【雙塔鋼箱桁梁斜拉橋施工監(jiān)控研究12000字（論文）】

雙塔鋼箱桁梁斜拉橋施工監(jiān)控研究目錄TOC\o"1-3"\h\u12347目錄 1168501.引言 3277242.工程背景概述 441782.1施工方法 4139072.1.1裕溪河特大橋介紹 4227252.1.2裕溪河特大橋施工方法 451142.2雙塔鋼箱梁斜拉橋施工監(jiān)控相關(guān)理論 568912.3斜拉橋施工控制的內(nèi)容 6153172.3.1結(jié)構(gòu)變形控制 6229302.3.2應(yīng)力控制 7230042.3.3穩(wěn)定性控制 7316572.3.4安全控制 7247562.4索力控制 7314692.4.1索力均勻性控制 856722.4.2索力大小控制 8299403.主梁及斜拉索施工監(jiān)控 10154923.1斜拉橋橋梁結(jié)構(gòu) 1065693.2該橋的監(jiān)控要點(diǎn) 1019683.3施工監(jiān)控方法 1126663.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別和修正 11174683.3.2控制精度 1260023.3.3斜拉索施工監(jiān)控 1219843.3.4結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù) 13300023.3.5鋼箱梁局部應(yīng)力監(jiān)控 15156743.4主梁線形控制 1745423.4.1主梁高程監(jiān)測 17136423.4.2鋼箱梁軸線偏位監(jiān)測 18129403.5斜拉索施工控制 19249673.5.1斜拉索索力監(jiān)測 1912813.5.2合理成橋索力 20233603.5.3施工階段索力 22247484.結(jié)論 246493參考文獻(xiàn) 251.引言斜拉橋又稱斜張橋，是利用斜拉索代替彈性支撐將主梁、主塔和主墩組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是斜拉索將梁多點(diǎn)吊起，恒載及活載通過斜拉索傳至塔柱，再通過塔柱基礎(chǔ)傳遞至地基。斜拉橋可以使梁體內(nèi)彎矩減小，降低主梁高度，節(jié)省了材料，減輕了結(jié)構(gòu)重量。通過橋塔上斜拉索的力量將主梁吊起，斜拉橋結(jié)構(gòu)擁有著優(yōu)秀的跨越能力，比一般的梁式橋的跨度更大。現(xiàn)如今，斜拉橋廣受歡迎，是大跨度橋梁的主要橋型。斜拉橋在內(nèi)的任何橋梁施工，都是一個(gè)系統(tǒng)的工程，在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的過程中，該系統(tǒng)都會(huì)受到許多因素的影響，如何從大量的數(shù)據(jù)中找到相對(duì)關(guān)鍵的數(shù)值，對(duì)施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、糾偏和預(yù)測，使該系統(tǒng)處于控制之中，對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，保障施工安全是十分必要的。斜拉橋結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，超靜定次數(shù)比較高，能夠釆取的施工方法也是多種多樣，例如主梁可采用轉(zhuǎn)體施工法、頂推法、非對(duì)稱施工等，主塔可采用爬模施工、吊裝施工等方法，而且斜拉橋所采用的施工方法和施工順序與成橋后的主梁線形和結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力有著密切的聯(lián)系。另一方面，斜拉橋的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形會(huì)隨著結(jié)構(gòu)體系和荷載的改變而不斷變化，因此施工過程中的斜拉橋是一個(gè)復(fù)雜的多輸入、多輸出、高階時(shí)變系統(tǒng)，這就說明對(duì)斜拉橋的每一個(gè)施工階段進(jìn)行必要的分析和規(guī)定，并在施工過程中進(jìn)行有效地管理和控制是十分有必要的。

2.工程背景概述2.1施工方法2.1.1裕溪河特大橋介紹某特大橋斜拉橋是跨越河流的一座高速鐵路橋梁，主橋?yàn)殡p塔鋼箱桁梁斜拉橋，跨徑組合為（60+120+324+120+60）m，全長686m。全橋橋式立面和祝橋斷面如圖2.1、2.2所示。圖2.1全橋橋式立面圖a非橫隔板截面b橫隔板截面處圖2.2主梁斷面圖（單位：mm）主梁為鋼箱桁梁，主塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用H型索塔，斜拉索為空間雙索面，立面上每塔兩側(cè)共13條對(duì)索，全橋104根斜拉索。主梁在所有墩上均設(shè)豎向和橫向約束，主塔和梁間使用帶限位功能的無泄漏阻尼器。斜拉橋主梁采用鋼箱梁桁梁結(jié)構(gòu)，主梁為不帶豎桿的華倫式桁架，橫向采用兩片主桁平行布置。主桁上弦桿為箱型截面，腹桿由箱型和H型兩種截面形式，下弦鋼箱梁采用帶風(fēng)嘴的單箱七室截面，全橋共計(jì)59個(gè)鋼箱梁節(jié)段。2.1.2裕溪河特大橋施工方法主梁共計(jì)57節(jié)箱梁，其中兩邊跨的46節(jié)采用頂推施工，中跨11節(jié)箱梁采用懸拼安裝。該橋主塔離岸較遠(yuǎn)，在河床上建立了臨時(shí)施工平臺(tái)，導(dǎo)梁和前三節(jié)箱梁利用浮吊吊裝到施工平臺(tái)上拼接，之后安裝橋面架梁吊機(jī)，對(duì)其余箱梁進(jìn)行吊裝懸拼。安裝完成一段箱梁，向邊跨頂推相應(yīng)的距離。圖2.3為箱梁施工示意圖。圖2.3箱梁頂推施工示意圖在安裝4個(gè)箱梁節(jié)段后，橋面上已有足夠的空間安裝桁梁。圖2.4為已拼裝完成4個(gè)箱梁節(jié)段，正在安裝第一個(gè)節(jié)間桁梁的示意圖。粗實(shí)線為已經(jīng)完成的主桁斜腹桿，虛線為擬安裝的上弦桿，箱梁節(jié)點(diǎn)板在箱梁端部附近。