，吊籃主體8可沿橋墩向下移動。在移動的同時，即可同時進(jìn)行探傷程序：在探頭上涂上黃油，將探頭放在裂紋兩惻，再將非金屬探傷儀設(shè)置好之后，即可進(jìn)行聲時檢測，并計算出裂紋的深度。探測及檢測任務(wù)完成之后，將吊籃主體8降落到陸地上或水面上。3.4、吊裝系統(tǒng)3.4.1、概況在峽谷或水深急流的河段上,或在通航的河道上需要滿足船只的順利通行,纜索吊裝由于具有跨越能力大,水平和垂直運輸機(jī)動靈活,適應(yīng)性廣,施工比較穩(wěn)妥方便等優(yōu)點,在拱橋施工中被廣泛采用.纜索吊裝對于加快橋梁施工速度,降低橋梁造價等方面起到了很大作用。纜索吊裝施工工序為；在預(yù)制場預(yù)制拱肋(箱)和拱上結(jié)構(gòu)，將預(yù)制拱肋和拱上結(jié)構(gòu)通過平車等運輸設(shè)備移運至纜索吊裝位置，將分段預(yù)制的拱肋吊運至安裝位置，利用扣索對分段拱肋進(jìn)行臨時固定，吊裝合攏段拱肋，對各段拱肋進(jìn)行軸線調(diào)整，主拱圈合攏，拱上結(jié)構(gòu)安裝。纜索吊裝的工地布置如圖4-1所示。圖4-1纜索吊裝的工地布置圖3.4.2、纜索吊機(jī)的組成3.4.2.1、承重纜索（主索、天索）結(jié)構(gòu)型式：由鋼芯或纖維鋼絲繩組成，其直徑大小及所用根數(shù)根據(jù)跨度及起重量通過計算確定。當(dāng)采用47.5mm鋼芯或纖維芯鋼繩做一組主索，一般吊裝由1～4根組成，起重重量特別大則由6～8根組成。注意事項：（1）可將每組鋼繩穿過設(shè)于錨碇的特制大滑車，將各根鋼繩用索夾連接起來，以使每根鋼繩受力一致；（2）主索的設(shè)計垂直度一般為跨度的1/13～1/18；（3）主索安裝時要嚴(yán)格按計算的安裝垂度安裝。3.4.2.2、起重索結(jié)構(gòu)型式：主索跑車下聯(lián)的吊滑車組。跑車由縱向夾板將滑輪分為數(shù)排，排數(shù)與主索根數(shù)相同，跑車輪縱向一般2～4滑輪。起重索一般穿線采用過起重滑車組后的一端（死頭）固定在塔架或錨碇上，另一端穿入卷揚機(jī)（活頭）。注意事項：（1）跑輪直徑宜為200～300mm；（2）起重滑車組視起吊重量來確定所需輪數(shù)；（3）為減少起重及滑車中滑輪的摩擦，軸承宜采用滾珠軸承。3.4.2.3、牽引索結(jié)構(gòu)型式：一般由單線牽引，如果采用兩點吊，則跑車之間用鋼繩連接，牽引索在兩岸分別由卷揚機(jī)牽引。注意事項：（1）當(dāng)一岸牽引時，另一岸牽引要放松牽引索；（2）當(dāng)?shù)觞c距索塔很近時，牽引力很大，可采用雙線牽引。3.4.2.4、塔架（索塔）結(jié)構(gòu)型式：索塔由塔腳、塔身、塔頂、索鞍、抗風(fēng)繩組成，其塔身一般采用萬能桿件、六四軍用梁、貝雷架組成。塔頂一般采用單滑輪式索鞍，塔腳為固結(jié)構(gòu)和鉸接鋼結(jié)構(gòu)。正式纜風(fēng)設(shè)于塔頂。注意事項：（1）索鞍所用滑輪直徑宜大于15倍主索直徑，滑輪的輪槽的寬與深均應(yīng)略大于主索直徑；（2）索塔在組拼過程中應(yīng)設(shè)置臨時纜風(fēng)繩，一般至少設(shè)兩道，與地面夾角30?！?5。為宜；（3）正式抗風(fēng)的角度布置與需要根數(shù)要通過計算確定，以保證塔頂水平位移在規(guī)定范圍內(nèi)。其規(guī)定值為：eq\o\ac(○,1)塔腳為固結(jié)的鋼結(jié)構(gòu)，塔頂位移的限制值為H/400。