自錨式懸索橋施工全過程精細(xì)化計(jì)算分析控制

1、施工全過程精細(xì)化計(jì)算分析控制魏家樂陜西通宇公路研究所有限公司2015年9月17日自錨式懸索橋 目 錄0、自錨式懸索橋簡介1、自錨式懸索橋成橋平衡狀態(tài)有限元計(jì)算方法2、自錨式懸索橋施工階段有限元計(jì)算方法3、自錨式懸索橋施工控制計(jì)算分析要點(diǎn)4、自錨式懸索橋空纜線形有限元分析控制方法5、自錨式懸索橋主纜基準(zhǔn)索股架設(shè)線形控制方法6、自錨式懸索橋吊索張拉結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律分析7、自錨式懸索橋吊索張拉計(jì)算控制方法8、自錨式懸索橋線形調(diào)整計(jì)算控制方法 0 自錨式懸索橋簡介0 自錨式懸索橋簡介 懸索橋是目前跨越能力最強(qiáng)的橋型之一，主纜是它的主要承重構(gòu)件，一般錨固在錨碇上，錨碇是一般懸索橋的重要組成部分。如果橋梁跨徑

2、較小，可去掉錨碇而將主纜錨固在加勁梁上，那么主纜的水平分力就全部傳遞到了加勁梁上，由加勁梁自身來平衡，這就將傳統(tǒng)地錨式的懸索橋變成了自錨式的懸索橋。自錨式懸索橋的出現(xiàn)，不僅去掉了占地錨式懸索橋造價(jià)很大一部分的錨碇，也為不方便建造錨碇的地方修建懸索橋提供了一種解決方法。作為一種特殊的橋型，自錨式懸索橋以其優(yōu)美得結(jié)構(gòu)造型，優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性能，適應(yīng)各種地形和地質(zhì)狀況，越來越受到工程界的青睞，成為城市市區(qū)中小跨徑橋梁極具競(jìng)爭(zhēng)力的橋型，目前國內(nèi)外都已有多座橋梁落成。自錨式懸索橋主梁施工方法斜拉扣掛架設(shè)法節(jié)段吊裝法頂推架設(shè)法支架架設(shè)法自錨式懸索橋舉例日本此花大橋（300m）韓國永宗橋（300m）長沙三汊磯湘江

3、大橋（328m）美國舊金山新奧克蘭海灣大橋（385m）佛山平勝大橋（350m）青島海灣大沽河航道橋（260m）依托工程-青島海灣大沽河航道橋獨(dú)塔空間索面自錨式懸索橋，跨徑布置為（80+190+260+80）=610m 1 自錨式懸索橋成橋平衡狀態(tài)有限元計(jì)算方法成橋平衡狀態(tài)理論計(jì)算方法自重力及集中力作用下的索段大節(jié)段吊裝施工的自錨式懸索橋施工控制仿真分析及關(guān)鍵技術(shù)-魏家樂2010年碩士論文成橋平衡狀態(tài)有限元計(jì)算方法（midas）關(guān)于MIDAS/Civil懸索橋分析的一些功能說明MIDAS/Civil懸索橋分析功能使用說明用MIDAS/Civil做懸索橋分析自錨式懸索橋分析資料自錨式懸索橋-永宗大

4、橋的成橋階段分析懸索橋的成橋和施工階段分析使用懸索橋分析控制功能時(shí)的注意事項(xiàng)自錨式懸索橋成橋模型的建立過程和計(jì)算分析探討自錨式懸索橋的計(jì)算MIDAS 程序中幾何剛度初始荷載和初拉力的功能說明MIDAS公司資料前輩的總結(jié)資料論壇討論資料MIDAS/Civil-懸索橋分析控制Civil做懸索橋分析有限元模型的建立本文采用MIDAS/Civil有限元計(jì)算程序，按桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)由主梁、索塔、主纜、吊索組成。模型共626個(gè)節(jié)點(diǎn)，592個(gè)單元。索塔：按照實(shí)際施工節(jié)段劃分單元，節(jié)點(diǎn)編號(hào)141#，單元編號(hào)140#；加勁梁：按照小節(jié)段自然梁段長度劃分單元，并在吊索錨固位置分割既有單元，節(jié)點(diǎn)編號(hào)10121

5、8#，單元編號(hào)101217#；主纜：按照索夾、索鞍、散索套位置劃分單元，節(jié)點(diǎn)編號(hào)301621#，單元編號(hào)301620#；吊索：每個(gè)索夾對(duì)應(yīng)一根吊索，節(jié)點(diǎn)編號(hào)701758#，單元編號(hào)701758#；臨時(shí)支撐（臨時(shí)墩）：節(jié)點(diǎn)編號(hào)801830#；索鞍：節(jié)點(diǎn)編號(hào)901958#，單元編號(hào)901957#。結(jié)構(gòu)單元模擬（索與桁架）邊界條件模擬（剛性連接與彈性連接）荷載作用模擬（所有自重！） 2 自錨式懸索橋施工階段有限元計(jì)算方法施工階段階段1：施工主塔、過渡墩、輔助墩、臨時(shí)墩。階段2：鋼箱梁工廠制造，大節(jié)段吊裝架設(shè)。階段3：預(yù)偏塔頂索鞍，安裝主纜。階段4：分批次張拉吊索，拆除臨時(shí)墩。階段5：二期鋪裝，成橋。

