自錨式懸索橋的施工控制方法研究
【摘 要】：文章主要對自錨式懸索橋的施工控制方法進行了研究。首先分析了橋梁施工控制的必要性，然后在此基礎(chǔ)上分析了自錨式懸索橋施工控制方法，在文章最后詳細討論了自錨式懸索橋的施工控制實施流程。
【關(guān)鍵詞】：施工控制; 橋梁; 流程; 混凝土
1. 橋梁施工控制及其必要性
橋梁施工控制是橋梁建設(shè)質(zhì)量的保證，衡量一座橋梁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)就是要保證已成橋的線形以及受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。對于橋梁的下部結(jié)構(gòu)，只要基礎(chǔ)埋置深度和尺寸以及墩臺尺寸準(zhǔn)確就能達到標(biāo)準(zhǔn)，容易檢查和控制，而對采用多工序、多階段自架設(shè)體系施工的大跨度橋梁的上部結(jié)構(gòu)，要求結(jié)構(gòu)內(nèi)力和標(biāo)高的最終狀態(tài)符合設(shè)計要求，就不那么容易了。如預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋和斜拉橋在懸臂澆注時，如預(yù)拋高設(shè)置不準(zhǔn)，可能影響到以后各階段和合龍標(biāo)高以及全橋的]線形。 斜拉橋除了主梁的混凝土澆筑或預(yù)制塊件懸臂拼裝中要考慮預(yù)拋高，使主梁標(biāo)高符合設(shè)計要求外，還要求在斜拉橋建成時斜拉索的內(nèi)力也達到設(shè)計要求，否則，斜拉索受力不均將影響斜拉橋的使用壽命。斜拉橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)，在施工過程中主梁標(biāo)高的調(diào)整將影響到斜拉橋的內(nèi)力，某根斜拉索內(nèi)力的調(diào)整又影響到主梁標(biāo)高和鄰近斜拉索的內(nèi)力。這就說明斜拉橋比混凝土剛構(gòu)橋更加復(fù)雜，為確保斜拉橋施工質(zhì)量，更加急需和不可缺少隨施工過程而進行的施工控制[1]。
目前我國計算機的應(yīng)用已非常普遍，技術(shù)人員完全可以對多階段、多工序的自架設(shè)體系施工方法進行模擬，對各階段可預(yù)先計算出內(nèi)力和位移，稱之為預(yù)計值。將施工中的實測值與預(yù)計值進行比較，若有誤差可進行調(diào)整，直到達到最滿意的設(shè)計狀態(tài)。也就是通過施工控制，使各階段內(nèi)力和變形達到預(yù)計值，最終達到設(shè)計要求，確保建橋的施工質(zhì)量。
2. 自錨式懸索橋施工控制方法
目前在橋梁施工中，為了保證結(jié)構(gòu)的受力和橋梁的線形，都采取一定的施工控制措施。按照控制原理的不同，分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制是指根據(jù)計算的結(jié)果，在施工的前期調(diào)整可控變量，在施工過程中不再進行調(diào)整和控制。如鋼筋混凝土簡支梁預(yù)制時跨中的預(yù)拱度，計算確定后施工時按照計算值設(shè)置，成形中不再調(diào)整。這種方法常使用在中小跨徑和工藝較簡單的橋梁中。閉環(huán)控制是指施工前計算出可控變量的理論值，在第一施工階段，可控變量按照理論值實施，而在以后的施工階段中，隨時對控制效果進行測試，并與理論計算值計算進行比較，找出差別的原因，并對下一階段施工中的可控變量進行調(diào)整，保證施工的順利進行。這種控制才是實際意義的監(jiān)控，包括檢測和控制兩方面。如斜拉橋的懸臂澆筑，首先要計算出每一階段的立模標(biāo)高，拆模后的標(biāo)高，實際施工中在每一階段完成后，都要對控制結(jié)果進行觀測，確定下一階段的立模標(biāo)高。除了第一階段外，后續(xù)階段的立模標(biāo)高不全是計算值，而是計算值加修正量。對于施工工藝復(fù)雜的橋梁多采用這一控制方法[2]。