安裝主桁桿件時(shí)，導(dǎo)梁已經(jīng)頂推上最近的臨時(shí)墩。從箱梁①、②處開始安裝桁梁，先用汽車吊將相鄰的腹桿拼成兩個(gè)三角形，再擇機(jī)安裝上弦桿。在④號(hào)梁處利用架梁吊機(jī)起吊并安裝下一段箱梁，安裝完畢后利用步履式頂推器向前頂推一段梁長的距離，完成一個(gè)循環(huán)作業(yè)。之后，重復(fù)以上安裝步驟。上述整個(gè)施工過程就是裕溪河特大橋主梁采用的“箱桁同步施工”。圖2.4箱桁同步施工示意圖2.2雙塔鋼箱梁斜拉橋施工監(jiān)控相關(guān)理論現(xiàn)在斜拉橋的施工主要采用懸臂施工方法，在施工過程中，斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系時(shí)刻發(fā)生著變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形也隨之變化，是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程[9]，為了確保橋梁施工過程中的安全性，斜拉橋的施工控制是必需的。一方面斜拉橋現(xiàn)場施工時(shí)，與橋梁設(shè)計(jì)時(shí)所要求的環(huán)境有一定的不同，如環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)力條件、日照狀況必然導(dǎo)致橋梁計(jì)算理論值與現(xiàn)場實(shí)測值之間的差異；另一方面設(shè)計(jì)時(shí)的橋梁參數(shù)，如材料的彈性模量、泊松比、構(gòu)件自重、施工臨時(shí)荷載等與施工現(xiàn)場表現(xiàn)出的參數(shù)不同也將會(huì)造成理論值是實(shí)測值的不同。所以在斜拉橋的施工過程中，必須對(duì)斜拉橋的每一個(gè)施工節(jié)段，都要進(jìn)行詳盡的計(jì)算分析，求得該節(jié)段的橋梁線形、應(yīng)力和索力理論值，然后與現(xiàn)場實(shí)測值進(jìn)行對(duì)比分析，找出理論值與實(shí)測值的差異，仔細(xì)分析出原因，在下一個(gè)施工節(jié)段時(shí)避免同樣的問題出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁線形、應(yīng)力、索力的節(jié)段控制，防止誤差累計(jì)造成不可挽回的工程問題，從而保證在橋梁施工完成后，橋梁線形達(dá)到預(yù)期的線形，橋梁應(yīng)力處于最優(yōu)受力狀態(tài)[10-12]。斜拉橋是典型的柔性結(jié)構(gòu)，在施工過程中，主梁擾度和索力變化較大，要保證橋梁施工完成后主梁的線形和索力大小都符合理論要求非常困難。所以斜拉橋的施工控制是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)。施工過程中，雖然理論計(jì)算的參數(shù)選擇等已經(jīng)盡可能的與實(shí)際參數(shù)等保持一致，理論結(jié)果和實(shí)測結(jié)果還是會(huì)出現(xiàn)誤差，在前一個(gè)施工節(jié)段對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別與修正[13-14]，在后一個(gè)節(jié)段的施工實(shí)踐結(jié)果仍會(huì)出現(xiàn)誤差，誤差確實(shí)存在，但與上一節(jié)段沒修改結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比，這個(gè)誤差會(huì)小很多，這也就凸顯了施工控制的重要性，避免了誤差的累計(jì)，有著非常重要的實(shí)用價(jià)值。我國已將施工控制納入到斜拉橋建設(shè)管理不可缺少的內(nèi)容中，《鐵路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定對(duì)斜拉橋應(yīng)進(jìn)行施工控制。2.3斜拉橋施工控制的內(nèi)容斜拉橋的施工控制是一項(xiàng)復(fù)雜、精細(xì)的工作，具體包括施工監(jiān)測和施工控制兩部分內(nèi)容。施工監(jiān)測即在橋梁建設(shè)施工過程中對(duì)橋梁的關(guān)鍵性能在關(guān)鍵部位進(jìn)行控制點(diǎn)布設(shè)，然后利用儀器對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行測量，獲得現(xiàn)場施工實(shí)測數(shù)據(jù)。關(guān)鍵性能包括主梁索塔應(yīng)力、主梁線形與中心線偏位、主塔水平位移、索力大小等，關(guān)鍵部位的控制點(diǎn)布置有塔頂?shù)奈灰泣c(diǎn)、塔根的應(yīng)力點(diǎn)、主梁四分之一點(diǎn)及二分之一點(diǎn)還有跨中的應(yīng)力截面、每段主梁前端的主梁線形控制點(diǎn)等，測量儀器有水準(zhǔn)儀、全站儀、應(yīng)力測試儀、索力動(dòng)測儀等。施工監(jiān)控就是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。先用有限元軟件進(jìn)行模型計(jì)算分析獲取理論數(shù)據(jù)，然后與實(shí)測值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，當(dāng)理論值與實(shí)測值有誤差時(shí)分析原因，當(dāng)誤差值超過一定限值時(shí)，通過參數(shù)識(shí)別、參數(shù)修正等方式進(jìn)行橋梁關(guān)鍵性能的控制，防止其進(jìn)一步惡化，確保橋梁施工的安全，使得橋梁施工完成后主梁線形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等關(guān)鍵性能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期值。施工監(jiān)測和施工控制的完美配合，達(dá)到我們施工控制的目的。