6、施工階段施工階段-倒拆 到拆可以得到構(gòu)件的近似初始狀態(tài)。 收縮徐變、支架拆除等無法到拆正裝-無應(yīng)力狀態(tài)法倒裝-正裝-無應(yīng)力狀態(tài)法 正裝可以得到所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的精確的初始狀態(tài)。 只要正裝結(jié)果與設(shè)計(jì)一致，則成功！ 3 自錨式懸索橋施工控制計(jì)算分析要點(diǎn)3.1索塔施工階段控制 應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定實(shí)測(cè)力學(xué)參數(shù)，尤其是混凝土、鋼材的彈性模量。索塔預(yù)抬高值的確定塔頂位移和索塔受力的控制索塔預(yù)抬高值設(shè)置 索塔預(yù)抬高值設(shè)置是為了保證成橋狀態(tài)索塔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高而計(jì)算得到的施工階段標(biāo)高，主要分為：橋面位置預(yù)抬高及塔頂預(yù)抬高。橋面位置預(yù)抬高即為從施工至橋面塔高之后的后期所有施工過程對(duì)該位置產(chǎn)生的豎向變形量，或者說是從索塔施工

7、開始到成橋整個(gè)過程的橋面位置處索塔豎向變形值扣除施工到橋面塔高時(shí)已發(fā)生的索塔豎向變形值。同樣，塔頂?shù)念A(yù)抬高即為從施工至塔頂之后的后期所有施工過程對(duì)塔頂產(chǎn)生的豎向變形量，或者說是從索塔施工開始到成橋整個(gè)過程的塔頂豎向變形值扣除索塔封頂時(shí)已發(fā)生的塔頂豎向變形值。索塔預(yù)抬高值可用公式表達(dá)為：=Z2（計(jì)算位置往上部分索塔的自重產(chǎn)生的豎向彈性變形）+F（塔頂強(qiáng)大的主纜豎向荷載作用對(duì)計(jì)算位置產(chǎn)生的豎向彈性變形）+C（索塔混凝土收縮徐變對(duì)計(jì)算位置產(chǎn)生的豎向變形） -Z1（計(jì)算位置往下部分索塔的自重產(chǎn)生的豎向彈性變形）或=S總（計(jì)算位置在整個(gè)施工階段總豎向變形）塔頂位移和索塔受力的控制 塔頂位移和索塔受力的控

8、制主要是主纜架設(shè)到吊索張拉階段的控制。塔頂位移很大程度的影響著索塔甚至是整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力，且隨著塔頂主纜豎向分力的逐漸增加，索塔的應(yīng)力儲(chǔ)備也逐漸增大，由此可允許的塔頂水平位移也逐漸增大。因此，控制了塔頂?shù)奈灰?，也就控制了索塔的?yīng)力處于安全范圍之內(nèi)。由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，從主纜架設(shè)開始，邊跨和主跨的主纜水平分力即大小不同，索塔則偏向水平分力較大的一側(cè)（一般為邊跨），此時(shí)索塔所能承受的水平荷載較小，如果不加控制，索塔主跨側(cè)塔身將開裂甚至發(fā)生事故。此時(shí)需對(duì)塔頂索鞍進(jìn)行適當(dāng)預(yù)偏，使其偏向邊跨側(cè)，由此可調(diào)整主纜兩側(cè)水平分力使其大小一致，此時(shí)索塔受到一個(gè)較小的偏心荷載（偏心距即為索鞍預(yù)偏量），塔頂發(fā)生微小的水平

9、位移，塔身受力安全。在吊索張拉過程中，主跨的主纜水平分力逐漸大于邊跨，索塔將逐漸偏向主跨方向，若不加以控制，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度時(shí)，邊跨側(cè)塔身將開裂。此時(shí)應(yīng)將索鞍逐漸向索塔中心頂推回來，頂推次數(shù)、頂推量和頂推時(shí)機(jī)應(yīng)根據(jù)嚴(yán)格計(jì)算得到，頂推次數(shù)應(yīng)該盡少，且頂推應(yīng)該盡早進(jìn)行，一方面盡量減少施工量，另一方面盡量減少頂推力的大?。ㄒ?yàn)轫斖圃酵?，塔頂主纜豎向分力越大，索鞍和索塔間的摩阻力就越大，容易造成頂推困難）。到吊索張拉完畢時(shí)，索鞍已回到索塔中心處，索塔接近對(duì)稱受力狀態(tài)。在二期鋪裝后的成橋狀態(tài)，索塔兩側(cè)主纜水平分力完全相等，達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。3.2主梁施工階段控制拼裝線形架設(shè)線形節(jié)段長度體系轉(zhuǎn)換控制拼裝線形-架

10、設(shè)線形拼裝線形：在工廠的若干支墩上將小節(jié)段拼裝成大節(jié)段時(shí)，鋼箱梁近似為無應(yīng)力狀態(tài)，該無應(yīng)力狀態(tài)的拼裝線形需要預(yù)先為工廠提供。架設(shè)線形：小節(jié)段鋼箱梁在工廠預(yù)制拼裝成大節(jié)段鋼箱梁后，使用大型運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)送到橋位，再采用大型浮吊吊裝架設(shè)到提前施工好的臨時(shí)墩上，該線形亦即為大節(jié)段間的拼裝線形，需要精確計(jì)算架設(shè)標(biāo)高以控制架設(shè)線形。對(duì)大節(jié)段鋼箱梁之間的環(huán)縫進(jìn)行焊接，使鋼箱梁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫邕B續(xù)梁（此時(shí)受力仍為簡支梁受力狀態(tài)）。 節(jié)段長度 對(duì)于自錨式懸索橋而言，主纜錨固點(diǎn)和吊索吊點(diǎn)位置都非常重要，如果位置偏離目標(biāo)值，將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力和線形發(fā)生很大變化。而在施工過程中，由于加勁梁受軸力壓縮等原因會(huì)導(dǎo)致梁長變短，因

