鋼箱梁斜拉橋施工控制要點(diǎn)

鋼箱梁斜拉橋施施工控制要點(diǎn)點(diǎn)分析摘要：以永川長(zhǎng)長(zhǎng)江大橋施工工監(jiān)控為實(shí)例例，分析介紹紹鋼箱梁斜拉拉橋施工控制制要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：斜拉橋橋鋼箱梁施工控制1.前言斜拉橋以其簡(jiǎn)潔潔優(yōu)美的外形形及良好的跨跨越能力被廣廣泛地采用。近近些年來(lái),隨著交通量量的劇增,橋面寬度及及跨徑均呈上上升趨勢(shì),傳統(tǒng)的混凝凝土斜拉橋已已難以滿足實(shí)實(shí)用要求,大跨鋼箱梁梁斜拉橋也因因此應(yīng)運(yùn)而生生了。但該類類橋的施工控控制與以往的的混凝土斜拉拉橋的施工控控制存在著較較大差異,故而施工控控制必須因橋橋而異,采取有針對(duì)對(duì)性的措施。本本文結(jié)合永川川長(zhǎng)江大橋施施工控制實(shí)踐踐,通過(guò)分析大大跨鋼箱梁斜斜拉橋結(jié)構(gòu)本本身的固有特特點(diǎn),介紹了在此此類橋的施工工控制過(guò)程中中應(yīng)注意的幾幾個(gè)問(wèn)題。2.工程概況況永川長(zhǎng)江大橋主主橋全長(zhǎng)1008m，起止樁號(hào)號(hào)分別為K40+6663.6550~K411+678..800，為64+2××68+6008+2×668+64mm的7跨連續(xù)半漂漂浮體系的雙雙塔混合梁斜斜拉橋，邊跨跨設(shè)置2個(gè)輔助墩和1個(gè)過(guò)渡渡墩（臺(tái)），橋橋梁荷載等級(jí)級(jí)為公路I級(jí)，中跨為為鋼箱梁，邊邊跨為預(yù)應(yīng)力力混凝土梁，兩兩種梁頂板寬寬都為35.5m。主橋橋型型布置見(jiàn)圖11-1全橋橋橋型布置示示意圖索塔：索塔基礎(chǔ)礎(chǔ)采用24根直徑2.5m的鉆孔灌注注樁；索塔承承臺(tái)為八邊形形，平面最大大尺寸為42×233.25m、厚6.0m的整體式實(shí)實(shí)體混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)。索塔為為花瓶形，索索塔高196.77m（32號(hào)）/206..4m(333號(hào))，索塔共設(shè)設(shè)計(jì)上、中、下下三道橫梁。主梁：主梁采用用混合梁，邊邊跨為混凝土土梁，采用PK斷面，整幅幅箱梁由兩個(gè)個(gè)倒梯形的邊邊箱及連接兩兩個(gè)邊箱的橫橫隔板構(gòu)成，材材料為C55混凝土。箱箱梁總寬37.6m（含風(fēng)嘴裝裝飾板），中中心梁高3.5011m，標(biāo)準(zhǔn)斷面面頂、底板厚厚35cm，腹板厚50cm；中跨為鋼鋼箱梁，采用用與混凝土斷斷面相適應(yīng)的的邊箱封閉式式流線型扁平平鋼箱梁，材材料為Q345--D。寬37.6mm(含風(fēng)嘴)，高3.5m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段段長(zhǎng)15.5m。每隔3.1m設(shè)一道橫隔隔板。中跨主主梁采用等高高度的封閉式式流線型扁平平鋼箱梁，橋橋面設(shè)置雙向向2%的橫坡，采采用正交異性性鋼橋面板。斜拉索：斜拉索索采用平行鋼鋼絲斜拉索，雙雙索面扇形布布置，每一扇扇面由19對(duì)斜拉索組組成，全橋共共設(shè)76對(duì)斜拉索，最最大索長(zhǎng)332.0086m，最大索重24.2t，張拉最大大索力約4400kkN。斜拉索錨錨固于上塔柱柱內(nèi)，1號(hào)斜拉索錨錨固于錨塊上上，其余均采采用鋼錨梁形形式錨固。技技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：⑴公路等級(jí)：雙雙向六車(chē)道高高速公路+兩側(cè)人行道道；⑵設(shè)計(jì)車(chē)速：880公里/小時(shí)；⑶荷載等級(jí)：公公路—Ⅰ級(jí)，人群荷荷載2.5kNN/m2；⑷主橋橋面寬度度37.6m；⑸橋面縱坡：采采用不對(duì)稱縱縱坡，永川側(cè)側(cè)為1.7%，江津側(cè)0.8333%；⑹橋面橫坡：雙雙向2%；⑺地震動(dòng)峰值加加速度：0.05g；⑻設(shè)計(jì)洪水頻率率：1/3000；⑼航道標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)內(nèi)河航道為Ⅰ（3）級(jí)，最高高通航水位為為215.1170m，通航凈空空高度為18.000m，通航凈寬242.775m；（10）基準(zhǔn)風(fēng)風(fēng)速：V=27mm/s(重現(xiàn)期100年)。