所以斜拉橋施工控制是一個(gè)“施工—測試—計(jì)算分析—修正—預(yù)告”的循環(huán)過程[15]，斜拉橋施工控制的主要內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)變形控制、應(yīng)力控制、穩(wěn)定性控制和安全控制[11]。2.3.1結(jié)構(gòu)變形控制所謂的結(jié)構(gòu)變形控制就是通過測量，獲得施工完成階段的幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后與理論計(jì)算值進(jìn)行比對(duì)，對(duì)超過誤差限值的幾何狀態(tài)量進(jìn)行控制，主要包括主塔水平位移控制、主梁高程和中線偏位控制，保證橋梁線形在安全的范圍內(nèi)。主塔水平位移變化最大點(diǎn)為主塔頂部，所以要在主塔頂部安裝棱鏡，在每一個(gè)施工節(jié)段每一個(gè)工況都要用全站儀進(jìn)行水平位移測試。主梁高程和中線偏位是保證主梁在施工完成后能否達(dá)到橋梁預(yù)期線形的關(guān)鍵，也是施工控制的重中之重，所以在每一節(jié)段施工完成后都要在節(jié)段最前端沿截面布置主梁高程和中線偏位控制點(diǎn)，在每一個(gè)施工工況下都要對(duì)其進(jìn)行測試。當(dāng)主塔水平位移和主梁高程及中線偏位實(shí)測值與理論值偏差超過限值時(shí)要進(jìn)行幾何狀態(tài)控制，確保其在安全范圍內(nèi)。2.3.2應(yīng)力控制斜拉橋應(yīng)力控制包括斜拉索應(yīng)力控制和主梁、索塔應(yīng)力控制。斜拉索應(yīng)力控制即索力控制將在本文下面章節(jié)介紹，這里主要介紹主梁、索塔應(yīng)力控制。斜拉橋索塔承受自重還有斜拉索豎向分力并把受力傳遞給基礎(chǔ)，所以在施工過程中索塔應(yīng)力控制重要，對(duì)于整個(gè)索塔結(jié)構(gòu)，其根部受力最大，所以索塔根部的應(yīng)力控制是我們關(guān)注的重點(diǎn)，需要在索塔根部安裝應(yīng)力傳感器，在斜拉橋施工的每一個(gè)階段每一個(gè)工況都要進(jìn)行應(yīng)力測試。主梁應(yīng)力隨著施工節(jié)段的不同會(huì)有很大的變化，對(duì)整跨梁段而言，跨段起點(diǎn)截面、四分之一點(diǎn)截面、跨中節(jié)點(diǎn)截面是應(yīng)力控制的關(guān)鍵截面，要布置適量的應(yīng)力傳感器，在每個(gè)施工工況條件下進(jìn)行應(yīng)力測試。當(dāng)主塔應(yīng)力、主梁應(yīng)力測試值與理論值偏差超過一定的限度，要進(jìn)行調(diào)整控制，保證其在安全范圍內(nèi)。2.3.3穩(wěn)定性控制橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性控制關(guān)系到橋梁的安全，也是橋梁控制的重點(diǎn)，有很多橋梁結(jié)構(gòu)就是因?yàn)榉€(wěn)定性不足而導(dǎo)致橋梁垮塌，如加拿大的魁北克橋還有我國四川州河大橋等。因此在橋梁施工過程中，要嚴(yán)格控制橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鑒于由于穩(wěn)定性不足導(dǎo)致橋梁垮塌現(xiàn)象的不斷增多，橋梁穩(wěn)定性控制逐漸引起人們的重視，但主要是在橋梁施工完成以后的穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)施工過程中的穩(wěn)定控制沒有完全的系統(tǒng)的理論。目前主要依靠安全性系數(shù)方法來進(jìn)行控制，但現(xiàn)行的橋梁規(guī)范中并沒有不同材料的不同結(jié)構(gòu)的最小安全性系數(shù)，也是以后需要進(jìn)一步完善的地方。2.3.4安全控制橋梁安全控制，也是橋梁結(jié)構(gòu)控制的重要內(nèi)容，只有保證了施工節(jié)段的橋梁安全，才能談及橋梁以后運(yùn)營節(jié)段的安全。對(duì)于安全控制，其實(shí)是以上結(jié)構(gòu)變形控制、應(yīng)力控制、穩(wěn)定性控制的集中表現(xiàn)，當(dāng)以上各種穩(wěn)定得到有效的控制，結(jié)構(gòu)的安全性也就得到了控制。2.4索力控制斜拉索作為斜拉橋的重要構(gòu)件，其受力大小直接影響到斜拉橋的線形和橋梁內(nèi)力狀況。施工過程中索力張拉大小情況需要嚴(yán)格控制，這就涉及到索力大小控制問題。對(duì)于鋼絞線斜拉索，是由一根根單獨(dú)的鋼絞線在橋面上逐根安裝、逐根張拉完成形成整束索的，所以每根鋼絞線索的索力大小情況、索力是否均勻，至關(guān)重要，就涉及到鋼絞線索的索力均勻性控制問題。2.4.1索力均勻性控制對(duì)于通過單根張拉鋼絞線制索形成的平行鋼絞線斜拉索，各根鋼絞線的初張力如果不均勻，會(huì)導(dǎo)致在荷載作用下各根鋼絞線的拉力不均，使一部分鋼絞線的拉力很小而另一部分鋼絞線的拉力有可能已經(jīng)超過了極限強(qiáng)度，造成個(gè)別鋼絞線突然拉斷。在動(dòng)荷載或者沖擊荷載作用下，這種情況更加突出。所以在斜拉橋施工控制中必須確保斜拉索索束中鋼絞線索力的均勻性[21]。為保證各根鋼絞線張拉力的均勻性，施工過程中要求采用等值張拉法進(jìn)行施工。其具體做法為：在安裝第一根鋼絞線時(shí)，在張拉端錨具端頭安裝一個(gè)測力傳感器，當(dāng)?shù)谝桓摻g線張拉鎖定時(shí)，傳感器讀數(shù)即反映了此鋼絞線的張拉力。當(dāng)?shù)诙摻g線安裝張拉時(shí)，第一根鋼絞線拉力因結(jié)構(gòu)變形而降低。當(dāng)?shù)诙摻g線拉力（從張拉千斤頂油壓換算得到）與傳感器示數(shù)相等時(shí)，將第二根鋼絞線進(jìn)行鎖定，如此類推直至該索的鋼絞線全部安裝完畢。安裝完畢時(shí)，安裝在第一根鋼絞線的傳感器讀數(shù)恰好為，式中的T為該索整體初張索力期望值，n為該索包含的鋼絞線根數(shù)。