11、此應(yīng)預(yù)先對(duì)鋼箱梁的長度進(jìn)行精確的控制和調(diào)整，例如節(jié)段設(shè)置長度預(yù)留量、節(jié)段間焊縫補(bǔ)償?shù)?，從而保證鋼箱梁上主纜錨點(diǎn)和吊索吊點(diǎn)的準(zhǔn)確性。錨固點(diǎn)位置影響垂度3.7倍錨固點(diǎn)位置影響垂度2.9倍體系轉(zhuǎn)換 體系轉(zhuǎn)換控制：隨著后期主纜的架設(shè)和吊索的張拉，梁重荷載逐漸轉(zhuǎn)換到由主纜承擔(dān)，鋼箱梁由連續(xù)梁狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)換為吊索多點(diǎn)彈性支撐狀態(tài)。在此過程中，主梁標(biāo)高和受力發(fā)生較大變化，要按照既定的吊索張拉方案計(jì)算和控制每步張拉所引起的鋼箱梁的變形和應(yīng)力。30cm3.3主纜施工階段控制主纜索股無應(yīng)力長度計(jì)算空纜線形計(jì)算基準(zhǔn)索股架設(shè)線形控制主纜索股無應(yīng)力長度計(jì)算 主纜的無應(yīng)力長度：指索股在設(shè)計(jì)溫度下，截面應(yīng)力為零時(shí)的長度。不難

12、看出，有應(yīng)力長度跟主纜所受荷載大小有關(guān)，而無應(yīng)力長度是一個(gè)常量，無論荷載如何變化，其值均保持恒定不變。自錨式懸索橋在施工控制過程中，主纜的無應(yīng)力長度是通過成橋狀態(tài)下有應(yīng)力長度扣除各項(xiàng)荷載變形得到的，該值是索股加工長度的依據(jù)。為了使成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證施工質(zhì)量，主纜的無應(yīng)力長度的計(jì)算準(zhǔn)確性在整個(gè)施工控制中具有決定性的作用。 通過有限元模型計(jì)算時(shí)，在進(jìn)行成橋平衡狀態(tài)分析得到主纜成橋線形和主纜張力后，扣除伸長量即得到無應(yīng)力索長。主纜無應(yīng)力長度求解得到理論計(jì)算值后，每根索股的無應(yīng)力長度則需要進(jìn)行修正計(jì)算。由于主纜一般采用中心索股進(jìn)行計(jì)算，索股長度計(jì)算在塔頂采用IP尖點(diǎn)而非延索鞍

13、彎曲，因此對(duì)于中心索股僅需要對(duì)塔頂索鞍處進(jìn)行長度修正計(jì)算。相對(duì)于中心索股的主纜其他索股，由于在塔頂索鞍處彎曲半徑不同、散索后錨固跨空間差異以及垂度差別的影響，需要逐段進(jìn)行修正計(jì)算。將主纜按控制點(diǎn)分為錨固點(diǎn)到散索鞍段、邊跨曲線段、塔頂索鞍曲線段和中跨曲線段分別計(jì)算，然后將各段的無應(yīng)力索長相加得出全橋主纜各索股的計(jì)算長度。主纜索股無應(yīng)力長度計(jì)算索股編號(hào)L3L2L1R1R2R3L117.36088.398115.089150.100118.32417.263506.5342917.22088.377115.193150.181118.28417.207506.4623117.20288.377115

14、.193150.181118.28417.095506.3323317.18688.377115.193150.181118.28417.217506.4386117.42988.356115.297150.261118.24417.312506.899空纜線形計(jì)算對(duì)于自錨式懸索橋，當(dāng)主纜空掛時(shí)，主纜兩端錨固在加勁梁后錨面板，中間支撐在主塔上，使索鞍兩側(cè)主纜滿足鞍座的平衡條件，此時(shí)主纜中心索股的空間位置即為空纜線形。主纜空纜線形的準(zhǔn)確計(jì)算和精確控制是懸索橋施工的關(guān)鍵，一旦主纜施工架設(shè)完畢，最終的主纜線形及內(nèi)力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求即基本確定。按照綜合倒裝-正裝-無應(yīng)力狀態(tài)法的施工控制方法進(jìn)行計(jì)算。通

15、過建立非線性有限元模型，通過已知的成橋吊索力，計(jì)算主纜成橋線形及各索段無應(yīng)力長度，倒拆得到近似的空纜線形（包含索鞍、索夾的預(yù)偏量等），通過模擬施工過程正裝計(jì)算得到成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)幾何形狀參數(shù)，將其與設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)幾何形狀參數(shù)進(jìn)行比較，若誤差不滿足精度要求，則修改空纜線形及索鞍、索夾的坐標(biāo)，重復(fù)上述計(jì)算過程，直到滿足精度要求為止。最終就可以得到包含主纜無應(yīng)力長度、索鞍及索夾預(yù)偏量等的精確空纜線形。 基準(zhǔn)索股架設(shè)線形控制 主纜架設(shè)時(shí)，考慮施工的方便和架設(shè)質(zhì)量，首先需要選擇一根具有代表性的索股架設(shè)到位后，其它索股參照該索股架設(shè)，這根索股稱為基準(zhǔn)索股。考慮到主纜索股架設(shè)和施工控制的方便性，一般選擇基準(zhǔn)索股

16、為最下緣索股，其它索股可參照基準(zhǔn)索股架設(shè)，并滿足“若即若離”的原則。而空纜線形計(jì)算一般取主纜中心索股，因此需要換算出基準(zhǔn)索股線形作為控制依據(jù)。 基準(zhǔn)索股線形是后續(xù)其它索股架設(shè)的參照和依據(jù)，基準(zhǔn)索股的線形必須架設(shè)精確。在基準(zhǔn)索股架設(shè)過程中，應(yīng)盡量選擇在夜間對(duì)索股線形進(jìn)行持續(xù)5-7天的調(diào)整和觀測(cè)，精度要求5mm。3.4吊索施工階段控制吊索無應(yīng)力長度計(jì)算吊索張拉控制吊索無應(yīng)力長度計(jì)算自錨式懸索橋成橋后吊索調(diào)整量很少，基本沒有調(diào)整余地，因此準(zhǔn)確的計(jì)算吊索的無應(yīng)力長度和恒載作用下的吊索伸長量就顯得尤為重要。與主纜無應(yīng)力長度計(jì)算方法相同，吊索無應(yīng)力長度可由成橋狀態(tài)有應(yīng)力索長減去應(yīng)力伸長量得到，再進(jìn)行主纜上

