注冊(cè)監(jiān)理工程師考試考前輔導(dǎo)：自錨式懸索橋施工監(jiān)控技術(shù)

1、2009 年注冊(cè)監(jiān)理工程師考試考前輔導(dǎo)：自錨式懸索橋施工監(jiān)控技術(shù)1. 前言自錨式懸索橋不同于一般的懸索橋，是一種新興的適用于城市地區(qū)的新橋型。它的主纜直接錨固在加勁梁的梁端，由主梁直接承受主纜中的水平拉力，不需要龐大的錨碇，這給不方便建造錨碇的地方修建懸索橋提供了一種解決方法。 1915 年德國(guó)就修建了第一座自錨式懸索橋，日本 1990 年建成的北港橋，韓國(guó) 1999 年建成的永宗大橋堪稱是自錨式懸索橋的代表。自錨式懸索橋有如下特點(diǎn)：(1) 在外形結(jié)構(gòu)上，取消了其它懸索橋兩端大體積錨錠混凝土，節(jié)省了占地面積。(2) 在受力結(jié)構(gòu)上， 利用橋梁橋面系來(lái)平衡主纜的水平拉力， 懸索部分和鋼桁梁自成體系

2、形式，上部結(jié)構(gòu)中的恒載和活載通過(guò)自錨體系傳力至索塔，再傳至索塔基礎(chǔ)，最后傳力至地基1 。(3) 在施工步驟上， 其它懸索橋先施工主纜， 然后再進(jìn)行梁體的安裝或澆筑， 而自錨式懸索橋由于主纜錨固在主梁兩端，故先進(jìn)行鋼桁梁的施工，再安裝主纜。(4) 在施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控上，自錨式懸索橋要求精度較其它懸索橋高，鋼梁拼裝、 主纜安裝調(diào)整、索夾和吊桿的安裝調(diào)整、索塔的偏位變形等都應(yīng)在監(jiān)控之下，使橋梁時(shí)刻處在良好的施工控制狀態(tài)和操作狀態(tài)?？傊?，自錨式懸索橋保留了傳統(tǒng)懸索橋的外形,橋梁造型美觀, 在地基很差或錨碇修建困難的地區(qū)也可采用，是城市中小跨徑橋梁設(shè)計(jì)方案的理想選擇2 。2. 橋梁施工監(jiān)控橋梁施工監(jiān)控是一個(gè)

3、 " 施工 - 測(cè)量 - 計(jì)算分析 - 修正 - 預(yù)告 " 的循環(huán)過(guò)程，即通過(guò)事先在塔、梁和拉索等主要部位埋設(shè)數(shù)種性能各異的的傳感器和相關(guān)的測(cè)試儀器獲得大量的數(shù)據(jù)，包括幾何參量和力學(xué)參量 ; 并利用高效計(jì)算機(jī)程序， 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理， 并確定一個(gè)階段的施工參數(shù)。通過(guò)二者的有機(jī)結(jié)合，調(diào)整控制橋梁的內(nèi)力和線形，實(shí)現(xiàn)橋跨結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線形同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期值， 確保橋梁施工安全和正常運(yùn)營(yíng)， 并保證其具有優(yōu)美的外觀形狀。 自錨式柔性懸索鋼桁梁橋的主纜錨固在橋梁兩端的鋪錠橫梁上，加勁鋼桁梁的兩端也分別埋入兩端的錨錠橫梁中，錨固梁通過(guò)板式橡膠支座支撐在橋臺(tái)上，主纜水平力與加勁梁水平力平衡

4、，如主纜張拉力過(guò)大則容易引起加勁鋼桁梁內(nèi)力超限，造成加勁梁局部失穩(wěn)，甚至全橋垮塌，主纜鞍座偏心過(guò)大， 造成主塔彎曲拉應(yīng)力過(guò)大， 形成施工過(guò)程的不安全。 監(jiān)控計(jì)算采用的基本方法是倒拆法，即通過(guò)從成橋狀態(tài)倒拆結(jié)構(gòu)的過(guò)程進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析來(lái)得到每一工況段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)和位移狀態(tài)。倒拆法在計(jì)算時(shí)由于設(shè)汁時(shí)所采用的計(jì)算參數(shù)諸如材料彈性模量、構(gòu)件的重量、混凝土的收縮徐變系數(shù)、施工中溫度變化以及施工臨時(shí)荷載條件等與實(shí)際工程中所表現(xiàn)出來(lái)的不完全一致，因此計(jì)算只能按假設(shè)的理想狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，然后：再根據(jù)施工過(guò)程中所監(jiān)測(cè)到的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)原假設(shè)計(jì)算施工控制的目標(biāo)值進(jìn)行必要的調(diào)整，以保證主體結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全并最終達(dá)到