eq\o\ac(○,2)塔腳為鉸結(jié)的鋼結(jié)構(gòu)，塔頂位移的限制值為H/100～H/150，其中H為索塔高；（8）在兩岸塔頂間敷設(shè)壓塔索，以加強索塔抗風(fēng)。3.4.2.5、錨碇（地錨、地垅）結(jié)構(gòu)型式：錨碇是一種以與地層有效受力聯(lián)系的臨時構(gòu)造，它可以是橋梁的墩、臺、大型建筑物、巖層、大孤石等，也可是人工專門制作的樁錨、坑、鋼環(huán)錨、壓錨、洞錨、重力錨、嵌固錨及水中錨碇等型式。注意事項：（1）錨碇的選用須根據(jù)錨碇受力大小和所處的地形及地質(zhì)條件通過設(shè)計計算確定；（2）在大型吊裝施工中，多采用重力式錨碇、埋置式洞錨、嵌置式錨樁。3.4.2.6、扣索（天扣、通扣）結(jié)構(gòu)型式：專門用來懸掛穩(wěn)定邊段拱，是一組主索設(shè)備。在兩段吊裝的拱肋施工中，天扣為一套完整的主索；在橋墩上立一個扣架或直接用接近橋面標(biāo)高的橋墩立柱、橫墻或橋臺，用一根鋼絲繩做扣索，扣索的一頭固定在拱肋扣點上，一端通過各扣架端頂，一直貫通到兩岸地錨前，再用滑輪組收緊。常用于多孔跨的拱橋?？鬯髋c主索系統(tǒng)分開，干擾少。注意事項：（1）不需另設(shè)扣架；（2）可降低主索塔架的高度；（3）收緊滑輪組應(yīng)設(shè)置在拱肋扣點前。（1）當(dāng)兩岸缺乏平坦場地來設(shè)置滑輪組時，可以將扣索轉(zhuǎn)向到橋的兩側(cè)；（2）收緊滑輪組應(yīng)設(shè)置在地錨前。3.4.2.7、扣索（塔扣、墩扣）結(jié)構(gòu)型式：用主索的塔架作為扣索的扣架。多作于單跨橋；直接將扣索錨固在接近橋面且本身具有足夠強度的墩頂。注意事項：（1）為保證縱向穩(wěn)定要讓扣索充分受力；（2）應(yīng)加強拱肋接頭兩側(cè)的纜風(fēng)索，確保邊段拱肋的橫向穩(wěn)定性；（3）采用粗鋼絲繩時，收緊滑輪組應(yīng)設(shè)置在兩岸地錨前；單孔橋或細(xì)鋼絲繩時，則設(shè)置于塔架與拱肋扣點間。（1）懸掛邊段拱肋扣索設(shè)備最少；（2）墩扣的拉力較大；（3）收緊滑輪組應(yīng)設(shè)置在拱肋扣點前。3.4.3、吊裝方法及要點大跨徑拱橋吊裝，由于每段拱肋較長，重量較大，為使拱肋吊裝安全，應(yīng)盡量采用正吊，正落位、正扣，因此索塔的寬度應(yīng)與橋?qū)捪噙m應(yīng)。拱肋分段安裝時，每段拱肋由扣索臨時固定在扣架上，此時每段拱肋必須設(shè)置風(fēng)纜。起重索與扣索承重交接時速度不能太快，每次升降應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，交接過程中對風(fēng)纜隨時進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)拱肋跨度大于80m或橫向穩(wěn)定安全系數(shù)小于4時，應(yīng)采用雙基肋合攏松索成拱的方式。即當(dāng)?shù)谝桓袄吆蠑n并校正拱軸線，楔緊拱肋接頭縫后，稍松扣索和起重索，壓緊接頭縫，但不卸掉扣索，待第二根拱肋合攏，兩根拱肋橫向聯(lián)結(jié)固定好并拉好風(fēng)纜后，再同時松卸兩根拱肋的扣索和起重索。3.4.4、吊索3.4.4.1、設(shè)計原理及計算3.4.4.1.1、纜索方案選擇主索數(shù)的確定當(dāng)拱跨徑小，單片拱合攏后，自身的橫向穩(wěn)定安全系數(shù)不小于4，可只設(shè)一組主索，在吊裝過程中主索需在塔頂橫向多移動幾次；當(dāng)拱橋跨徑大，為加快吊裝進(jìn)度，通常采用兩組主索同時進(jìn)行吊裝。