17、索夾、橋面上吊點(diǎn)處的構(gòu)造及誤差修正得到實(shí)際下料長度。吊索編號(hào)無應(yīng)力長度（m）應(yīng)力（MPa）伸長量（m）有應(yīng)力長度（m）B114.6190404.70.030814.6498B219.5108409.60.041619.5524B324.7795408.30.052724.8322B430.4278409.40.064930.4927B536.4552409.20.077836.5330B642.8648409.20.091542.9563B749.6550409.80.106249.7612B856.8294408.70.121356.9507B964.3867409.30.137764.52

18、44B1072.3301410.10.155272.4853B1180.6583412.00.173980.8322B1289.3750415.10.194389.5693Z189.8995423.70.199590.0990Z281.7179420.40.179881.8977Z373.9310418.50.161874.0928Z466.5354417.70.145366.6807Z559.5322417.60.129859.6620Z652.9183417.80.115453.0337Z746.6947417.10.101646.7963Z840.8577418.80.089240.94

19、69Z935.4107417.40.077035.4877Z1030.3490417.60.066030.4150Z1125.6746416.60.055725.7303Z1221.3840418.10.046521.4305Z1317.4786418.10.038017.5166Z1413.9561418.40.030413.9865Z1510.8187418.70.023610.8423Z168.0644418.70.01768.0820Z175.6947415.10.01235.7070吊索張拉控制 與地錨式懸索橋先架設(shè)主纜后逐段拼裝主梁的施工方式不同，自錨式懸索橋在吊索張拉前加勁梁和主

20、纜均施工完畢，此時(shí)吊索的安裝和張拉成為施工的特點(diǎn)和難點(diǎn)。在吊索張拉過程中各種非線性問題突出，如主纜大位移非線性、吊索的參與和退出工作、吊索間力的強(qiáng)相干性、主纜與鞍座接觸非線性、索鞍的頂推非線性，加勁梁與支架的接觸非線性、主塔和加勁梁的梁柱P-效應(yīng)非線性和混凝土材料的收縮徐變非線性等等。所有這些非線性相互耦合作用使得吊索張拉過程的計(jì)算極其復(fù)雜，在分析方法上與地錨式懸索橋差異巨大。吊索張拉過程幾乎所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件均參與進(jìn)來，一般應(yīng)考慮主纜的線形和索力、吊索索力、索塔位移和應(yīng)力、加勁梁線形和應(yīng)力、索鞍頂推時(shí)機(jī)、壓重施加時(shí)機(jī)、永久支座和臨時(shí)支點(diǎn)反力、吊索傾斜角度、吊索張拉接長等問題。采用有限元進(jìn)行精細(xì)化模

21、擬分析，采用吊索無應(yīng)力長度法和張拉法等控制方法，經(jīng)過試算計(jì)算、響應(yīng)分析、調(diào)整控制等復(fù)雜過程，提出多套合理的張拉控制方案，經(jīng)比選得到最優(yōu)張拉方案進(jìn)行控制。 主纜大位移非線性、吊索的參與和退出工作、吊索間力的強(qiáng)相干性、主纜與鞍座接觸非線性、索鞍的頂推非線性，加勁梁與支架的接觸非線性、主塔和加勁梁的梁柱P-效應(yīng)非線性和混凝土材料的收縮徐變非線性 主纜的線形和索力、吊索索力、索塔位移和應(yīng)力、加勁梁線形和應(yīng)力、索鞍頂推時(shí)機(jī)、壓重施加時(shí)機(jī)、永久支座和臨時(shí)支點(diǎn)反力、吊索傾斜角度、吊索張拉接長3.5橋面施工階段控制 施工完二期鋪裝及附屬設(shè)施后，結(jié)構(gòu)則達(dá)到成橋狀態(tài)，結(jié)構(gòu)線形、受力也應(yīng)接近設(shè)計(jì)值。若施工完成時(shí)橋面

22、線形、主纜線形、吊索力等存在不可忽視的偏差時(shí)，可通過影響矩陣法等方法進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使最終成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)線形、受力逼近設(shè)計(jì)目標(biāo)值。為影響矩陣 為被調(diào)向量 為調(diào)值向量 4 自錨式懸索橋空纜線形有限元分析控制方法空纜線形的計(jì)算主纜無應(yīng)力長度塔頂主索鞍的預(yù)偏量索夾預(yù)偏量散索鞍預(yù)偏量主纜在加勁梁上錨點(diǎn)坐標(biāo)空纜線形空纜線形的計(jì)算 空間有限元模型必須精確模擬主索鞍與主纜切點(diǎn)及散索鞍至錨固點(diǎn)的散索問題，否則主纜線形在主索鞍及散索鞍附近坐標(biāo)偏差較大。索鞍預(yù)偏量 由于空纜狀態(tài)時(shí)，若主索鞍位于索塔中心線，主、邊跨水平力差異巨大，這對(duì)此時(shí)僅有較小的主纜豎向分力作用下的索塔受力極為不利。將主索鞍向邊跨側(cè)偏移一定的距離（