2.4.2索力大小控制實(shí)現(xiàn)索力大小控制，關(guān)鍵在于索力大小的測量，總結(jié)索力測量方法，主要有一下幾種：油壓表讀數(shù)法、壓力傳感器讀數(shù)法、振動(dòng)頻率法、磁通量法、波動(dòng)法、三點(diǎn)彎曲法、其他間接測試方法。因油壓表讀數(shù)法、壓力傳感器讀數(shù)法、振動(dòng)頻率法、磁通量法四種方法將在文章第四章作詳細(xì)的介紹，這里主要介紹下波動(dòng)法、三點(diǎn)彎曲法、其他間接測試方法。（1）波動(dòng)法兩端固定的張緊索，如同張緊的弦，敲擊后即產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)波將沿著弦線傳播，碰到另一端的障礙便反射回來。只要測出振動(dòng)波眼承載索的傳播速度，利用振動(dòng)波在張緊弦上的傳遞速度和弦張力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便可求得索的張拉力[22]。在國外該法已經(jīng)被廣泛適用于工程實(shí)踐[23]，國內(nèi)外也已經(jīng)有成功使用的例子。但是在用該方法進(jìn)行索力測試時(shí)，由于拉索處于自然或工況激勵(lì)之下，振動(dòng)的噪音很大，甚至大于被測試的應(yīng)力波信號(hào)。因此必須從隨機(jī)振動(dòng)干擾信號(hào)中精確分離出應(yīng)力波脈沖信號(hào)，對(duì)濾波方法的選擇有很高的要求。該法雖然新穎，但不成熟，尚未在工程中廣泛應(yīng)用。（2）三點(diǎn)彎曲法基于拉索受力和變形特點(diǎn)，考慮拉索抗彎剛度對(duì)測力信號(hào)的影響，利用“縱橫彎曲”原理建立索張力計(jì)算模式。張緊的柔性索，其橫向剛度與索的張拉力之間存在函數(shù)關(guān)系。通過測試元件測出索的橫向剛度，便可求出索的張拉力。該法比較新穎，但其測試儀器尚處于研發(fā)階段[24]。（3）其他間接測試方法索力測試的方法還有電阻應(yīng)變片測試法、拉索伸長量測試法、索拉力垂度測試法。這三種方法僅在理論上可行，實(shí)際操作中存在困難，一般不予采用。本章小結(jié)：本文以裕溪河特大橋?yàn)楣こ瘫尘熬拖滂焱绞┕ば崩瓨虻谋O(jiān)控要點(diǎn)進(jìn)行了分析。3.主梁及斜拉索施工監(jiān)控3.1斜拉橋橋梁結(jié)構(gòu)該橋?yàn)殡p塔鋼箱桁梁斜拉橋，跨徑組合為（60+120+324+120+60）m，全長686m。主梁為鋼箱桁梁，主塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斜拉索為空間雙索面，立面上每塔兩側(cè)共13條對(duì)索，全橋104根斜拉索。斜拉橋主梁采用鋼箱梁桁梁結(jié)構(gòu)，主桁結(jié)構(gòu)和鋼箱結(jié)構(gòu)采用Q370qD材質(zhì)的鋼板。主梁為不帶豎桿的華倫式桁架，橫向采用兩片主桁平行布置，總寬19.781m，主桁上弦中心距14.0m，下弦箱中心間距14.0m，桁高12.0m。全橋共計(jì)57個(gè)節(jié)間。主桁上弦桿為箱型截面，腹桿由箱型和H型兩種截面形式，下弦鋼箱梁采用帶風(fēng)嘴的單箱七室截面，梁高2.5m，箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長12m（主跨）、11m（邊跨），塔上節(jié)段長10m，塔邊節(jié)段長9m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段每隔3m設(shè)置一道實(shí)腹橫隔板。全橋共計(jì)59個(gè)鋼箱梁節(jié)段，最大節(jié)段重約186.2t。斜拉索采用空間雙索面，扇形布置，立面上每塔兩側(cè)共13對(duì)索，全橋共計(jì)104根拉索，斜拉索上間距12m，塔上索距2.14m-15.58m。主塔采用H型索塔，塔頂高程+129.838m，塔底底端標(biāo)高+6.8369m，塔處橋面高程+24.897m，塔底以上索塔高123.00m，橋面以上塔高105.801m，橋面以下塔高17.200m，橋面以上塔的高跨比為1/3.06。索塔順橋向尺寸6.0～10.0m，順橋向尺寸由塔頂6m線性加寬至下橫梁8.0m，再加寬至底座10.0m。裕溪河特大橋橋位概況圖見圖5.1。圖5.1主橋立面圖3.2該橋的監(jiān)控要點(diǎn)墩塔線形、應(yīng)力控制墩塔線形控制是：墩塔施工過程墩塔的垂直度及坐標(biāo)控制，由于斜拉橋主塔相對(duì)較高，主塔線形控制難度較常規(guī)斜拉橋較大。施工過程中，每施工一個(gè)階段現(xiàn)場監(jiān)控組須監(jiān)控主塔的線形。根據(jù)斜拉橋的受力特點(diǎn)，為防止主塔恒載狀況下承受額外彎矩，邊中跨斜拉索索力的水平分力須保持平衡，現(xiàn)場在進(jìn)行拉索索力張拉時(shí)，監(jiān)控單位將把索力控制作為重點(diǎn)，防止出現(xiàn)張拉力不平衡情況。主梁線形控制懸臂拼裝的主梁線形控制尤為重要，由于分節(jié)段施工，如果標(biāo)高控制不好，會(huì)造成主梁波浪形起伏，影響主梁受力、使用和美觀。鋼箱桁斜拉橋由于較常規(guī)斜拉橋大剛度大，施工過程結(jié)構(gòu)變形小，因此，主梁線形控制尤為關(guān)鍵。由于懸臂節(jié)段重量、溫度變化、臨時(shí)荷載堆載，對(duì)主梁變形較大，因此，現(xiàn)場監(jiān)測過程中加強(qiáng)相應(yīng)參數(shù)及其影響的測試。根據(jù)以往的現(xiàn)場觀測，懸臂100m的主梁，懸臂端主梁標(biāo)高由于溫度的影響會(huì)達(dá)到5cm左右，而受單側(cè)懸臂偏載的影響甚至達(dá)到10cm以上。對(duì)中跨梁段懸臂施工監(jiān)控的原則是采取主梁標(biāo)高和體外斜拉索索力雙控，同時(shí)綜合考慮主梁應(yīng)力在安全范圍內(nèi)，確保成橋后主梁的線形、索力及結(jié)構(gòu)受力符合設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)本身又處在最優(yōu)的受力狀態(tài)。