本模擬系統(tǒng)是基于湖北省姊歸縣龍?zhí)逗哟髽蛟卧O(shè)計，跨徑200米。根據(jù)實際情況采用兩組主索設(shè)計。(2)索跨的確定選擇單跨結(jié)構(gòu)，雖然由此增加了索塔高度和住所的承載能力，但給施工帶來很大方便，施工中對于大跨徑橋梁中間部分也無法架設(shè)結(jié)構(gòu)物。(3)懸掛邊、次段拱箱（肋）扣索方案的選擇當(dāng)邊段拱箱（肋）段由主索運輸至安裝位置，并就位在拱座上，這時需要敷設(shè)一組扣索，已就位的邊段拱箱扣定，收緊扣索，并同時放松主索起重滑車組鋼繩，使拱箱由吊點受力逐漸移交給扣索，直至取下吊點為止。扣索通過計算后可采用滑車組，如扣索索力特大，滑車組已不能滿足時，可采用高強鋼絲束、鋼絞線做扣索通過索力調(diào)整器調(diào)整（實際施工中采用油壓千斤頂）扣索的布置方法一般有塔扣、墩扣、天扣、通扣等類型。見圖4-2圖4-2扣索類型(4)拱箱（肋）起吊方法及起吊安裝順序的確定拱箱（肋）預(yù)制場若設(shè)在橋臺后的引道上，則拱肋沿軌道平車運至橋臺口并從索塔下專設(shè)的門洞穿過，主索采用前吊點將拱肋起吊，拱肋沿軌道前行（用卷揚機(jī)牽引），此時拱肋前端吊于主索前吊點，拱肋后端還放在平車上，當(dāng)拱肋后端吊環(huán)前進(jìn)至后吊點下時，后吊點及時與吊環(huán)連接，收緊后吊點拱肋吊于主索吊點上，再運到安裝位置。若預(yù)制場設(shè)在橋下河灘，則拱肋可運到主索下起吊；若拱肋無法運至主索下面，則主索起吊時會采用“歪吊”，此時需要在起吊拱肋滑車部位敷設(shè)橫向風(fēng)纜。3.4.4.1.2、纜索吊機(jī)計算3.4.4.1.2.1、主索計算（1）主索最大拉力：式中：P主—主索破壞拉力：n1—安全系數(shù)，通常取3-4。式中：——在車輪壓力作用下主索最大單位面積所受到的壓力；F——主索橫斷面面積；Q——小車總重力；n——主索上車輪數(shù)；Ek——主索彈性模量。式中：n2——主索單位面積的安全系數(shù)，通常取2-2.75；——鋼絲繩破壞應(yīng)力。（2）主索水平拉力H的計算①當(dāng)重車在距離支架xm時的主索水平拉力為Hx，由于能調(diào)整纜索的長度，所以溫度變化不計在內(nèi)。計算式為式中：Hx——重車距離支架x米時的主索水平拉力；L——主索跨度；Qm——小車總重力；Qx——任意荷載；——鋼索的線膨脹系數(shù)，；gm——主索、分索器及器重索自重力；g——主索單位長度重量；——主索拉力T與水平線夾角余弦；Hm——主索的最大水平拉力，。②主索安裝水平拉力H（3）主索撓度①最大撓度下垂坡度②安裝撓度下垂坡度為3.4.4.1.2.2、起重索計算最大拉力式中：G——重車重力；d——鋼絲繩的直徑；D——起重索滑輪直徑。要求：安全系數(shù)n1=P起/Tmax>5；安全系數(shù)。式中：P起——鋼絲的破壞力；——主索的極限拉斷應(yīng)力。3.4.4.1.2.3、牽引索計算（1）拉力計算拉力計算時應(yīng)考慮各滑輪的摩擦力以及各輪之間拉力等因素?？偁恳齽?wù)W=W1+W2+W3式中：W1——跑車運動阻力，由下式計算：W2——器重索運行阻力，W2=T起（1-ηm）T起——器重索的拉力；其中：Q——起吊總重；N——滑輪組上器重索工作線數(shù)；η1——滑傳輸線組效率，取0.96；η2——轉(zhuǎn)向滑輪效率，取0.96；m——滑輪組輪數(shù)；μ——轉(zhuǎn)向滑輪輪數(shù)；K——具有不同轉(zhuǎn)輪數(shù)的各種輪軸工作系數(shù)；η——器重索所穿過滑車的效率。