23、一般情況吊桿安裝張拉時(shí)主跨主纜水平分力增量較大），使空纜狀態(tài)時(shí)索鞍兩側(cè)主纜水平分力相等，主索鞍在縱橋向相對(duì)于索塔中心線偏移的距離就是索鞍預(yù)偏量。索鞍預(yù)偏量的計(jì)算在有限元模型中，主纜空掛狀態(tài)下，解除主纜與塔頂連接的縱橋向約束，主纜自動(dòng)尋找平衡狀態(tài)，使得索鞍兩側(cè)主纜水平分力相等，此時(shí)主纜節(jié)點(diǎn)發(fā)生偏向邊跨的位移，該值即為索鞍預(yù)偏量。在該索鞍預(yù)偏狀態(tài)下的主纜線形才是空纜線形。注意，此時(shí)索塔偏心受壓，將發(fā)生較小的縱橋向位移，因此索鞍中心點(diǎn)位置為索鞍預(yù)偏量與塔頂偏移量之和。 索鞍預(yù)偏量的實(shí)現(xiàn)溫度伸縮桿每長度變化1m剛度較大通過單元溫度改變，索鞍預(yù)偏、頂推均可實(shí)現(xiàn)！主纜索塔切點(diǎn)索夾預(yù)偏量計(jì)算 對(duì)于空間纜，相

24、對(duì)于成橋狀態(tài)，空纜狀態(tài)索夾的坐標(biāo)和橫向轉(zhuǎn)角都發(fā)生了一定的變化，而空纜狀態(tài)主纜位置已經(jīng)確定，在主纜上通過縱橋向坐標(biāo)即可確定索夾位置。因此，索夾預(yù)偏包含縱橋向坐標(biāo)預(yù)偏和橫橋向角度預(yù)偏?？v橋向坐標(biāo)預(yù)偏較易計(jì)算，求得空纜線形，纜上吊點(diǎn)位置即索夾位置，通過放樣縱坐標(biāo)即找到索夾位置。而索夾角度預(yù)偏則難以計(jì)算，目前國內(nèi)外對(duì)自錨式懸索橋的索夾橫向預(yù)偏角度的研究經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)資料尤為缺乏，通?？赏ㄟ^模型試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)測(cè)確定。散索鞍主纜錨固點(diǎn) 5 自錨式懸索橋主纜基準(zhǔn)索股架設(shè)線形控制方法基準(zhǔn)索股線形影響參數(shù)基準(zhǔn)索股架設(shè)往往為非基準(zhǔn)狀態(tài)，氣溫、荷載、塔梁變位等都與設(shè)計(jì)理想值存在偏差，基準(zhǔn)索股線形就不能按照理論標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)線形進(jìn)

25、行控制，需要研究參數(shù)偏離對(duì)基準(zhǔn)索股線形的影響。從現(xiàn)場(chǎng)控制方便角度出發(fā)，將上述因素歸納為三個(gè)參數(shù)進(jìn)行研究：主纜索股溫度T，索股散索套標(biāo)記點(diǎn)到索鞍中心線的跨徑L和高差H，分別研究T、L、H三個(gè)參數(shù)發(fā)生偏差時(shí)基準(zhǔn)索股的線形特點(diǎn)?；鶞?zhǔn)索股線形影響參數(shù)（1）實(shí)測(cè)索股溫度T：溫度發(fā)生正偏差時(shí)（即實(shí)測(cè)溫度較設(shè)計(jì)溫度高），索股長度伸長，垂度增大，縱橋向也發(fā)生向索塔方向的飄移。（2）索股散索套標(biāo)記點(diǎn)到索鞍中心線的跨徑L：跨徑發(fā)生正偏差時(shí)（即實(shí)測(cè)跨徑較設(shè)計(jì)值偏大），索股拉緊，垂度減小，縱橋向也發(fā)生背離索塔方向的飄移。（3）索股散索套標(biāo)記點(diǎn)到索鞍中心線的高差H：高差發(fā)生正偏差時(shí)（即實(shí)測(cè)高差較設(shè)計(jì)值偏大），索股拉緊，

26、垂度減小，縱橋向也發(fā)生背離索塔方向的飄移?；鶞?zhǔn)索股線形控制點(diǎn) 為了精確的控制基準(zhǔn)索股線形，選取主纜標(biāo)記點(diǎn)（指相對(duì)于成橋狀態(tài)時(shí)，后錨面中心點(diǎn)到主索鞍中心線的跨中點(diǎn)）、校核點(diǎn)（指相對(duì)于成橋狀態(tài)時(shí)，散索套標(biāo)記點(diǎn)到主索鞍中心線的跨中點(diǎn)）作為線形控制點(diǎn)。參數(shù)分析 為了非基準(zhǔn)狀態(tài)能在現(xiàn)場(chǎng)快速地計(jì)算出控制點(diǎn)的垂度調(diào)整量和放索量等架設(shè)控制參數(shù)，節(jié)省大量的人力物力，利用有限元模型進(jìn)行參數(shù)分析，分別計(jì)算基準(zhǔn)索股在基準(zhǔn)溫度附近變化1 ，3 ，5，8 ，10，12，15，跨度在基準(zhǔn)跨度附近變化0.005 m，0.01 m，0.02 m，0.05 m，高差在基準(zhǔn)高差附近變化等的垂度變化0.005 m，0.01 m，0.

