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1、中国交通建设刘家峡大桥工程主桥148+536+113m重力式锚悬索桥施工测量专项实施方案编制单位：中交第一公路工程局有限公司编制时间：二0一一年三月- 1 -刘家峡大桥148+536+113米重力式锚悬索桥施工测量专项方案目录1 概况12施工监控内容32.1施工监控依据32.2施工监控目的32.3 施工监控内容62.4施工监控的精度93 施工监控计算103.1计算说明113.2 分析方法113.3 监控计算内容113.4 施工监控计算工况及成果164施工监控实施194.1设计参数的测定194.2临时结构变形测定204.3施工测量204.3.1主梁索塔位移测量204.3.5温度场测量374.3.
2、6主鞍鞍座纵向预偏量测量384.3.7主缆锚固区域的应力测试394.3.8测试工况及时机394.4参数预测、反馈与调整284.4.1参数的确定414.4.2参数的修正424.5施工监控对策454.6施工控制组织体系484.7 施工控制技术体系514.8 施工控制工作流程与信息传递524.9监控质量保证措施544.10 施工监控仪器设备57 中交第一公路工程局有限公司1 概况刘家峡黄河特大桥属于临夏折桥至兰州达川二级公路的重点工程，为跨越刘家峡水库黄河支流而设，折达二级公路起点位于临夏州折桥镇，与临夏市西滨河路相接，终点位于兰州市西固区达川镇，与国道G109相接，全长81.51Km。折达公路是甘
3、肃省的重点工程，对促进当地经济发展和改善交通条件有重要意义。刘家峡桥工程桥址区位于刘家峡水库库区右岸的本池沟沟口，跨越刘家峡水库，河面宽度约500m。桥梁全长797m，主桥为单跨重力式悬索桥，边跨设置形式是：西边跨148米，无吊索；东边跨113m，无吊索。跨径布置为：148536113。主缆中心距为15.6m,桥面布置为：1.5+0.5+11+0.5+1.5米。桥梁位于R=10700m的竖曲线上，主桥以中点为变坡点，采用双向2.5%纵坡，桥中心桥面标高1790.041m。桥梁平面位于直线上，与河道中心线正交。桥面为双向2%横坡。 主桥双塔采用钢管混凝门框架结构，塔柱高60.5m，鞍罩、避雷针装
4、置高14.31m。由桩基础、塔基、塔柱（3000*50mm的钢管，钢管内灌注C40混凝土）和横梁组成，塔顶作装饰处理。为造型美观，使桥塔与伊斯兰建筑“邦克楼（望月楼）”形似，桥塔竖直设置。人行道在桥塔处绕行。主缆共2根，采用对称布置，成桥状态下主跨跨度536m。主桥主缆成桥线型采用二次抛物线，中跨垂跨比为1/11。主跨主缆计算跨径为536m，西岸边跨主缆计算跨径为148m，东岸边跨主缆计算跨径为113m。主缆施工采用预制平行钢丝索股逐根架设的施工方法（PPWS）。主缆共两根，横桥向间距15.6m,单束预制平行钢丝索股由127根主梁纵梁为单跨双绞简支钢桁梁结构。理论直径为281mm，每根主缆由1
5、9股预制平行钢丝成品索编制而成，每股成品索由127根5.2mm的平行镀锌钢丝组成，用定型捆扎带捆扎。本桥单跨桁架悬索桥，标准吊索间距为8m,端部吊索距桥塔中心线12m，布置为平行竖直吊索，采用平行镀锌钢丝、HPDE防护。由于骑跨式转弯半径小，本桥采用销接式连接，每根吊索由单根钢丝索组成，上端与索夹销接，下端采用锚头与设在劲梁上的锚箱连接。吊索两端锚头采用热铸锚，锚杯内浇铸锌铜合金，下端锚头设有100mm的调节量，用以消除制造、架设引起的吊索长度误差。为满足吊杆横向变形需要，桥跨中部17对较短的吊杆上端设有球向转动装置。该桥立面布置见图1，主塔处桥梁横断面见图2。 图1 桥梁立面布置图2施工监控