W3——后牽引索的自然張力，,其中：q1——牽引索單位長度重量；X1——后牽引索的跨度；F——后引索的跨中垂度。一般情況下牽引索拉力可用下式近似計算：牽引索的最大拉力式中：n——牽引索穿過的滑車數(shù)量（2）牽引索應(yīng)力，要求：安全系數(shù)；安全系數(shù)。3.4.4.1.2.4、結(jié)索計算結(jié)索用于懸掛分索器，使主索、起重索、牽引索不致互相干擾。它僅承受分索器重力及自重。結(jié)索撓度應(yīng)等于或小于主索案卷撓度，還應(yīng)小于牽引索最大撓度。結(jié)索水平拉力為:式中：gm——包括分索器和結(jié)索的自重力。要求：安全系數(shù)n1>4；安全系數(shù)n2>2。3.4.4.1.2.5、纜風(fēng)索力計算（1）外側(cè)風(fēng)纜作用在柱頭的縱向力（見“路橋計算手冊”）①主索水平反力RH；②風(fēng)力P1；③結(jié)索作用在柱頭拉力P2；④起重索作用在柱頭拉力P3；⑤牽引索作用在柱頭拉力P4；綜上所述，作用在柱頭總縱向力為P=RH+P1+P2+P3+P4外側(cè)風(fēng)纜共兩根，每根風(fēng)纜拉力為式中：a——纜風(fēng)繩在水平面上的投影與主索的夾角；——纜風(fēng)繩與水平面的夾角。安裝時（即當(dāng)纜風(fēng)繩未隨風(fēng)力時）維持風(fēng)纜撓度在1.5%L，即安裝拉力為從而得外側(cè)纜風(fēng)索總拉力：T=T1+T2安全系數(shù)n=P總/T>3，其中，P總為總破壞力。（2）內(nèi)側(cè)風(fēng)纜作用在柱頭橫向力風(fēng)力作用在柱頭橫向力由兩個風(fēng)纜承擔(dān)：式中：——作用在柱頭的橫向力。內(nèi)側(cè)風(fēng)纜安裝拉力與外側(cè)風(fēng)纜相同，即內(nèi)側(cè)纜風(fēng)索總拉力為安全系數(shù)內(nèi)側(cè)纜風(fēng)索安裝撓度：3.4.4.1.2.6、支柱基礎(chǔ)反力（1）支柱自重G；（2）主索垂直反力T垂；（3）纜風(fēng)索垂直分力T垂；（8）結(jié)索平衡重及牽引索平衡重W。支柱基礎(chǔ)反力為:R=G+R1+T+W3.4.4.1.2.7、重力式錨碇穩(wěn)定性驗算重力式錨碇利用其自重來平衡拉力，一般不考慮土壓力，如圖4-3所示。圖4-3（1）傾覆穩(wěn)定性驗算KM=M穩(wěn)/M傾≥1.4式中：M穩(wěn)——穩(wěn)定力矩，M穩(wěn)=pb；M傾——傾覆力矩，M傾=TL；T——拉索拉力。（2）上拔力安全系數(shù)KV=P/VT≥1.4式中：P——錨碇自重；VT——拉索拉力T的豎直分力，VT=Tsina；（3）抗滑穩(wěn)定性驗算KH=Hf/HT≥1.4式中：Hf——基底摩阻力，=（P-VT）f；f=錨碇與基底的摩擦系數(shù)；HT——拉索拉力T的水平分力，HT=Tcosa。3.4.4.1.2.3、纜索設(shè)備檢查及檢查方法纜索設(shè)備雖不屬于永久工程，但其質(zhì)量的好壞直接影響著工程的進(jìn)展及工程和工程人員的安全，因此在施工中應(yīng)對以下內(nèi)容做嚴(yán)格的檢查。(1)地錨試?yán)话闱闆r下每一類地錨取一個進(jìn)行試?yán)?。