索力控制在施工中采取如下的施工控制策略：施工過程中主梁標(biāo)高和線形的控制通過箱梁安裝前放樣標(biāo)高的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)；索力控制是在體外斜拉索張拉后，對(duì)局部橋面線形、塔柱傾斜度、索力和軸線進(jìn)行調(diào)整；橋梁的內(nèi)力狀態(tài)和安全性通過應(yīng)力測試、變位或撓度測量及橋墩、塔柱水平位移監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)，以確保成橋理想狀態(tài)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期值，保證全橋控制截面應(yīng)力在安全范圍內(nèi)。3.3施工監(jiān)控方法3.3.1設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別和修正設(shè)計(jì)參數(shù)誤差是引起橋梁施工誤差的主要原因之一。由于存在設(shè)計(jì)參數(shù)誤差，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步分析得到的橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)值和施工后結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)的參數(shù)值總會(huì)存在一定的偏差。在橋梁施工控制中，對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)誤差的調(diào)整就是通過量測施工過程中實(shí)際結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)與理想設(shè)計(jì)狀態(tài)的偏差，用誤差分析理論來確定或識(shí)別引起這種偏差的大小，然后對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)誤差進(jìn)行修正，使橋梁結(jié)構(gòu)的理想預(yù)測狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)相一致，從而達(dá)到施工監(jiān)控的目的。為達(dá)到這個(gè)目的，首先要確定引起橋梁結(jié)構(gòu)偏差的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，其次就是運(yùn)用各種理論和方法來監(jiān)控這些參數(shù)誤差，最后得到設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)測值。雖然影響結(jié)構(gòu)狀態(tài)的設(shè)計(jì)參數(shù)很多，但是它們對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響程度不同，這些參數(shù)主要有：（1）結(jié)構(gòu)幾何尺寸參數(shù)；（2）截面特征參數(shù)；（3）與時(shí)間相關(guān)的參數(shù)，如收縮、徐變、溫度場等；（4）荷載參數(shù)；（5）材料特性參數(shù)。在施工監(jiān)控中主要控制對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響較大的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定了主要設(shè)計(jì)參數(shù)后，我們就要對(duì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行正確的估計(jì)，根據(jù)參數(shù)估計(jì)和結(jié)構(gòu)分析，對(duì)原假設(shè)參數(shù)進(jìn)行修改。主要流程如圖5.2。圖5.2施工誤差控制流程3.3.2控制精度根據(jù)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424-2010），并參考《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF50-2011）和《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1-2004）規(guī)范，各項(xiàng)參數(shù)還需滿足設(shè)計(jì)文件其中：（1）主梁主梁軸線偏差：L≤200m，±10mm；L>200m，L/20000；（2）索力誤差控制斜拉索索力允許偏差≤±5%或設(shè)計(jì)允許偏差值。3.3.3斜拉索施工監(jiān)控裕溪河特大橋拉索采用無應(yīng)力狀態(tài)控制法，以成橋狀態(tài)下斜拉索的無應(yīng)力長度作為目標(biāo)，根據(jù)斜拉索的無應(yīng)力長度計(jì)算斜拉橋主梁安裝過程中的初始張拉索力及后續(xù)的索力調(diào)整值。斜拉索索力控制概念明確，在整個(gè)斜拉橋主梁的安裝過程中無論結(jié)構(gòu)的狀態(tài)如何變化，無論橋面的荷載工況如何變化，只需根據(jù)斜拉索無應(yīng)力長度目標(biāo)值即可推算出施工過程中的索力。結(jié)構(gòu)的無應(yīng)力狀態(tài)量是一個(gè)穩(wěn)定的控制量。斜拉索主梁，塔結(jié)構(gòu)單元的無應(yīng)力長度和無應(yīng)力曲率只有在結(jié)構(gòu)單元制造時(shí)調(diào)整和設(shè)定，斜拉索的無應(yīng)力長度只有通過張拉才能改變，結(jié)構(gòu)單元的無應(yīng)力狀態(tài)不會(huì)隨結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)外荷載的變化而變化。結(jié)構(gòu)無應(yīng)力狀態(tài)量的這種特性為斜拉橋的安裝控制提供了極大的方便，同時(shí)為斜拉橋施工過程中多工序同步作業(yè)創(chuàng)造了條件。