6、内容2.1施工监控依据（1）城市桥梁设计准则（CJJ11-93）；（2）城市桥梁设计荷载标准（CJJ77-98）；（3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；（4）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024-85）（5）公路工程抗震设计规范（JTJ004-93）（6）钢混凝土组合结构设计规程（DLT5085-99）（7）公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）（8）公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)（9）公路桥涵钢结构与木结构设计规范(JTJ024-85)；（10）公路悬索桥设计规范(征求意见稿)；（11）公路悬索桥吊索（JT/T449-200
7、1）；（12）公路工程可靠度设计统一标准（GB/T50283-1999）；（13）公路工程技术标准（JTGB01-2003）；（14）公路砖石及混凝土桥涵设计规范（JTJ022-85）；（15）大跨径公路桥梁抗震设计规范（16）公路工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）（JTG F80/1-2004）（17）大跨径混凝土桥梁的试验方法（交通部公路科学研究所1980/10）（18）混凝土结构试验方法标准（GB50152-92）（19）工程测量规范（GB50026-93）2.2施工监控目的根据公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）18.1.3的规定，悬索桥施工过程中，必须进行施工监控，确
8、保施工质量。一般说来，对于悬索桥，设计人员在图纸上设计出的是成桥理想状态，要想将这种状态在现场科学地、安全地、经济地在工地上得以实现，就必须依靠严格的施工监控。大跨度悬索桥的成桥线型和内力是否与设计一致及是否合理，是与施工过程的合理安排与严格控制紧密相关的；按照已完成工程的结构状态和施工过程，收集和调整控制参数、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，保证施工完成的结构与设计结构不论是内力或线形都满足设计的精度要求，最大可能地接近设计理想状态，这是施工监控的目的。施工监控是随施工过程逐渐实现的。它是通过对桥梁施工过程中的主要受力断面应力、主要测点变形、主要构
9、件的受力的测量，将实用的结构测试技术和现场分析技术应用于施工，并结合实际施工过程形成结构计算分析、监测及反馈控制一套完整的系统。通过施工现场的结构测试，跟踪计算分析及成桥状态预测得出合理的反馈控制措施，给施工过程提供决策性技术依据，为结构行为控制提供理论数据，从而正确地指导施工，确保成桥线形与受力状态符合设计要求。施工控制既是悬索桥施工质量的保证措施，又是施工过程安全的保证措施。施工监控是施工质量控制体系的重要组成部分，是保证桥梁建设质量的重要手段，是对桥梁建设质量的宏观调控，是桥梁施工质量控制的补充与前提。监控单位配合监理，辅助业主，指导施工，解决桥梁施工质量控制过程中的关键技术问题。施工监
10、控是一个预告监测识别修正预告的循环过程，其目的就是通过施工过程中的有关参数的监测与数据分析处理，使施工过程中结构内力合理，结构变形控制在允许范围内，确保结构施工过程中结构的安全和稳定，使成桥后的轴线和桥面线形达到设计要求，并且使结构的内力分布与设计理想的内力状态基本吻合，确保桥梁施工安全和正常运营。刘家峡大桥属于异常复杂的高次超静定结构，其内力和线形随温度、桥塔偏位、恒载误差、施工误差变化相当敏感，并且设计与施工高度耦合，所采用的施工方法和安装顺序与成桥后的主梁、主缆线形及结构的内力状态有非常密切的关系。施工阶段随桥梁结构体系和荷载工况的不断变化，结构内力、线形和变形亦随之不断发生变化，并决定
11、成桥后结构的受力及线形。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）设计时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的有所变化；3）温度对悬索桥结构的几何形状非常敏感，外界的温度变化将引起悬索桥几何形状和吊索张拉力的显著改变。