3.鋼箱梁斜斜拉橋的結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)鋼箱梁斜拉橋秉秉承了斜拉橋橋家族固有的的品質(zhì)——外形美觀、梁梁矮而跨越能能力大、良好好的動(dòng)力特性性等,此外,它亦具有如如下的特點(diǎn):(1)縱橫橫向跨越能力力大。大跨鋼鋼箱梁斜拉橋橋較混凝土斜斜拉橋而言,同等截面積積的索便能跨跨越更大的跨跨度及更寬的的橋面。另外外,較輕的主梁梁自重,使得主梁的的線形更易調(diào)調(diào)整。(2)建設(shè)設(shè)周期短。鋼鋼箱梁因?yàn)椴刹捎霉S化生生產(chǎn),其制作精度度高,與設(shè)計(jì)偏差差較小,且可與下部部結(jié)構(gòu)及主塔塔平行作業(yè),節(jié)省了工期期。加之現(xiàn)均均采取栓接或或焊接連接方方式,架梁周期也也大為縮短,進(jìn)而也節(jié)省省了成本,社會(huì)經(jīng)濟(jì)效效益顯著。(3)主梁梁無(wú)徐變。采采用的鋼箱主主梁不存在徐徐變效應(yīng),進(jìn)而也不會(huì)會(huì)產(chǎn)生因徐變變而引起的結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的二二次重分布,分析中也省省去了計(jì)算主主梁徐變這一一塊。(4)對(duì)溫溫度變化敏感感。因鋼材的的容熱性差,故鋼箱梁對(duì)對(duì)溫度變化異異常敏感,實(shí)橋架設(shè)過(guò)過(guò)程中,可明顯地看看到主梁懸臂臂端隨溫度的的升降有規(guī)律律地變化。故故在架梁過(guò)程程中,應(yīng)對(duì)觀測(cè)及及架梁時(shí)機(jī)有有機(jī)地進(jìn)行選選擇;且在設(shè)計(jì)及及控制計(jì)算時(shí)時(shí),對(duì)有溫度荷荷載參與的各各種荷載組合合進(jìn)行詳細(xì)地地分析計(jì)算。(5)動(dòng)力力性能好。鋼鋼箱梁斜拉橋橋比之混凝土土斜拉橋,其剛度相對(duì)對(duì)要小,故動(dòng)力性能能更佳,更適宜于在在震區(qū)修建。(6)防腐腐性差。因大大跨斜拉橋多多用于跨越大大江大河,其外界環(huán)境境因風(fēng)霜雨雪雪、鹽堿濕氣氣等而顯惡劣劣。加之鋼材材若直接暴露露在空氣中,其防腐蝕能能力是極差的的。故,比之混凝土土斜拉橋,必須加強(qiáng)防防腐工作。該該橋采用了在在梁體內(nèi)外表表面電弧噴鋁鋁、風(fēng)嘴內(nèi)表表面涂水溶性性無(wú)機(jī)富鋅漆的方法來(lái)防腐腐,其設(shè)計(jì)防腐腐使用年限為為30年。4.施工控制該型橋在施工過(guò)過(guò)程中,會(huì)由于設(shè)計(jì)計(jì)、計(jì)算參數(shù)數(shù)等與實(shí)際工工程中所表現(xiàn)現(xiàn)出來(lái)的對(duì)應(yīng)應(yīng)參數(shù)不完全全一致而產(chǎn)生生偏差。在運(yùn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,也會(huì)由于斜斜拉索的應(yīng)力力松弛、混凝凝土的收縮、徐徐變、日照溫溫差、風(fēng)雪荷荷載及基礎(chǔ)沉沉降等因素的的影響,結(jié)構(gòu)的線形形與內(nèi)力都會(huì)會(huì)發(fā)生變化。故故為確保該型型橋的施工及及運(yùn)營(yíng)安全,必須進(jìn)行施施工控制。斜斜拉橋的施工工控制通常采采用“雙控”——標(biāo)高控制與與內(nèi)力控制。其其具體內(nèi)容包包括兩方面:數(shù)據(jù)的采集集與數(shù)據(jù)的分分析。