斜拉橋結(jié)構(gòu)的施工過程中并不需要實(shí)際量測結(jié)構(gòu)各構(gòu)件單元在零應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的長度和曲率，無應(yīng)力狀態(tài)控制法只是在眾多變量中抽象出一個(gè)穩(wěn)定的，相對(duì)不變化的控制量建立起斜拉橋安裝的中間狀態(tài)和最終狀態(tài)之間的聯(lián)系。無應(yīng)力長度只是一個(gè)數(shù)字目標(biāo)，最終通過調(diào)整索力或斜拉索拔出量控制。實(shí)現(xiàn)無應(yīng)力狀態(tài)控制，需要滿足條件：（1）要滿足各索的無應(yīng)力長度與成橋狀態(tài)無應(yīng)力長度相等的條件。主梁施工過程中，根據(jù)的應(yīng)力狀態(tài)，每一根索可能要多次張拉，只有最后一次需要將索的無應(yīng)力長度通過張拉調(diào)整到預(yù)定值。（2）要滿足彈性曲線的連續(xù)條件。這里主要是指主梁合龍時(shí)，彈性曲線不能有折角，彈性曲線的連續(xù)性，可在合龍前通過調(diào)索實(shí)現(xiàn)3.4鋼箱梁受力計(jì)算在頂推施工過程中，各墩支點(diǎn)上的滑箱與鋼箱梁中腹板接觸，為了防止頂推施工過程中，箱梁鋼板發(fā)生過大變形而屈曲，提前準(zhǔn)備好好應(yīng)對(duì)方法，現(xiàn)在對(duì)鋼箱梁進(jìn)行局部應(yīng)力分析。3.3.4結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)該橋鋼箱梁采用Q390鋼材，彈性模量2.06×108kN/m2，泊松比0.3，線膨脹系數(shù)1.2×10-5，容重76.98kN/m3，阻尼比0.02。鋼箱梁節(jié)段尺寸長為12.0m，梁高2.5m，總寬19.871m，采用板單元建模型，其中節(jié)點(diǎn)15639個(gè)，單元為1725個(gè)。鋼箱梁在頂推過程中，中腹板對(duì)應(yīng)處受到頂推設(shè)備向上的支反力。根據(jù)設(shè)計(jì)提供的各墩點(diǎn)支反力，匯總?cè)绫?.1：編號(hào)基礎(chǔ)無沉降基礎(chǔ)沉降10mm臨時(shí)支撐狀態(tài)起頂前行臨時(shí)支撐狀態(tài)起頂前行墊塊A墊塊B起頂器墊塊A墊塊B起頂器L1#墩159160309241106319L2#墩213175373248115382L3#墩274198507258281556280#主墩290166478271242524L4#墩288161471270237517L5#墩289163475270238519L6#墩294158476276233520L7#墩213186400180266437（1）根據(jù)表5.1的支反力（最大按556T考慮），對(duì)標(biāo)準(zhǔn)梁段：B、C、F類梁段進(jìn)行仿真模擬計(jì)算分析，施加的載荷考慮1.25倍的安全系數(shù)為556*1.25=695T，計(jì)算模型圖見圖5.3所示。圖5.3鋼箱梁載荷和約束計(jì)算結(jié)果：鋼箱梁應(yīng)力分布及鋼箱梁變形見圖5.3，從B、C類鋼箱梁應(yīng)力分布圖看出最大應(yīng)力290MPa<370MPa（Q370材料的屈服強(qiáng)度），最大應(yīng)力在加勁板上，滿足強(qiáng)度要求。從變形圖可看出最大變形為4.9mm，B、C類鋼箱梁在頂推過程中結(jié)構(gòu)安全。a.鋼箱梁應(yīng)力分布圖b.鋼箱梁變形圖圖5.4鋼箱梁應(yīng)力分布及鋼箱梁變形（2）滑箱與F類鋼箱梁中腹板接觸時(shí)箱梁局部應(yīng)力。計(jì)算結(jié)果見圖5.5和圖5.6，從F類鋼箱梁應(yīng)力分布圖看出最大應(yīng)力305MPa<370MPa（Q370材料的屈服強(qiáng)度），最大應(yīng)力在加勁板上，從變形圖看出最大變形為5.8mm，所以該頂推施工對(duì)于梁體鋼板的影響在安全范圍內(nèi)。圖5.5F類鋼箱梁應(yīng)力分布圖圖5.6F類鋼箱梁變形圖3.3.5鋼箱梁局部應(yīng)力監(jiān)控為了掌握鋼箱梁頂推過程中局部應(yīng)力變化，確保鋼箱梁在頂推過程中局部穩(wěn)定性，需要在頂推過程中對(duì)鋼箱梁進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控。1.測點(diǎn)布置方法根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取測點(diǎn)，監(jiān)測截面距頂推后端8.0m，底板與兩側(cè)中腹板交接處各布置1個(gè)縱向應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)，頂板與西側(cè)中腹板交接處布置1個(gè)縱向應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)，底板與東側(cè)中腹板交接處布置2個(gè)縱向應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)，東側(cè)中腹板布置距底板20cm處布置縱向、豎向和斜向共3個(gè)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)，橫隔板與兩側(cè)中腹板交接處各布置1個(gè)豎向應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)，一個(gè)鋼箱梁節(jié)段要共布置10個(gè)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)?？梢赃B續(xù)監(jiān)測兩個(gè)鋼箱梁節(jié)段，共計(jì)10個(gè)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)，測點(diǎn)具體布置見圖5.7和圖5.8。