27、03 m，0.05 m，給出標(biāo)記點(diǎn)主要計(jì)算結(jié)果如下：擬合計(jì)算青島側(cè)標(biāo)記點(diǎn)實(shí)測(cè)：T=3.7，L=-0.006m， H=-0.009m， 1=0.008m代入公式：x=0.0471my=-0.0672m模型驗(yàn)證：x=0.0472my=-0.0674m長度調(diào)整控制 為了更方便、快捷的調(diào)整主纜線形，詳細(xì)模擬基準(zhǔn)溫度下，每跨索長在基準(zhǔn)無應(yīng)力索長附近變化5mm，25mm，50mm等的垂度變化，供施工單位調(diào)整主纜線形時(shí)參考x=0.0471my=-0.0672m調(diào)整控制要求 該橋?qū)嶋H控制之中，在夜間（22:0006:00）溫度相對(duì)穩(wěn)定的情況下，每2小時(shí)觀測(cè)一次，每天45次，實(shí)測(cè)索股溫度、跨度、高差等參數(shù)，計(jì)算

28、得到理論觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，與實(shí)測(cè)值觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，得到偏差值并進(jìn)行調(diào)整，多次測(cè)量偏差值穩(wěn)定在20mm以內(nèi)，平均偏差控制在5mm以內(nèi)，設(shè)置多處測(cè)點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)57天均滿足要求時(shí)，認(rèn)為基準(zhǔn)索股線形調(diào)整到位。 索股的線形調(diào)整主要通過索股長度來調(diào)整，索股長度通過調(diào)整墊板來調(diào)整，調(diào)整墊板分別設(shè)計(jì)多種厚度配合使用，墊板不易使用過多。最小厚度為5mm的墊板，可保證索股長度最大誤差2.5mm。 6 自錨式懸索橋吊索張拉結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律分析吊索張拉結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律分析 自錨式懸索橋吊索張拉過程繁瑣，張拉控制難度較高，結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律復(fù)雜。一般需要建立空間有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算，提出合理的張拉控制方案，對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行深入研究。

29、主纜大位移非線性響應(yīng)吊索索力相干性響應(yīng)索塔變位及受力響應(yīng)加勁梁的變形及受力響應(yīng)支點(diǎn)反力響應(yīng)主纜大位移非線性響應(yīng)（3）主纜在每步張拉中，張拉點(diǎn)位移變化較大，在本方案主纜單次位移變化最大超過2m，附近點(diǎn)位移逐漸減??；同跨遠(yuǎn)離張拉點(diǎn)的部分點(diǎn)出現(xiàn)明顯的反向位移（最大達(dá)到-3.2m），后逐漸恢復(fù)正向位移。（4）在后續(xù)吊索張拉過程中，由于吊索的限制，張拉過的節(jié)點(diǎn)位移基本不再發(fā)生較大變化。（5）在開始張拉過程中，主纜張拉點(diǎn)可能出現(xiàn)位移拐點(diǎn)，應(yīng)注意觀察防止鼓絲情況出現(xiàn)。（6）吊索張拉過程中，由于主纜為空間纜，除了出現(xiàn)豎向位移，還將出現(xiàn)較大的縱橫向位移（在本橋中縱向位移最大超過1.5m），因此需注意吊索傾斜角度

30、在吊索錨固鋼導(dǎo)管允許的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)。主纜位移變化主要規(guī)律如下：（1）主纜在吊索張拉過程中位移變化巨大，呈現(xiàn)出顯著的大位移非線性特點(diǎn)，在本方案主纜累計(jì)位移變化達(dá)到3.3m。（2）主纜在開始張拉時(shí)索力和剛度較小，每步變形較大；在逐漸張拉過程中索力和剛度也逐漸增大，每步變形逐漸變小。吊索索力相干性響應(yīng)吊索Z7張拉到位，Z8張拉到3000 kN，Z9張拉到2500 kN將吊索Z11張拉到位，Z12張拉到3000 kN，Z13張拉到3000 kN將吊索B3、B2、B1張拉到位施工二期，成橋吊索索力相干性響應(yīng)將吊索B8、B9、Z4張拉到位將吊索Z5、Z6張拉到位，Z7張拉到1000 kN將吊索B6、B7張拉

31、到位，B5張拉到1000 kN將吊索Z7張拉到位，Z8張拉到3000 kN，Z9張拉到2500 kN將吊索Z9張拉到2500 kN，Z10張拉到2500 kN，Z11張拉到2500 kN吊索索力相干性響應(yīng)吊索索力變化規(guī)律如下：（1）吊索索力在張拉過程中變化較大，無論張拉方式如何，最大出現(xiàn)索力（而非最大張拉索力）均需滿足一定安全系數(shù)。（2）主纜在開始張拉時(shí)剛度較小，吊索可以一步張拉到位，但在逐漸張拉過程中主纜剛度逐漸增大，為保證吊索索力在安全范圍，部分中部區(qū)域吊索需多次張拉才能張拉到位。（3）張拉吊索對(duì)附近已張拉點(diǎn)索力影響巨大，往往出現(xiàn)急劇減小現(xiàn)象（即卸載現(xiàn)象，這對(duì)無法一次張拉到位的吊索提供了解

32、決辦法），而遠(yuǎn)離張拉點(diǎn)索力卻出現(xiàn)逐漸增大現(xiàn)象，中間點(diǎn)索力逐漸過渡變化。（4）吊索張拉會(huì)引起索塔偏向張拉跨，這將導(dǎo)致鄰跨主纜垂度減小和吊索索力的增大，因此相鄰跨吊索需交替張拉以保證已張拉的吊索索力不會(huì)超限。（5）由于吊索索力的相干性，張拉階段往往容易忽視部分吊索可能出現(xiàn)的索力過小情況，應(yīng)保證最小索力在一定安全范圍，防止吊索過小而導(dǎo)致錨頭偏移或傾斜。（6）由于主纜大變位影響，張拉前主纜上的吊點(diǎn)到加勁梁錨固點(diǎn)的距離大于吊索長度，必須設(shè)置接長桿將吊索錨頭張拉至錨點(diǎn)。為了使用的方便及節(jié)省材料，接長桿可采用分段設(shè)計(jì)，在使用時(shí)按需接長。索塔變位及受力響應(yīng) 索塔變位和受力規(guī)律如下：（1）索塔在吊索張拉前的空纜