4.1數(shù)據(jù)采采集4.1.1溫溫度對(duì)鋼箱梁梁的影響因鋼材容熱性差差,其對(duì)溫度變變化十分敏感感,而鋼箱梁施施工中塔、梁梁位移及應(yīng)力力受溫度變化化的響應(yīng)也非非常敏感，因因?yàn)樵谟来ㄩL(zhǎng)長(zhǎng)江大橋的施施工控制中，首首先控制關(guān)鍵鍵施工工序及及施工測(cè)量數(shù)數(shù)據(jù)采集的時(shí)時(shí)間，來(lái)減少少溫度變化對(duì)對(duì)施工控制精精度的影響。選選擇季節(jié)代表表性天氣狀況況對(duì)主梁溫度度場(chǎng)及溫度變變化進(jìn)行24h連續(xù)觀測(cè)，根根據(jù)溫度變化化趨勢(shì)確定在在主梁梁段匹匹配工序和斜斜拉索二次張張拉工序以及及中跨合攏工工序的時(shí)間段段，并在日出出前完成工序序施工及施工工數(shù)據(jù)的測(cè)量量。施工工序序中控制階段段的實(shí)際時(shí)間間根據(jù)當(dāng)日的的溫度狀況作作出具體調(diào)整整。溫度測(cè)量量結(jié)合應(yīng)變測(cè)測(cè)量進(jìn)行。主主梁、索塔、拉拉索等構(gòu)件溫溫度場(chǎng)的測(cè)量量采用模擬/數(shù)字混合式式測(cè)溫傳感器器進(jìn)行測(cè)試。采采用儀器為：：型號(hào)JDZX--3振弦讀數(shù)儀儀，如下圖1-2所示。溫度度傳感器系統(tǒng)統(tǒng)采用模擬/數(shù)字混合式式半導(dǎo)體溫度度傳感器系統(tǒng)統(tǒng)，溫度傳感感器外形為Φ5×20mmm，其主要性性能指標(biāo)如下下表1-3所示。測(cè)量范圍測(cè)量精度工作電壓工作電流接口-50～1500±0.05924V18mARS48-5表1-2溫度傳感器器表示性能指指標(biāo)安裝時(shí)，用粘接接方式，將傳傳感器直接固固定在預(yù)定的的安裝位置，并并通過(guò)電纜連連接到現(xiàn)場(chǎng)中中心。圖1-3JJDZX-33振弦讀數(shù)儀4.1.2索索力的測(cè)試本橋因采用頻率率法對(duì)拉索索索力進(jìn)行測(cè)量量，儀器如圖圖。1--4JMMM-268動(dòng)測(cè)儀所以索力計(jì)算時(shí)時(shí)需要通過(guò)有有效彈性模量量來(lái)考慮拉索索的非線性因因素對(duì)索力的的影響。這種種方法是利用用索力與索的的振動(dòng)頻率之之間存在對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系的特點(diǎn)點(diǎn)。在己知索索的長(zhǎng)度、兩兩端約束情況況、分布質(zhì)量量等參數(shù)時(shí)通通過(guò)測(cè)量索的的振動(dòng)頻率，進(jìn)進(jìn)而計(jì)算出索索的拉力。根根據(jù)張緊弦振振動(dòng)理論，當(dāng)當(dāng)張緊索抗彎彎剛度可忽略略時(shí)(即柔性索)，其動(dòng)力平平衡方程為：：AVERAGE()\#"￥#,##0.00;(￥#,##0.00)"式中：y———橫向坐標(biāo)(垂直于索的的長(zhǎng)度方向)；x——縱向坐坐標(biāo)(沿索的長(zhǎng)度度方向)；m——單位索索長(zhǎng)的質(zhì)量；；g——重力加加速度；T——索的張張力；t——時(shí)間。若索的兩端為鉸鉸結(jié)時(shí)，可得得式中：nff——索的第n階自振頻率率；L——索的計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度；n——振動(dòng)階階數(shù)。當(dāng)索的抗彎剛度度不能忽略(即剛性索)，且索的兩兩端為鉸結(jié)時(shí)時(shí)，同樣可根根據(jù)其動(dòng)力平衡條件得得到：式中：EiI———索的抗彎剛剛度。斜拉索由于其自自重垂度的影影響，索力與與索的拉伸量量呈非線性關(guān)關(guān)系，且隨索索力減小而愈愈加明顯。斜斜拉索的這種種性質(zhì)，也使使與之組合的的結(jié)構(gòu)反映出出不可忽視的的非線性問(wèn)題題。為了計(jì)入入斜拉索的這這種特性，同同時(shí)也便于結(jié)結(jié)構(gòu)分析，通通常采用斜拉拉索的表觀彈彈性模量來(lái)描描述其彈性性性能，這種彈彈性模量也就就被人們所稱稱的“有效彈性模模量”或“修正彈性模模量”。