圖5.7應(yīng)力測點(diǎn)沿縱斷面布置圖(mm)圖5.8應(yīng)力測點(diǎn)沿平面布置圖(mm)2.測試方法針對(duì)該工程的實(shí)際情況及規(guī)范要求制定采樣時(shí)間：本次采取不間斷連續(xù)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，鋼箱梁頂推過程中連續(xù)對(duì)局部應(yīng)力測點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力全程監(jiān)測。應(yīng)力與頻率的計(jì)算公式：A=K式中：A為應(yīng)變值，單位為με；f為振動(dòng)頻率。溫度修正：當(dāng)結(jié)構(gòu)體的線膨脹系數(shù)與應(yīng)變計(jì)中鋼弦不一致時(shí)，溫度變化也可以引起應(yīng)變變化，測試中需消除其影響。修正后應(yīng)變?yōu)椋害判奁渲校篎0=12.2，即鋼弦的線膨脹系數(shù)με/℃。結(jié)構(gòu)體線膨脹系數(shù)為F，測量應(yīng)變?yōu)棣牛瑔挝粸棣苔?；測量溫度為T，初讀數(shù)時(shí)溫度為T0模擬施工過程中對(duì)鋼箱梁頂推，計(jì)算分析鋼箱梁局部最不利截面，在頂推過程中對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。根據(jù)理論計(jì)算分析，該鋼箱梁頂推過程中，應(yīng)力滿足要求，對(duì)頂推過程中局部應(yīng)力監(jiān)測，達(dá)到允許應(yīng)力80%進(jìn)行報(bào)警，達(dá)到允許應(yīng)力100%時(shí)停止頂推分析查找原因。結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試的目的是測量結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化，鋼箱桁的應(yīng)變采用應(yīng)變計(jì)安裝黏貼在結(jié)構(gòu)表面，由于考慮到結(jié)構(gòu)施工過程中的長期穩(wěn)定性擬采用弦式應(yīng)變測試法。根據(jù)本橋梁的受力特點(diǎn)，主梁的應(yīng)變測試斷面主要布置在主梁支座根部、主梁跨中等截面，具體布置如圖5.9和圖5.10。圖5.9主橋應(yīng)變測點(diǎn)布置立面圖圖5.10主梁截面應(yīng)變測點(diǎn)布置以及表面應(yīng)變計(jì)圖3.4主梁線形控制3.4.1主梁高程監(jiān)測1測點(diǎn)布置主梁高程觀測點(diǎn)位置擬定為：橫橋向?yàn)槊總€(gè)梁段距離兩邊腹板內(nèi)側(cè)50mm，縱橋向?yàn)楦鱾€(gè)節(jié)段端部距邊緣1m處，具體測點(diǎn)布置如圖5.11所示。圖5.11主梁高程測點(diǎn)布置2.主梁安裝方法鋼箱梁標(biāo)高的測量采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行，當(dāng)鋼箱梁吊裝到位后，現(xiàn)場測量人員要測量鋼箱梁各個(gè)梁段的測點(diǎn)標(biāo)高，標(biāo)高誤差要控制在±5mm之內(nèi)。如若發(fā)現(xiàn)超限，要通過橋面吊機(jī)進(jìn)行調(diào)整，直至將標(biāo)高誤差控制在規(guī)范范圍之內(nèi)。每一個(gè)節(jié)鋼箱梁頂推完成后、新安裝梁段定位前均要進(jìn)行鋼箱梁標(biāo)高的測量，同時(shí)為了盡量減小溫度的影響，標(biāo)高測量時(shí)間一般安排在大氣溫度比較均勻的時(shí)段進(jìn)行。相鄰鋼箱梁段安裝時(shí)為了方便測量，通過控制梁段上控制點(diǎn)的標(biāo)高差間接控制箱梁的夾角a。圖5.13為箱梁安裝示意圖，易知梁段箱梁的安裝夾角和控制點(diǎn)標(biāo)高的關(guān)系為：sin(a)=(?其中h4、h3分別為：4#、3#控制點(diǎn)的測量標(biāo)高，L為3#、4#控制點(diǎn)的實(shí)際距離。施工過程中1#、2#控制點(diǎn)梁段是固定的，h1、h2標(biāo)高也是固定的，則4#點(diǎn)的測量標(biāo)高可以表示為：?42#和3#控制點(diǎn)距離很近，相鄰梁段之間的夾角很小，所以2#和3#標(biāo)高差可以忽略不計(jì)，即令h3=h2，則4#測量標(biāo)高可以表示為：?4圖5.12相鄰鋼箱梁段安裝示意圖圖5.13為鋼箱梁段吊起后進(jìn)行相鄰梁段標(biāo)高的測量。圖5.13梁段標(biāo)高控制3.4.2鋼箱梁軸線偏位監(jiān)測為了保證鋼箱梁頂推和吊裝過程中走向的正確性，使鋼箱梁在整個(gè)施工過程中橫向偏位≤10mm，必須對(duì)鋼箱梁的軸線偏位進(jìn)行控制。1.測點(diǎn)布置根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，把鋼箱梁的設(shè)計(jì)軸線沿橫橋向向上游偏移出4.5m，并做好標(biāo)識(shí)便于觀察控制，并做好保護(hù)。2.觀測方法對(duì)鋼箱梁的軸線測量，根據(jù)主梁施工的主要階段分別采用不同的方法進(jìn)行：（1）導(dǎo)梁頂推至L3#臨時(shí)墩前的鋼箱梁軸線控制非常重要，關(guān)系到后續(xù)施工中鋼箱橫向偏位是否能控制到滿足設(shè)計(jì)要求。為此，提前在279#和280#主塔橫梁處理論橋軸線上游預(yù)設(shè)控制點(diǎn)，以這兩點(diǎn)所確定的直線為安裝定位的理論軸線。為方便測量，分別架立高度不低于4m的觀測平臺(tái)，在頂推過程中在278#和281#橋墩的工作平臺(tái)上架立后視鏡，在橫梁的觀測平臺(tái)上架立全站儀，如圖5.14所示。圖5.14主梁軸線頂推控制（2）到導(dǎo)梁頂推到達(dá)主塔橫梁時(shí)，要拆除主塔橫梁上的觀測平臺(tái)；移動(dòng)后視鏡到277#和282#墩，同時(shí)將全站儀架立在278#和281#墩上，觀測方法和步驟同上。