纜風(fēng)索的土質(zhì)地錨要求位移小，應(yīng)全部做試?yán)?，通過試?yán)孩倏梢灶A(yù)先完成一部分位移；②可考慮其是否適用。試?yán)椒ㄒ话銥榈劐^相互試?yán)?，受拉值為設(shè)計荷載的1.3-1.5倍。(2)索扣試?yán)鬯魇菓覓旃袄叩闹饕O(shè)備，因此必須通過試?yán)瓉泶_保其可靠性。其試?yán)椒ㄊ强蓪砂兜目鬯饔眯都走B接起來，收緊收緊索進(jìn)行對拉。這樣可全面檢查扣索、扣索收緊索、扣索地錨及動力裝置等是否滿足要求。(3)主索系統(tǒng)試吊主索系統(tǒng)試吊分跑車空載反復(fù)運轉(zhuǎn)、靜載試吊和吊重運行三步驟。每一步驟試吊完成后，確定無異常現(xiàn)象才能進(jìn)行下一個步驟。試吊重物可以為構(gòu)件、鋼筋混凝土預(yù)制件等，試吊載重運行可分幾次完成，吊重一般為設(shè)計荷載的60％、100％、130％。在每一步試吊中，應(yīng)連續(xù)不間斷地觀測塔架位移、主索垂度、主索受力的均勻程度；動力裝置工作狀態(tài)、牽引索、起重索在各轉(zhuǎn)向輪上運轉(zhuǎn)情況；主索地錨穩(wěn)固情況及檢查通訊、指揮系統(tǒng)的通暢性能和各作業(yè)之間的協(xié)調(diào)情況。試吊后須綜合各種觀測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場檢查結(jié)果，對設(shè)備的技術(shù)狀況進(jìn)行分析、鑒定，提出切實可行的改進(jìn)措施，對能否調(diào)裝做結(jié)論。3.4.4.2、吊施工觀測3.4.4.2.1、主索垂度觀測觀測方式：（1）用水平儀或水準(zhǔn)儀在索塔塔身上對主索進(jìn)行觀測；（2）用經(jīng)緯儀測仰角來計算；（3）跑車上吊繩直接測量。主要目的：通過對垂度的測量來計算主索拉力。3.4.4.2.2、塔頂及錨碇位移觀測觀測方式：（1）對塔架不高、風(fēng)力較小的索塔，可在其塔頂上下游端頭各掛一重量為大于5㎏的垂球；（2）塔架較高、風(fēng)力較大時，在塔頂上、下游端頭設(shè)固定標(biāo)尺，用經(jīng)緯儀在固事實上點進(jìn)行觀測；（3）錨碇可在上、下游側(cè)布置固定觀測點，用經(jīng)緯儀觀測。主要目的：通過對其位移觀測來判斷安全性。3.4.4.2.3、拱肋中線觀測觀測方法：（1）當(dāng)橋墩（臺）頂面標(biāo)高高于接頭標(biāo)高進(jìn)，將經(jīng)緯儀架設(shè)在拱肋中線方向上，直接觀測拱肋上的中線標(biāo)志；（2）當(dāng)經(jīng)緯儀架設(shè)在拱肋中線方向上不能通視，可將經(jīng)緯儀架設(shè)于兩肋之間，在每條拱肋接頭處垂直拱肋安放一水平標(biāo)尺。主要目的：通過觀測了解拱肋是否在平面位置上安裝到位。3.4.4.2.4、拱肋高程觀測觀測方式：（1）在觀測處設(shè)置垂直標(biāo)尺，在兩岸相應(yīng)高程設(shè)置水平儀觀測臺，若兩岸沒合適的地勢，則可搭設(shè)塔架觀測，觀測距離不應(yīng)大于150m；（2）在橋墩上觀測接頭下面掛的水準(zhǔn)尺；（3）將水準(zhǔn)儀架設(shè)在橋墩、臺主墻頂面上，觀測拱肋背上豎立的水準(zhǔn)標(biāo)尺。主要目的：通過觀測調(diào)整接頭高程及拱軸線。