4.1.3應(yīng)應(yīng)變的監(jiān)測(cè)主梁測(cè)測(cè)點(diǎn)位置為主主梁各控制截截面，通過(guò)計(jì)計(jì)算確定，預(yù)預(yù)定為在主梁梁靠近主塔的的根部、中跨跨的合龍段處處、中跨合龍龍段與主塔L/2附近，邊跨跨的輔助墩位位置附近以及及永川側(cè)的邊邊跨的跨中位位置附近和永永川側(cè)鋼混結(jié)結(jié)合段左右兩兩邊和鋼混結(jié)結(jié)合段處（共共計(jì)3個(gè)斷面，如如圖1-5中的橢圓中中所示斷面），共共計(jì)14個(gè)截面，布布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)點(diǎn)，其具體位位置如圖1-6所示。每個(gè)個(gè)截面布置9個(gè)測(cè)點(diǎn)，邊邊箱頂?shù)装甯鞲鞑贾?個(gè)，中間頂頂板布置1個(gè)，全橋共共設(shè)126個(gè)測(cè)點(diǎn)，其其中，邊跨混混凝土箱梁采采用埋入式鋼鋼弦應(yīng)變傳感感器（JMZX--215T），共81個(gè)，中跨鋼鋼箱梁采用表表貼式鋼弦應(yīng)應(yīng)變傳感器(JMZXX-206))，共45個(gè)，其具體體位置如圖1-7所示。圖1-5主梁梁主要控制截截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)點(diǎn)斷面位置圖1-6主梁梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布布置示意圖索塔應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布布置根據(jù)模型型計(jì)算結(jié)果布布置在受力最最不利截面。觀觀測(cè)斷面豎向向布置在上塔塔柱、中塔柱柱、下塔柱和和塔柱根部截截面變化處，橫橫向布置在中中、下橫梁跨跨中處。每個(gè)個(gè)截面布設(shè)4個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)點(diǎn)，全橋共設(shè)設(shè)置80個(gè)測(cè)點(diǎn)，采采用埋入式鋼鋼弦應(yīng)變傳感感器（JMZX--215T），測(cè)點(diǎn)布布置位置如圖圖1-7所示。圖5-7索塔控制截截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置示意圖圖4.1.4支支座反力的監(jiān)監(jiān)測(cè)應(yīng)對(duì)支座反力進(jìn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),這是由斜拉拉橋本身的結(jié)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定定的。對(duì)于雙雙懸臂狀態(tài)“傘”狀結(jié)構(gòu)而言,其為外部靜靜定、內(nèi)部超超靜定結(jié)構(gòu),故只需求得得支座處反力力,即可知主梁梁任一截面的的內(nèi)力。4.1.5測(cè)測(cè)量時(shí)機(jī)的選選擇(1)盡量量選擇無(wú)風(fēng)或或微風(fēng)的天氣氣,以排除風(fēng)荷荷載的影響。(2)在清清晨進(jìn)行測(cè)量量。多座實(shí)橋橋檢測(cè)證明,經(jīng)過(guò)夜間的的熱傳導(dǎo),梁、塔、索索等構(gòu)件內(nèi)溫溫度梯度相對(duì)對(duì)較小,溫度也較均均勻。(3)測(cè)量量時(shí)的氣溫應(yīng)應(yīng)盡可能與橋橋位處年平均均氣溫相近。(4)測(cè)量量應(yīng)在短時(shí)間間內(nèi)完成,以免測(cè)試條條件的變化太太大。(5)測(cè)量量時(shí)應(yīng)將橋面面吊機(jī)等施工工機(jī)械停下來(lái)來(lái),以排除制動(dòng)動(dòng)力的影響。