（3）合龍段鋼箱梁軸線偏位的測量方法是：將全站儀架立于在279#和280#主塔鋼箱梁上，后視鏡立于277#和280#墩的混凝土箱梁上，同樣按上述測量方法進(jìn)行鋼箱梁軸線偏位的監(jiān)測，圖5.15為中跨主梁軸線控制示意圖以及現(xiàn)場實(shí)際施工控制。圖5.15中跨主梁軸線控制示意圖以及現(xiàn)場實(shí)際施工控制3.5斜拉索施工控制3.5.1斜拉索索力監(jiān)測本次監(jiān)控，索力測試采用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法測索力。斜拉索索力測試采用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法，即在拉索上綁扎加速度傳感器，記錄拉索的振動(dòng)信號(hào)，通過無線信號(hào)傳輸?shù)降叫盘?hào)分析儀，進(jìn)行頻譜分析，得出拉索的若干振動(dòng)頻率，然后通過對(duì)拉索的動(dòng)力計(jì)算，得出拉索的索力。利用現(xiàn)場索頻率測試結(jié)果和索的弦振動(dòng)理論公式（不考慮索的抗彎剛度，見式5.4），來計(jì)算實(shí)際索力[50]：T=4WL其中：T為索力，W為每延米索長的重度，L為索長，fn為n階頻率。如圖5.16無線索力測試儀的安裝，測量施工階段索力。圖5.16無線索力測試儀的安裝3.5.2合理成橋索力斜拉橋是一種塔、梁、索組合體系，在施工過程中，總是伴隨著各種荷載、邊界約束等變換，所以經(jīng)常要進(jìn)行特定截面進(jìn)行調(diào)整的情況[45-46]。要想確定施工過程中的索力，首先應(yīng)該確定成橋狀態(tài)的索力，再通過倒拆法確定施工階段拉索的索力。成橋索力的常用調(diào)索方法分為：彈性支撐連續(xù)梁法，零位移法，最小彎曲應(yīng)變能法，影響矩陣法。其中彈性支撐連續(xù)梁法和零位移法用于單塔斜拉橋，最小彎曲應(yīng)變能法對(duì)于雙塔斜拉橋，效果比較好。最小彎曲應(yīng)變能法用結(jié)構(gòu)的彎曲應(yīng)變能作為目標(biāo)函數(shù)，使結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)變能最小[47]。為了計(jì)算斜拉橋的合理成橋索力，該方法通過建立目標(biāo)函數(shù)。對(duì)于斜拉橋，將結(jié)構(gòu)看做離散桿系結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能表達(dá)式可以表示為：I=i=1式中：n為的單元數(shù)目，Li為單元長度，Ei、Ii分別為單元的彈性模量和截面慣性矩，Mi和MR分別為單元左右的彎矩。只要控制結(jié)構(gòu)總應(yīng)變能I處于一個(gè)比較小的數(shù)值，當(dāng)截面的抗彎剛度減小到一定數(shù)值，則單元的兩端的彎矩也會(huì)取到一個(gè)很小的數(shù)值。在實(shí)際應(yīng)用中，通常改變主梁和主塔的抗彎剛度到原來的10-4-10-5倍，或者將拉索的軸向剛度增大到原來的104-105倍，進(jìn)行一次落架計(jì)算，求得的索力即為最小彎曲應(yīng)變能法對(duì)應(yīng)的索力。用此方法求得的合理成橋索力與設(shè)計(jì)成橋索力對(duì)比見表5.2，由表知，通過最小彎曲應(yīng)變能法得到的索力和設(shè)計(jì)成橋索力差值在5%以內(nèi)，得到的索力比較均勻，索力從近塔端到邊跨端逐漸增大（S1-S13為近塔端到邊跨端索編號(hào)，M1-M13為近塔端到中跨索編號(hào)）。表5.2最小彎曲應(yīng)變能法成橋索力和設(shè)計(jì)成橋索力對(duì)比索編號(hào)最小彎曲應(yīng)變能法（kN）設(shè)計(jì)索力（kN）百分比（%）S121072178.12-3.26S223212407.68-3.60S326522531.334.76S428032709.683.44S529062876.291.03S631913077.823.67S732303277.84-1.45S835913487.542.96S937943696.622.63S1040233918.712.66S1141794147.350.76S1243534373.95-0.47S1344854596.06-2.41M122742192.363.72M224312397.341.40M326092509.653.95M427582703.132.02M528822883.09-0.04M630073101.92-3.06M734763314.264.8M835993521.692.19M937333723.860.24M1039613919.641.05M1142294115.832.74M1243854303.351.89M1344394496.34-1.27利用midascivil進(jìn)行有限元計(jì)算，將最小彎曲應(yīng)變能法求得的索力輸入斜拉橋模型中，可得該斜拉橋的彎矩圖，見圖5.17。如圖所示，主梁和主塔的彎矩比較均勻，邊跨彎矩比較大。圖5.17斜拉橋最小彎曲應(yīng)變能法彎矩圖3.5.3施工階段索力該橋主梁為鋼箱梁加鋼桁梁組合結(jié)構(gòu)，不存在的收縮、徐變現(xiàn)象，所以采用倒拆法能夠得到較好的施工階段索，所以施工階段索力利用倒拆-正裝法取得。并且在箱梁合攏前，需要對(duì)合攏段附近的拉索進(jìn)行調(diào)整或者增加配重和頂推力。通過倒拆運(yùn)算可求得施工階段索力，見表5.3。表5.3施工階段一張理論索力索編號(hào)索力（kN）索編號(hào)索力（kN）S11350M11350S21035M21035S31070M31070S41075M41075S51130M51130S61110M61110S71160M71160S81260M81269S91520M91530S101600M101600S111730M111730S121900M121900S131770M131770倒拆法獲得的一張索力如果做正裝分析，得到的成橋狀態(tài)會(huì)跟合理成橋狀態(tài)有差別，必須對(duì)合攏口進(jìn)行調(diào)整，以平曲線接順的方式