為了保證自錨式懸索橋竣工后結(jié)構(gòu)的受力和變形盡量與理想的設(shè)計狀態(tài)一致，施工過程中的監(jiān)控工作顯得尤為重要。一般設(shè)計圖紙中僅給定理想狀態(tài)下自錨式懸索橋竣工后的內(nèi)力、線形，由于施工中所用材料的力學(xué)性能存在偏差仁如主纜、吊桿的彈性模量等)，構(gòu)件制造安裝誤差，以及假定誤差等客觀因素，都會對自錨式懸索橋的內(nèi)力、線形造成影響。此外根據(jù)設(shè)計圖紙，精確地計算出各部分構(gòu)件在無應(yīng)力狀態(tài)下的尺寸，以便指導(dǎo)施工時下料工作。因此，對自錨式懸索橋的結(jié)構(gòu)施工，根據(jù)實際施工過程中反饋的各種控制參數(shù)，通過現(xiàn)場計算分析以及預(yù)測得出合理的控制措施，用以指導(dǎo)和控制施工，使各施工階段的實際狀態(tài)最大限度的接近理想設(shè)計狀態(tài)，確保成橋后的內(nèi)力狀態(tài)和幾何線形符合設(shè)計要求。
3. 自錨式懸索橋的施工控制實施
自錨式懸索橋是由主纜、加勁梁、索塔、吊桿等構(gòu)件組成的柔性懸吊組合體系。成橋狀態(tài)下，主要由主纜、加勁梁和主塔共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)的自重和外荷載。主纜是結(jié)構(gòu)體系的主要承重構(gòu)件，直接錨固在加勁梁端部的錨旋上，這樣的受力特點使得自錨式懸索橋的施工順序必須是先澆注或組裝加勁梁，等到加勁梁達到一定強度或組裝完成后，再架設(shè)主纜以及張拉吊桿，完成整個體系轉(zhuǎn)換。
由于自錨式懸索橋要先澆筑或組裝加勁梁，因此需要大量的臨時支架施工來施工主梁。加勁梁一般有鋼析架梁、鋼箱梁、鋼混凝土疊合梁、混凝土梁等多種，由于種類的不同，加勁梁的組裝或澆注方式會有所不同[3]。
等到加勁梁完成以后就開始架設(shè)主纜并張拉吊桿，吊桿張拉次序和每次張拉力的大小決定了最終的橋面線形是否到位，吊桿內(nèi)力值是否到量，同時保證主纜線形、加勁梁應(yīng)力、橋塔傾斜度、索鞍位移等在允許的范圍內(nèi)。往往不能將每根吊桿一次張拉到位，而應(yīng)該進行多輪次、小力幅的張拉，最終使各索力趨近于理想成橋索力，同時確保成橋后的內(nèi)力狀態(tài)和幾何線型符合設(shè)計要求。
自錨式懸索橋的施工控制由初始狀態(tài)的工程控制和施工中的工程控制分析2部分組成。初始狀態(tài)的工程控制分析主要包括:成橋狀態(tài)下主纜線形，主纜無應(yīng)力長度、索鞍預(yù)偏量、空纜狀態(tài)線形、索夾安裝位置、吊桿長度等的計算和確定[4]。
由于自錨式懸索橋施工方法的特殊性，在主纜就位以后就難以像斜拉橋那樣進行后期的索力和標(biāo)高的調(diào)整，因此施工空纜狀態(tài)的精確計算就顯得尤為重要。它可以避免或減少后期的調(diào)整工作，并且使竣工后交付運營時的橋面標(biāo)高、主纜垂度、鞍座位置、各構(gòu)件的幾何形狀和內(nèi)力狀態(tài)等各項指標(biāo)符合或最接近設(shè)計要求。因此初始狀態(tài)的工程控制分析是自錨式懸索橋施工控制分析的重點和關(guān)鍵，也是施工中控制分析得以進行的前提和基礎(chǔ)。有了理想成橋狀態(tài)，可以通過倒拆計算法或者解析迭代法求出空纜狀態(tài)，有了空纜狀態(tài)才可能在此基礎(chǔ)上調(diào)試出各個施工狀態(tài)以及施工控制的目標(biāo)狀態(tài)一成橋狀態(tài):而施工中控制分析恰恰要以各個施工狀態(tài)及成橋狀態(tài)的確定為基礎(chǔ)。圖1為自錨式懸索橋的初始狀態(tài)控制分析流程圖。