4.2數(shù)據(jù)采采集與參數(shù)識(shí)識(shí)別大跨鋼箱梁斜拉拉橋施工控制制的重要一環(huán)環(huán)即是對(duì)采集集到的數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行分析。設(shè)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)時(shí)的各參數(shù)與與實(shí)測(cè)得到的的對(duì)應(yīng)參數(shù)會(huì)會(huì)不一致,因此,必須對(duì)參數(shù)數(shù)進(jìn)行識(shí)別與與正。此外,通過(guò)對(duì)采集集到的數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行細(xì)致深入入地分析,可對(duì)大跨鋼鋼箱梁斜拉橋橋的后續(xù)施工工提供指導(dǎo),并能預(yù)報(bào)結(jié)結(jié)構(gòu)下一階段段的行為。設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)識(shí)別與修正即即是根據(jù)施工工中結(jié)構(gòu)的實(shí)實(shí)測(cè)值對(duì)主要要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)進(jìn)行估計(jì),然后將被修修正過(guò)的設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)反饋到到控制中去,重新給出施施工中索力和和撓度的理論論期望值,以消除理論論值與實(shí)測(cè)值值一致中的主主要部分。參參數(shù)識(shí)別是進(jìn)進(jìn)行斜拉橋施施工控制分析析的有效途徑徑。對(duì)大跨鋼鋼箱梁斜拉橋橋而言,因鋼箱梁是是工廠化生產(chǎn)產(chǎn)的,其制作精度度高,實(shí)際參數(shù)與與設(shè)計(jì)參數(shù)相相距頗小;而混凝土主主塔,由于混凝土土的收縮徐變變系數(shù)、幾何何尺寸及自重重等與設(shè)計(jì)不不符,影響較大,故該橋在施施工控制過(guò)程程中,注意了對(duì)這這些參數(shù)的采采集、識(shí)別與與修正。4.2.1穩(wěn)穩(wěn)定問(wèn)題大跨鋼鋼箱梁斜拉橋橋因跨度大,其施工中幾幾個(gè)主要狀態(tài)態(tài)和穩(wěn)定問(wèn)題題不可小視。該該型橋的穩(wěn)定定問(wèn)題包含兩兩個(gè)方面:一為結(jié)構(gòu)自自穩(wěn)(靜力穩(wěn)定);二為動(dòng)力穩(wěn)穩(wěn)定(風(fēng)及地震)。對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)靜力穩(wěn)定問(wèn)問(wèn)題,主要應(yīng)考慮慮最大雙懸臂臂、最大單懸懸臂等狀態(tài)下下,因結(jié)構(gòu)的不不對(duì)稱性及施施工荷載的隨隨機(jī)性而可能能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)構(gòu)失穩(wěn)(或失效)。應(yīng)該說(shuō),通過(guò)對(duì)應(yīng)力力應(yīng)變測(cè)點(diǎn)加加強(qiáng)監(jiān)測(cè),另外在結(jié)構(gòu)構(gòu)分析計(jì)算過(guò)過(guò)程中仔細(xì)考考慮各種可能能的荷載組合合,是可以防患患于未然的。而而對(duì)于動(dòng)力穩(wěn)穩(wěn)定問(wèn)題(主要指風(fēng)穩(wěn)),必須注意對(duì)對(duì)施工階段結(jié)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)穩(wěn)定性進(jìn)行有有限元分析及及風(fēng)洞試驗(yàn)。該該大橋在基礎(chǔ)礎(chǔ)施工階段即即已完成了主主梁節(jié)段、主主塔及全橋模模型試驗(yàn),并用兩套有有限元程序?qū)?duì)其動(dòng)力穩(wěn)定定進(jìn)行了校核核計(jì)算。5.總結(jié)大跨鋼箱梁斜拉拉橋的施工控控制