33、狀態(tài)時(shí)，塔頂索鞍進(jìn)行預(yù)偏，保證主纜在索塔兩側(cè)水平分力平衡，索塔不受水平不平衡力影響，結(jié)構(gòu)受力安全。但需注意，索塔此時(shí)為偏心受壓狀態(tài)，因此空纜狀態(tài)索塔塔頂仍有近2cm位移。（2）吊索張拉應(yīng)保持相鄰跨交替進(jìn)行，以保證索塔不會(huì)出現(xiàn)較大的不平衡力。但由于主邊跨跨徑不等，索塔在吊索張拉過程中，主纜水平分力平衡狀態(tài)不可避免的被打破，索塔在塔頂?shù)呢Q向和水平分力均逐漸增大，到一定程度時(shí)需進(jìn)行索鞍頂推以釋放新的不平衡水平力，保證索塔受力安全。（3）索鞍頂推會(huì)造成索塔應(yīng)力的急劇變化，因此需保證索塔有足夠的應(yīng)力儲(chǔ)備以防止混凝土索塔開裂。為提高張拉效率，索鞍頂推次數(shù)越少越好，且應(yīng)保證索鞍盡早頂推到位，防止塔頂主纜豎向

34、分力過大導(dǎo)致索鞍難以頂推。（4）在吊索張拉完畢的成橋狀態(tài)，索鞍處于索塔中心，索塔平衡受力，塔頂位移為0，塔身應(yīng)力對(duì)稱。初始位移B12、Z1、Z2B11、B10、Z3B8、B9、Z4Z5、Z6、Z7索鞍頂推14.2cm B5、B6 、B7Z7、Z8、Z9Z9、Z10、Z11索鞍頂推24cm，索鞍復(fù)位 B5、B4 、B3Z10、Z11、Z12Z11、Z12、Z13位移歸零加勁梁的變形及受力響應(yīng)頂緣應(yīng)力極值（-100.1MPa）底緣應(yīng)力極值（89.7MPa）加勁梁變形和受力規(guī)律如下：（1）由于吊索力需要克服加勁梁自重，在張拉開始的很長一段時(shí)期，加勁梁基本不會(huì)脫離支架，受力也變化不大。而隨著吊索的不斷

35、張拉，加勁梁一旦脫離支架實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換，后期每張拉一步加勁梁的變形和受力狀態(tài)都會(huì)發(fā)生較大變化。（2）由于張拉前采用大節(jié)段吊裝架設(shè)、簡支變連續(xù)方式施工，加勁梁在臨時(shí)墩支架上處于簡支受力的連續(xù)狀態(tài)，從而導(dǎo)致在吊索張拉過程中加勁梁變形不太均勻，在大節(jié)段跨中變形較大，支點(diǎn)變形較小，因此加勁梁在工廠拼裝施工時(shí)預(yù)拱度設(shè)置要求較高。（3）在整個(gè)吊索張拉過程中，加勁梁在整體彎矩逐漸增大情況下，主纜在梁上錨固從而傳遞給加勁梁的軸向壓力也逐漸增大，鋼加勁梁處于較為安全的壓彎狀態(tài)，應(yīng)力儲(chǔ)備較大。支點(diǎn)反力響應(yīng)支點(diǎn)反力規(guī)律如下：（1）在吊索張拉過程中，加勁梁逐漸脫離支架從而實(shí)現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換，臨時(shí)支撐完全脫離，而永久支撐完全受

36、力。（2）臨時(shí)支架支撐反力總體而言逐漸減小，但在某些張拉步驟會(huì)出現(xiàn)增大現(xiàn)象，應(yīng)保證支點(diǎn)承載力及加勁梁局部加強(qiáng)構(gòu)造受力不能超限。臨時(shí)支撐一旦脫離應(yīng)立即拆除，防止某些階段梁體重新回落造成支撐偏離現(xiàn)象出現(xiàn)。拆除塔區(qū)（13-16#）支架張拉B10、B11張拉B8、B9B5B6B7B8B9B10B11張拉B5、B6、B7拆除張拉Z5Z6Z7此時(shí)B8由700增加到1600kN支點(diǎn)反力響應(yīng)（3）由于主纜豎向分力及吊索力逐漸增大和臨時(shí)支撐的逐漸拆除，永久支座反力也不停的發(fā)生變化，在保證其承載力滿足要求的前提下，也要防止負(fù)反力的出現(xiàn)，因此應(yīng)在張拉的合理階段逐漸施加壓重，保證支座受力在一定安全范圍。 拆除臨時(shí)墩一

37、、邊跨錨固段（301#）支架和臨時(shí)墩二張拉B3B4B5青島側(cè)錨固區(qū)壓重102.7t張拉Z10、Z11、Z12青島側(cè)錨固區(qū)壓重513.7t二期鋪裝張拉B3B2B1張拉Z11、Z12、Z13張拉Z12、Z13、Z14張拉Z13、Z14、Z15張拉Z15、Z16、Z17 7 自錨式懸索橋吊索張拉計(jì)算控制方法吊索張拉過程難點(diǎn)自錨式懸索橋吊索張拉過程中的主要難點(diǎn)在于：（1）為了保證施工質(zhì)量，使成橋狀態(tài)受力和線形均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主纜和吊索的無應(yīng)力長度計(jì)算難度較大，在整個(gè)施工控制中具有決定性作用。（2）在一定張拉設(shè)備下如何用盡量少的吊索張拉次數(shù)使最終索力達(dá)到設(shè)計(jì)值是前提條件和難題。（3）主纜從空纜到成橋狀態(tài)

38、的線形變化巨大，幾何非線性非常明顯，線形控制難度非凡。（4）主纜的線形和內(nèi)力、吊索力及其接長和傾斜、加勁梁的線形和內(nèi)力、索鞍的預(yù)偏和頂推、支架的拆除、支座的反力等控制參數(shù)較多，并且相互影響明顯。（5）吊索張拉過程中后拉的吊索對(duì)先拉的吊索索力具有強(qiáng)相干性，計(jì)算不能采用線性疊加法，而必須采用非線性迭代法，對(duì)受力分析精度要求較高。吊索張拉過程模擬(索單元-無應(yīng)力索長)=759 MPa183 MPa317 MPa721MPa1283 MPa索力超限怎么辦？吊索張拉過程模擬(節(jié)點(diǎn)力)721MPa1034MPa=759 MPa下一步怎么辦？節(jié)點(diǎn)力可以得到當(dāng)前階段結(jié)構(gòu)響應(yīng)（主纜位移、吊索索力變化等）535M