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自錨式懸索橋施工中的工程控制分析具體包括線形控制、吊桿力應(yīng)力控制和應(yīng)力控制三方面的內(nèi)容。要根據(jù)自錨式懸索橋的結(jié)構(gòu)特點和施工方法制定相應(yīng)的施工控制程序，用于指導(dǎo)施工。
自錨式懸索橋的施工控制是施工一量測一識別一修正一預(yù)告一施工的循環(huán)過程，為了實現(xiàn)控制的目標(biāo)，就必須有一套完整的、精密儀器的量測手段的支持和先進實用的計算方法作為依據(jù)。
結(jié)束語
要徹底改變目前我國橋梁養(yǎng)護部門的現(xiàn)狀，科學(xué)地、較為主動地預(yù)報橋梁各部位營運情況，必須在橋梁施工中進行施工控制系統(tǒng)的建立，并使其能長期對橋梁營運階段進行監(jiān)測，這樣才能確保這些耗資巨大、與國計民生密切相關(guān)的大橋的安全耐久。由此可見，橋梁施工控制是現(xiàn)代化橋梁建設(shè)的必然趨勢。
參考文獻
[1] 懸索橋鐵道部大橋工程局橋梁科學(xué)研究所編北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1996.10,1.
[2] 張元凱，肖汝誠，金成棣. 自錨式懸索橋概念設(shè)計，公路，2002, 11: 46~49.
[3] 樓莊鴻，嚴文彪. 自錨式懸索橋，中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會，2002年全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集，2002.10, 243-252.
[4] 石磊，張哲，劉春城. 混凝土自錨式懸索橋設(shè)計及其力學(xué)性能分析，大連理工大學(xué)學(xué)報，2003, 43 (2), 202~206.
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
【關(guān)鍵詞】：施工控制; 橋梁; 流程; 混凝土
1. 橋梁施工控制及其必要性
橋梁施工控制是橋梁建設(shè)質(zhì)量的保證，衡量一座橋梁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)就是要保證已成橋的線形以及受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。對于橋梁的下部結(jié)構(gòu)，只要基礎(chǔ)埋置深度和尺寸以及墩臺尺寸準(zhǔn)確就能達到標(biāo)準(zhǔn)，容易檢查和控制，而對采用多工序、多階段自架設(shè)體系施工的大跨度橋梁的上部結(jié)構(gòu)，要求結(jié)構(gòu)內(nèi)力和標(biāo)高的最終狀態(tài)符合設(shè)計要求，就不那么容易了。如預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋和斜拉橋在懸臂澆注時，如預(yù)拋高設(shè)置不準(zhǔn)，可能影響到以后各階段和合龍標(biāo)高以及全橋的]線形。 斜拉橋除了主梁的混凝土澆筑或預(yù)制塊件懸臂拼裝中要考慮預(yù)拋高，使主梁標(biāo)高符合設(shè)計要求外，還要求在斜拉橋建成時斜拉索的內(nèi)力也達到設(shè)計要求，否則，斜拉索受力不均將影響斜拉橋的使用壽命。斜拉橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)，在施工過程中主梁標(biāo)高的調(diào)整將影響到斜拉橋的內(nèi)力，某根斜拉索內(nèi)力的調(diào)整又影響到主梁標(biāo)高和鄰近斜拉索的內(nèi)力。這就說明斜拉橋比混凝土剛構(gòu)橋更加復(fù)雜，為確保斜拉橋施工質(zhì)量，更加急需和不可缺少隨施工過程而進行的施工控制[1]。
