浅谈悬索桥施工的监测与控制
2018-03-05
悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，现在许多桥梁使用这种结构方式。现代悬索桥，是由索桥演变而来。适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁 全采用此结构。是大跨径桥梁的主要形式。 悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢绞线、钢缆等）制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米，是目前世界上跨径最大的桥梁。悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。
1.施工监控主要任务
根据实际的施工工序，按照已完成工程的结构状态和施工过程，收集现场的参数
和数据，对桥跨结构进行实时理论分析和结构验算，分析施工误差状态，采用变形预
警体系对施工状态进行安全度评价和风险预警，根据分析验算结果调整控制参数，预
测后续施工过程的结构形状，提出后续施工过程应采取的措施和调整后的设计参数。 [说明]悬索桥是一种结构合理的桥梁型式，它能使 材料充分发挥各自的特长，这一特点使悬索桥成为大跨度桥梁中最具竞争能力的桥型之一。对桥梁结构的施工过程进行合理的施工控制是使桥梁施工过程和成桥状态与 设计 要求 尽可能 接近 的重要 保证，是增加结构施工安全性的一个重要手段。与其它桥型相比，悬索桥相对较柔，施工过程中工况变化繁多，形状变化很大，结构具有强烈的几何非线性，悬索桥成桥后对误调整的手段有限，从施工一开始就进行完整和全面的施工监控是很有必要的。 一般说来，对于悬索桥，设计给出的是成桥理想状态，要想将这 种状态在现场有计划、安全、经济地实现，就必须对实际施工过程进行精确的分析、严格的监测与测量，即进行全面的施工监控。
2 . 施工监控的目的
通过施工监控，保证施工过程中结构的安全，确保完成的结构不论是内力或线形都满足设计的要求。 [说明] 对于悬索桥结构，其内力和线形随温度、桥塔偏位、恒载误差、施工误差相当敏感。施工阶段结构线形和内力随桥梁结构体系和荷载工况不断变化，每一阶段的误差如果不能消除，累计后将影响成桥结构的受力及线形。由于各种因素的直接和间接的影响，使得实际桥梁在施工过程中的每一状态几乎不可能与设计状态完全一致。与其它桥型相比，悬索桥在施工过程中的线形管理较难，更容易产生施工误差，其原因如下：
1） 悬索桥是由刚度相差很大的结构单元（塔、主缆、梁、吊索）组成的超静定结构，与其它形式的桥梁相比，在荷载下具有强烈的几何非线性。
2） 设计参数的取值不可能与实际结构所反映的一致。例如结构的自重、截面尺寸、混凝土弹性模量、施工荷载等均是具有随机性的几何及物理参数，与设计值相比将或多或少地有所变化；
3） 悬索桥结构的几何形状对温度比较敏感，外界的温度变化将引起悬索桥几何形状和吊索拉力的改变。
4） 跨度变化对悬索桥结构的几何形状非常敏感，架设过程中的桥塔偏位将引起悬索桥几何形状的较大改变。
5） 环境因素诸如湿度、摩擦、风载的影响；
6） 结构计算模型简化和计算误差的影响；
7） 测量、测试误差的影响。
上述大多数因素的影响在设计阶段一般没有也无法完全考虑和计及，只有在施工过程中根据结构的实际参数和通过监测得到的反应予以考虑。若不在施工过程中实施有效控制，就有可能由于误差的积累致使成桥后结构的整体受力状态及线形严重偏离设计目标而影响结构的可靠性。国内外悬索桥施工过程中由于施工控制方案及调整控制措施不当，会出现常见的以下几类问题：
1)主缆锚跨索力不均匀；
2)吊索索力不均匀；
3)主缆线形、加劲梁标高误差较大；
4)加劲梁线形不平顺，使行车舒适度下降，并会引起桥梁的使用寿命缩减；
5)索鞍不能复位或者桥塔纵向偏位大；监控应在建设单位领导下，与设计、制作和施工单位密切配合，向监理提交监控联系单或监控指令，并通过监理向制作、施工单位发布，同时重要监控指令或根据监控要求需要进行的施工方案的重大改变应取得设计单位的认可。大跨度悬索桥的施工监控计算必须考虑施工中已经产生的误差的影响、必须精确包括临时荷载的各种作用的大小、必须分析后续施工中可能发生的各项误差对完成结构内力与线形的影响、必须根据施工当时的温度等条件确定施工时的控制参数（标高、安装内力等）；设计计算是按 理想的状态、设定的基准温度等条件, 对结构进行的理论状态的计算,目的是保证建造和使用过程中结构的强度、刚度和稳定性满足规范要求。监控计算的控制目标就是设计条件下的理论值。监控计算是为保证结构完成质量服务的，与施工一样应受监理单位的监督管理。施工监控是为结构施工服务的，应在合理的施工方案下进行施工监控；同时在施工方案制定的过程中，施工监控应从保证质量、增强施工安全性方面提出意见与建议。 监控测试与监控测量实际是为保证结构质量和提供量化的控制参数所需要进行的工作，是获得监控计算参数的直接手段，也是监理工作获得量化质量控制参数的一种重要途径，是在施工测试与测量基础上的检验复核工作。3.监控所需参数及分类
大跨度悬索桥施工监控所需参数至少包括表 3.1 所列；各参数对结构施工控制的敏感性可参照表 3.1 确定。 [说明] 大跨度悬索桥施工监控所需参数可以分为几何参数、材料特性参数和环境参数。几何参数是指结构或构件的几何尺寸；材料特性参数主要指与材料力学特性有关的参数，如弹性模量、容重、线膨胀系数等；环境参数是指与施工过程有关的温度、临时荷载、临时支撑与约束等。在这些参数中，有些对于施工监控是敏感的，有些是影响很小的，表 3.1 列出了悬索桥上部结构施工监控需要的参数，根据其对结构施工敏感性的影响，将其分为 3 级。敏感性为 1 级的参数是指该参数有影响，但不突出，其参数变化对所涉及的影响范围（或对象）不敏感，即使该参数采用理论值，对控制目标的实现也是可接受的；敏感性为 3 级的参数是指该参数对所涉及的影响对象很敏感，施工监控中必须获得实际的参数，监控工作必须以实际参数为准，否则监控目标就很难实现；敏感性 2 级介于 1 和 3 之间，其参数至少应采用理论加经验修正值。
表 3.1 大跨度悬索桥施工监控所需参数及其敏感性分类表
4 结语
悬索桥的历史是古老的。早期热带原始人利用森林中的藤、竹、树茎做成悬式桥以渡小溪，使用的悬索有竖直的，斜拉的，或者两者混合的。婆罗洲、老挝、爪哇原始藤竹桥，都是早期悬索桥的雏形。不过具有文字记载的悬索桥雏形，最早的要属中国，直到今天，仍在影响着世界吊桥形式的发展。
参考文献
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