3.4.4.3、設(shè)置纜風(fēng)時注意的問題橫向纜風(fēng)索，在邊段拱肋安裝時，可用來調(diào)整和控制拱肋中線；在拱肋合龍時可以使接頭對中就位；在拱肋成拱后，可以減少拱肋自由長度，增大拱肋的橫向穩(wěn)定；在外力作用下對拱肋的位移產(chǎn)生約束。因此纜風(fēng)繩的作用可見一斑，設(shè)置時需注意以下問題。(1)纜風(fēng)索可以布置在岸上、水中或橋墩上。(2)纜風(fēng)索應(yīng)成對稱布置，且上、下游纜風(fēng)索的長度相差不宜，過大。纜風(fēng)索與拱肋軸線夾角宜大于450；與地平面夾角宜為300，距離宜小于100m。(3)用以纜風(fēng)繩的地錨應(yīng)牢固可靠，為防止地錨受力后的位移，應(yīng)采取預(yù)先試?yán)?。對固定在橋墩臺上的纜風(fēng)索須進(jìn)行計算，不能對墩臺造成不利因素。(4)根據(jù)纜風(fēng)索受力大小可采用單線鋼絲繩，也可采用滑輪組，在初始收緊纜風(fēng)索時可用卷揚機(jī)，做拱肋調(diào)整時宜用鏈子滑車進(jìn)行。(5)纜風(fēng)繩在收緊、放松時應(yīng)在測量觀測下統(tǒng)一指揮進(jìn)行，隨拱肋接頭高程的升降而放、收。(6)對于拱肋為整段吊裝或兩段吊裝的中小跨徑雙曲拱橋，每孔至少應(yīng)有一根基肋設(shè)置固定的纜風(fēng)索，分3段或5段吊裝的大跨徑拱橋，每孔至少有兩根基肋在接頭附近設(shè)置穩(wěn)定的纜風(fēng)風(fēng)索。(7)在每孔拱肋全部合龍、橫系梁或橫隔板達(dá)到一定強度后，方可拆除纜風(fēng)索。3.4.4.4、拱肋合攏后，松索過程中必須注意事項(1)松索前應(yīng)校正拱軸線位置及各節(jié)頭高程，使之符合要求。(2)每次松索均應(yīng)采用儀器觀測，控制各接頭高程，防止拱肋各接頭高程發(fā)生非對稱變形而導(dǎo)致拱肋失穩(wěn)或開裂。(3)松索應(yīng)按照拱腳段扣索、次段扣索、起重索的先后順序進(jìn)行，并按比例定長、對稱，均松卸。(4)每次松索量宜小，各接頭高程變化不宜超過lcm。松索至扣索和起重索基本不受力時，宜用鋼板嵌塞接頭縫隙，再將扣索和起重索放松到不受力，壓緊接頭縫，擰緊接頭螺栓，同時用風(fēng)纜調(diào)整拱肋軸線。調(diào)整拱肋軸線時，除應(yīng)觀測各接頭高程外，還應(yīng)兼測拱肋及1／8跨點處高程，使其在允許偏差之內(nèi)。(5)接頭處部件電焊后，方可松索成拱。4、模型上所開展的實驗4.1、應(yīng)變測量4.1.1、實驗分析應(yīng)變測量，就是利用實驗手段直接獲取結(jié)構(gòu)某些部位的變形信號。通過科學(xué)分析，從而對結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)作出較客觀的評價。從目前國內(nèi)外實驗應(yīng)力分析技術(shù)動態(tài)看，應(yīng)變測量的方法很多，主要取決于傳感元件。適用于表面變形測量的有：外夾式變形測量、應(yīng)變片粘貼、脆性涂層等；適用于現(xiàn)場內(nèi)埋實測的混凝土應(yīng)變傳感器有：應(yīng)變式傳感器、鋼弦式傳感器、壓電晶體傳感器、內(nèi)埋光纖等；此外，對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還可通過測量鋼筋的應(yīng)變來反應(yīng)混凝土應(yīng)變。在實際應(yīng)用中，要根據(jù)被測結(jié)構(gòu)物和測量要求，綜合考慮，合理選擇測量方法。