目前我國計算機的應(yīng)用已非常普遍，技術(shù)人員完全可以對多階段、多工序的自架設(shè)體系施工方法進行模擬，對各階段可預(yù)先計算出內(nèi)力和位移，稱之為預(yù)計值。將施工中的實測值與預(yù)計值進行比較，若有誤差可進行調(diào)整，直到達到最滿意的設(shè)計狀態(tài)。也就是通過施工控制，使各階段內(nèi)力和變形達到預(yù)計值，最終達到設(shè)計要求，確保建橋的施工質(zhì)量。
2. 自錨式懸索橋施工控制方法
目前在橋梁施工中，為了保證結(jié)構(gòu)的受力和橋梁的線形，都采取一定的施工控制措施。按照控制原理的不同，分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制是指根據(jù)計算的結(jié)果，在施工的前期調(diào)整可控變量，在施工過程中不再進行調(diào)整和控制。如鋼筋混凝土簡支梁預(yù)制時跨中的預(yù)拱度，計算確定后施工時按照計算值設(shè)置，成形中不再調(diào)整。這種方法常使用在中小跨徑和工藝較簡單的橋梁中。閉環(huán)控制是指施工前計算出可控變量的理論值，在第一施工階段，可控變量按照理論值實施，而在以后的施工階段中，隨時對控制效果進行測試，并與理論計算值計算進行比較，找出差別的原因，并對下一階段施工中的可控變量進行調(diào)整，保證施工的順利進行。這種控制才是實際意義的監(jiān)控，包括檢測和控制兩方面。如斜拉橋的懸臂澆筑，首先要計算出每一階段的立模標(biāo)高，拆模后的標(biāo)高，實際施工中在每一階段完成后，都要對控制結(jié)果進行觀測，確定下一階段的立模標(biāo)高。除了第一階段外，后續(xù)階段的立模標(biāo)高不全是計算值，而是計算值加修正量。對于施工工藝復(fù)雜的橋梁多采用這一控制方法[2]。
為了保證自錨式懸索橋竣工后結(jié)構(gòu)的受力和變形盡量與理想的設(shè)計狀態(tài)一致，施工過程中的監(jiān)控工作顯得尤為重要。一般設(shè)計圖紙中僅給定理想狀態(tài)下自錨式懸索橋竣工后的內(nèi)力、線形，由于施工中所用材料的力學(xué)性能存在偏差仁如主纜、吊桿的彈性模量等)，構(gòu)件制造安裝誤差，以及假定誤差等客觀因素，都會對自錨式懸索橋的內(nèi)力、線形造成影響。此外根據(jù)設(shè)計圖紙，精確地計算出各部分構(gòu)件在無應(yīng)力狀態(tài)下的尺寸，以便指導(dǎo)施工時下料工作。因此，對自錨式懸索橋的結(jié)構(gòu)施工，根據(jù)實際施工過程中反饋的各種控制參數(shù)，通過現(xiàn)場計算分析以及預(yù)測得出合理的控制措施，用以指導(dǎo)和控制施工，使各施工階段的實際狀態(tài)最大限度的接近理想設(shè)計狀態(tài)，確保成橋后的內(nèi)力狀態(tài)和幾何線形符合設(shè)計要求。
3. 自錨式懸索橋的施工控制實施
自錨式懸索橋是由主纜、加勁梁、索塔、吊桿等構(gòu)件組成的柔性懸吊組合體系。成橋狀態(tài)下，主要由主纜、加勁梁和主塔共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)的自重和外荷載。主纜是結(jié)構(gòu)體系的主要承重構(gòu)件，直接錨固在加勁梁端部的錨旋上，這樣的受力特點使得自錨式懸索橋的施工順序必須是先澆注或組裝加勁梁，等到加勁梁達到一定強度或組裝完成后，再架設(shè)主纜以及張拉吊桿，完成整個體系轉(zhuǎn)換。
由于自錨式懸索橋要先澆筑或組裝加勁梁，因此需要大量的臨時支架施工來施工主梁。加勁梁一般有鋼析架梁、鋼箱梁、鋼混凝土疊合梁、混凝土梁等多種，由于種類的不同，加勁梁的組裝或澆注方式會有所不同[3]。