39、Pa無法得到后續(xù)張拉對(duì)該吊索的索力影響吊索張拉過程模擬(桁架單元-初張力)初拉力3500kN(736.6MPa)721MPa1034MPa=759 MPa初拉力可以得到當(dāng)前階段結(jié)構(gòu)響應(yīng)也可得到后續(xù)張拉對(duì)該吊索的索力影響無法得到該吊索索力需要張拉到位時(shí)該是多少力不同時(shí)期張拉到位，該索力是不同的又該怎么辦？吊索張拉原則（1）吊索索力安全系數(shù)按2.2控制。（2）索塔應(yīng)力通過索鞍頂推控制，索塔不出現(xiàn)拉應(yīng)力。（3）加勁梁應(yīng)力不超過容許值。（4）索鞍頂推盡量采用較少的頂推次數(shù)，且在較早的階段頂推，防止出現(xiàn)頂不動(dòng)問題。（5）壓重施加考慮到需人工施加，速度較慢，結(jié)合吊索張拉方案給出充足的壓重施加時(shí)間，并保不影

40、響吊索張拉進(jìn)度。（6）在臨時(shí)支架拆除方案和壓重施加方案下，永久支座反力不超過設(shè)計(jì)值，也不出現(xiàn)負(fù)反力，且有一定的安全儲(chǔ)備。（7）臨時(shí)支架在吊索張拉過程中臨時(shí)支點(diǎn)反力均小于承載力，并在合適階段盡早拆除相應(yīng)臨時(shí)支架。（8）吊索傾斜角度在吊索錨固鋼導(dǎo)管允許的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)。（9）吊索張拉接長桿數(shù)量盡量少，并按標(biāo)準(zhǔn)長度制造組合使用。 吊索張拉方案將吊索一次均勻張拉至設(shè)計(jì)值是最理想的方法，但造價(jià)限制；而多次分級(jí)張拉的方法勢(shì)必會(huì)降低張拉效率。因此，制定一套好的吊索張拉方案是非常重要的，能夠盡量減少吊索的反復(fù)張拉次數(shù)，提高張拉效率，節(jié)省工時(shí)，降低造價(jià)。按照以上吊索張拉原則，分別使用不同數(shù)量的千斤頂模擬計(jì)算分批次張

41、拉過程，提出了四套吊索張拉方案：方案一：采用12臺(tái)千斤頂，對(duì)3種不同編號(hào)的吊索同時(shí)張拉，吊索通過15次張拉全部到位；方案二：采用8臺(tái)千斤頂，對(duì)2種不同編號(hào)的吊索同時(shí)張拉，吊索通過24次張拉全部到位；方案三：采用4臺(tái)千斤頂，對(duì)1種不同編號(hào)的吊索同時(shí)張拉，吊索通過55次張拉全部到位；方案四：從兩邊向中間索塔進(jìn)行吊索張拉計(jì)算，但經(jīng)計(jì)算，在前幾步吊索張拉時(shí)，最兩邊的吊索在加勁梁頂處水平偏移量已經(jīng)超出允許范圍，會(huì)與梁頂鋼套管發(fā)生碰撞?？紤]到安全性因素，該方案不可行。吊索張拉方案比選方案張拉設(shè)備用量安全系數(shù)張索步驟數(shù)索塔應(yīng)力（最小/最大）加勁梁應(yīng)力（最小/最大）索鞍頂推次數(shù)頂推前主纜給索鞍的最大豎向分力(

42、t)索塔最大縱橋向位移（cm）吊桿在鋼箱梁頂處水平偏移量(mm)臨時(shí)支點(diǎn)反力永久支座反力施加壓重一122.5915-13.0Mpa/-0.4MPa-100.1Mpa/+89.7MPa21354921.930.562.5滿足承載力要求滿足承載力要求，且不出現(xiàn)負(fù)反力時(shí)間充足二82.4124-12.6Mpa/-0.1MPa-94.9Mpa/+89.8MPa21127426.836.062.5三42.2555-11.8Mpa/-0.3MPa-95.9Mpa/+90.5MPa2325313.349.162.5時(shí)間靈活充足吊索張拉方案比選方案三主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）使用4臺(tái)千斤頂同時(shí)對(duì)1種不同編號(hào)的吊索進(jìn)行張拉，避免了多組吊索同時(shí)張拉的問題，減小了施工和監(jiān)控難度。（2）為了防止主纜出現(xiàn)彎折變形，發(fā)生鼓絲現(xiàn)象，或者為了加快進(jìn)度，在張拉過程中，該方案可根據(jù)需要，隨時(shí)變更為8臺(tái)或12臺(tái)千斤頂進(jìn)行同時(shí)張拉，該方案不需要重新計(jì)算，只需要略微調(diào)整即可。（3）壓重施加給定了每步吊索張拉前的范圍要求，施工單位可根據(jù)施加能力靈活施工。（4）索鞍兩次頂推復(fù)位，且在較早的階段即頂推到位，防止出現(xiàn)頂不動(dòng)問題。（5）臨時(shí)支座拆除時(shí)間較早，避免了加勁梁和支架之間存在只壓不拉的接觸非線性關(guān)系導(dǎo)致的計(jì)算困難，影響整體計(jì)算精確性的問題。實(shí)橋施工即按照該方案進(jìn)行控制，在35天內(nèi)完成了所有吊索張拉