利用電阻應(yīng)變測量技術(shù)可測量事物表面的應(yīng)變，且具有很高的測量精度。由于它在測量的過程時輸出的是電信號，因此易于實現(xiàn)測量數(shù)字化。其測量基本原理如下；電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)由電阻應(yīng)變傳感器、電阻應(yīng)變儀及記錄器三部分組成。其中電阻應(yīng)變片可將構(gòu)件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，電阻應(yīng)變儀將此電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（電流）的變化，并進(jìn)行放大，然后記錄器記錄下來，并換成應(yīng)變數(shù)值。4.1.2、傳感器的選擇與防護(hù)在工程實際應(yīng)用中，傳感器的選擇既要考慮傳感器的測量量程、測量精度、零點漂移、溫度漂移、綜合誤差、價格等，又要全面考慮被測物的結(jié)構(gòu)特點：現(xiàn)場安裝、使用期限、防護(hù)、測點數(shù)量等諸多因素?；趯嶒炇宜玫臉蛄航ㄔ旒皺z測模擬系統(tǒng)對傳感器要求精度高、能反復(fù)使用、便于拆裝等具體情況。因此，實驗平臺的鋼管拱、橋面等位置采用單向拉壓傳感器；塔架底部采用雙梁及S型傳感器；吊桿部分安裝多孔應(yīng)力集中圓環(huán)傳感器；同時，可機(jī)動使用夾式引申計用于其它位置應(yīng)力的測量。此外，測量儀器設(shè)備的穩(wěn)定性、導(dǎo)線的可靠性（要求導(dǎo)線有一定的防水、耐寒耐高溫能力，有一定的張拉強度，有較好的抗干擾屏蔽作用）、傳感器的安裝與防護(hù)等都十分重要，每個步驟對監(jiān)測監(jiān)控的成功都十分重要，必需依照嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)和工作經(jīng)驗進(jìn)行。4.1.3、靈敏系數(shù)和溫度補償用應(yīng)變片靈敏系數(shù)來表示應(yīng)變片電阻變化與被測應(yīng)變的關(guān)系。當(dāng)被測點為一維應(yīng)力狀態(tài)時，稱應(yīng)變片電阻變化率與被測點的應(yīng)變之比為應(yīng)變片靈敏系數(shù)。測量時，應(yīng)盡量使應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)一致。如無法保持一致，應(yīng)按有關(guān)理論公式進(jìn)行修正。進(jìn)行溫度補償?shù)拇胧┦牵涸诓键c出沿正應(yīng)力方向埋設(shè)應(yīng)變磚作為工作片，將其與應(yīng)變儀的一個橋臂連接。按應(yīng)變電測原理，當(dāng)其與被測點同步變形時，引起應(yīng)變片中敏感柵電阻的電阻值變化，由電橋測量出其電阻值的改變，從而反映出該點應(yīng)變的大小。當(dāng)被測點發(fā)生溫度改變，也會引起應(yīng)變片阻值的變化，影響測量精度。為消除其影響，在布控點除埋設(shè)工作片外，在與最大主應(yīng)力方向垂直的方向上，另埋設(shè)溫度補償片，將其與被測點放置在同一溫度環(huán)境中且不受機(jī)械荷即可。將工作片與補償片分別接在應(yīng)變儀的兩個橋臂上，引起的溫度變形能徹底消除，從而僅剩下機(jī)械荷載引起