等到加勁梁完成以后就開始架設(shè)主纜并張拉吊桿，吊桿張拉次序和每次張拉力的大小決定了最終的橋面線形是否到位，吊桿內(nèi)力值是否到量，同時保證主纜線形、加勁梁應(yīng)力、橋塔傾斜度、索鞍位移等在允許的范圍內(nèi)。往往不能將每根吊桿一次張拉到位，而應(yīng)該進行多輪次、小力幅的張拉，最終使各索力趨近于理想成橋索力，同時確保成橋后的內(nèi)力狀態(tài)和幾何線型符合設(shè)計要求。
自錨式懸索橋的施工控制由初始狀態(tài)的工程控制和施工中的工程控制分析2部分組成。初始狀態(tài)的工程控制分析主要包括:成橋狀態(tài)下主纜線形，主纜無應(yīng)力長度、索鞍預(yù)偏量、空纜狀態(tài)線形、索夾安裝位置、吊桿長度等的計算和確定[4]。
由于自錨式懸索橋施工方法的特殊性，在主纜就位以后就難以像斜拉橋那樣進行后期的索力和標(biāo)高的調(diào)整，因此施工空纜狀態(tài)的精確計算就顯得尤為重要。它可以避免或減少后期的調(diào)整工作，并且使竣工后交付運營時的橋面標(biāo)高、主纜垂度、鞍座位置、各構(gòu)件的幾何形狀和內(nèi)力狀態(tài)等各項指標(biāo)符合或最接近設(shè)計要求。因此初始狀態(tài)的工程控制分析是自錨式懸索橋施工控制分析的重點和關(guān)鍵，也是施工中控制分析得以進行的前提和基礎(chǔ)。有了理想成橋狀態(tài)，可以通過倒拆計算法或者解析迭代法求出空纜狀態(tài)，有了空纜狀態(tài)才可能在此基礎(chǔ)上調(diào)試出各個施工狀態(tài)以及施工控制的目標(biāo)狀態(tài)一成橋狀態(tài):而施工中控制分析恰恰要以各個施工狀態(tài)及成橋狀態(tài)的確定為基礎(chǔ)。圖1為自錨式懸索橋的初始狀態(tài)控制分析流程圖。
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自錨式懸索橋施工中的工程控制分析具體包括線形控制、吊桿力應(yīng)力控制和應(yīng)力控制三方面的內(nèi)容。要根據(jù)自錨式懸索橋的結(jié)構(gòu)特點和施工方法制定相應(yīng)的施工控制程序，用于指導(dǎo)施工。
自錨式懸索橋的施工控制是施工一量測一識別一修正一預(yù)告一施工的循環(huán)過程，為了實現(xiàn)控制的目標(biāo)，就必須有一套完整的、精密儀器的量測手段的支持和先進實用的計算方法作為依據(jù)。
結(jié)束語
要徹底改變目前我國橋梁養(yǎng)護部門的現(xiàn)狀，科學(xué)地、較為主動地預(yù)報橋梁各部位營運情況，必須在橋梁施工中進行施工控制系統(tǒng)的建立，并使其能長期對橋梁營運階段進行監(jiān)測，這樣才能確保這些耗資巨大、與國計民生密切相關(guān)的大橋的安全耐久。由此可見，橋梁施工控制是現(xiàn)代化橋梁建設(shè)的必然趨勢。
參考文獻
[1] 懸索橋鐵道部大橋工程局橋梁科學(xué)研究所編北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1996.10,1.
[2] 張元凱，肖汝誠，金成棣. 自錨式懸索橋概念設(shè)計，公路，2002, 11: 46~49.
[3] 樓莊鴻，嚴文彪. 自錨式懸索橋，中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會，2002年全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集，2002.10, 243-252.
[4] 石磊，張哲，劉春城. 混凝土自錨式懸索橋設(shè)計及其力學(xué)性能分析，大連理工大學(xué)學(xué)報，2003, 43 (2), 202~206.
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