5、或接近設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)。3. 確定初始狀態(tài)及建立模型在施工過(guò)程應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，來(lái)確定的成橋狀態(tài)，以此作為監(jiān)控計(jì)算初始狀態(tài)。 根據(jù)其跨度 L、垂度 、荷載 值，以主纜一端為坐標(biāo)原點(diǎn)，平行橋跨縱軸方向?yàn)?x 軸，建立平面坐標(biāo)系，利用拋物線方程，并依照設(shè)計(jì)部門確定的設(shè)計(jì)成橋線形來(lái)確定成橋狀態(tài)：施工控制參數(shù)包括：構(gòu)件自重 、施丁荷載拼裝 ) 時(shí)的標(biāo)高、索力值及張拉順序和塔頂位移P、結(jié)構(gòu)溫度 t 和施工周期 T; 節(jié)段立模 ; 節(jié)段施工完畢的標(biāo)高、索力值及張拉順序和( 或塔頂偏位，中間調(diào)索時(shí)的標(biāo)高、索力值及張拉順序和塔頂偏位。計(jì)算假定是對(duì)全橋豎向恒載和溫度變化采用平面有限元分析

6、法，即建立平面桿系計(jì)算模型，主纜、吊索為索單位，其它為梁?jiǎn)卧?，主纜與吊索的抗彎剛度不計(jì)，進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)分析。4. 施工監(jiān)控實(shí)施自錨式懸索橋施工監(jiān)控的主要內(nèi)容有索塔偏位、梁體線形、索力測(cè)量、溫度測(cè)試、應(yīng)力測(cè)試等。(1) 主塔塔偏測(cè)量由于主塔在施工和成橋狀態(tài)均通過(guò)吊桿和主纜承擔(dān)相當(dāng)部分的荷載，在不平衡荷載和大氣溫差及照射下均會(huì)使主塔產(chǎn)生不同程度的變形，為了不影響索力調(diào)整，須掌握主塔在自然條件下的變化規(guī)律以及在索力影響下偏離位置的程度。 主塔塔偏測(cè)量主要采用測(cè)距法， 使用全自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和全站儀等儀器設(shè)備，對(duì)順橋向和橫橋向兩個(gè)方向變位值進(jìn)行測(cè)量。測(cè)站點(diǎn)一般布置在橋梁軸線上適當(dāng)位置，觀測(cè)點(diǎn)的布置可隨測(cè)

7、試階段作相應(yīng)的適時(shí)調(diào)整，一般設(shè)置在塔樁側(cè)壁或頂端部位。主塔塔偏測(cè)量可以提供塔柱在索力調(diào)整過(guò)程中塔柱的變位以及在日照下隨溫度變化發(fā)生縱橫橋向偏移的曲線。(2) 加勁鋼桁梁線形控制鋼桁梁線形控制包括高程控制、 位置控制和中線控制。 由于鋼桁梁拼裝時(shí)各構(gòu)件拼裝時(shí)極易造成梁體產(chǎn)生傾斜、扭曲、偏離軸心位置，為保證梁預(yù)拱度符合設(shè)計(jì)要求，保證中跨跨中合攏，必須控制主梁中線測(cè)量和位置測(cè)量。 位置控制和中線控制是將全站儀安置在橋梁軸線和主縱梁軸線上，以橋軸線上某一點(diǎn)為后視點(diǎn)，采用視準(zhǔn)線法直接利用小鋼尺測(cè)量每一片橫梁的偏離值以及用小垂球測(cè)量鋼桁梁的垂直度。高程控制采用水準(zhǔn)測(cè)量法，測(cè)出每一片鋼桁梁的安裝的標(biāo)高，與設(shè)

8、計(jì)值比較并調(diào)整至誤差范圍內(nèi)為止。(3) 索力測(cè)量拉索索力的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到主梁線形、主纜線形，乃至施工安全。因此，在施工中必須確保索力測(cè)試結(jié)果正確可靠。索力測(cè)量主要是提供各測(cè)試階段的索力值以及關(guān)鍵索力隨溫度變化的曲線。然后根據(jù)上部結(jié)構(gòu)施工工況對(duì)吊索在不同工況下的索力進(jìn)行調(diào)整。索力測(cè)量一般采用附著在拉索下的高靈敏度傳感器拾取拉索在環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大和頻譜分析，根據(jù)頻譜圖來(lái)確定拉索的自振頻率，然后根據(jù)自振頻率與索力的關(guān)系確定索力?？紤]到拉索彎曲剛度的影響，應(yīng)進(jìn)行測(cè)量前的標(biāo)定工作，并在測(cè)量中加以修正。(4) 溫度測(cè)試溫度的影響總體上可分為兩種，一是晝夜溫差，二是季節(jié)溫差。前者是指太陽(yáng)每日的起落對(duì)橋梁各部位的日照變化對(duì)鋼桁梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)牛伸縮變形影響， 后者則是由于長(zhǎng)期的晝夜變化，使鋼桁梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生基本均勻的伸長(zhǎng)、縮短等。溫度變化，特別是日照溫差的變化，對(duì)于自錨式懸索鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形影響是復(fù)雜的。在施工階段，日照溫差對(duì)主梁撓度和塔柱水平位移的影響尤為顯著。溫度測(cè)量可以提供索、塔、梁各測(cè)度斷面溫度短期變化曲線和季節(jié)性溫差曲線。 溫度測(cè)量一般選用性能優(yōu)良的熱敏電阻。 將熱敏電阻埋入索塔， 用數(shù)字式萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)電阻與溫度的標(biāo)定曲線，由測(cè)定的電阻值推算溫度值。(5) 應(yīng)力測(cè)試應(yīng)力監(jiān)控測(cè)量主要是監(jiān)測(cè)各施工狀態(tài)下