12、4）主缆的架设长度对悬索桥结构的几何形状非常敏感，架设长度误差将引起悬索桥几何形状的较大改变。5）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。6）环境因素诸如湿度、摩擦、风载的影响；7）施工误差的影响；8）结构计算模型简化和计算误差的影响；9）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。为了确保设计图纸上的悬索桥能够安全而经济
13、地在工地上得到实现，保证桥梁顺利修建，消除上述误差的影响，必须采用合理的施工控制方法。2.3 施工监控内容施工控制的内容是校核主要的设计数据，提供施工各理想状态线形及内力数据，对施工各状态控制数据实测值与理论值进行比较分析，进行结构设计参数识别与调整，对成桥状态进行预测与反馈控制分析，对结构线形及内力（应力）进行监测，防止施工中出现过大位移和应力，确保施工朝预定目标进行。为更好地使施工监控工作与现场施工工作紧密相连，根据施工阶段，确定相应的监控工作内容详述如下。1） 监控准备阶段设计图纸上给出的参数与实际采用材料的往往有差别，如丝股弹性模量和实际面积、钢梁和混凝土梁面积和重量、材料热膨胀系数等
14、，施工监控单位应通过对设计图纸的深入理解，向设计、施工（加工）、监理等单位收集有关计算的实际参数，通过必要的计算，提出施工监控的相应状态。2） 桥塔施工建成阶段本阶段监控工作主要是：（1）布设桥塔内应力、位移、温度测点，监测主塔线形、倾斜度；（2）对桥塔的施工阶段应力进行监控和收集结构计算有关资料；（3）收集桥塔完成后桥塔中心主索鞍底座中心等的实测里程标高和方向；（4）测量桥塔受温度影响的变形曲线。3）架设猫道及完成阶段本阶段监控工作主要是：（1）根据施工单位提出的猫道施工流程，对猫道施工的全过程进行计算分析，提出架设承重索、架设横向通道和面层等各阶段的承重索控制线形、桥塔顶的控制位移，提出施
15、工控制建议和措施；（2）对桥塔的应力进行监测；（3）计算空缆状态的线形和内力；（4）确定空缆在各跨的跨度和各点标高；（5）确定索鞍预偏量（索鞍偏移量和顶推次数的多少有两个决定因素：第一就是桥塔的控制应力，第二就是千斤顶的最大顶推力。为了施工方便，要尽量减少索鞍的顶推次数。索鞍顶推的原则是在最大顶推力范围内，在桥塔的应力没有超标的情况下，尽量减少顶推次数，尽量一次顶推到位。如果不可行，则在桥塔应力和最大顶推力达到极限的时候开始顶推，顶推到平衡状态后还要继续顶推一段距离，将后面调索过程中索鞍的偏移预留出来，但预留不能太大，使最大顶推力和桥塔应力均在允许的范围内。）；（6）给出基准丝股控制点标高随温
16、度变化的对应表；（7）给出鞍座处水平调整量与控制点标高的变化量的对应表；（8）给出基准丝股锚跨张力与温度变化的对应表；（9）猫道架设完成后，进行猫道各跨跨径和跨中标高的测量，测量桥塔顶主索鞍和散索鞍底座中心的坐标。（10）提出基准丝股施工控制建议报告；4） 架设主缆阶段本阶段的监控内容是：（1）根据施工完成后的主梁散索套的实际位置和实际标高、桥塔中心实际位置和实际标高，并考虑桥塔、混凝土梁的徐变收缩、基础沉降等影响后，计算主缆架设时的空缆线形、基准丝股线形、一般丝股相对位置和丝股线形调整控制参数（温度、桥塔变形等影响参数）；各鞍座的预偏量；提出用于施工的监控报告和施工控制建议；（2）基准丝股架
17、设过程中对丝股各跨跨径控制点标高进行监控测量；（3）对基准丝股锚跨丝股的拉力用索力仪进行反复测试；（4）提供一般丝股与基准丝股在控制点相对高差数据表供施工单位使用；（5）对一般丝股锚跨索力进行抽样测试；（6）紧缆完成后，对结构线形进行测量，测量内容为：主缆各跨跨径跨中点标高；索塔顶的坐标；（7）气温对主缆跨中标高及索塔顶水平位移的影响规律的观测。（8）对锚跨索股拉力进行测试。5） 安装索夹阶段本阶段的监控工作内容是：（1）根据上一工况测量获得的主缆线形，进行误差分析和成桥线形预测，根据分析结果调整确定吊索长度和索夹的安装位置，提供索夹安装位置表；（2）提供吊索长度制作表；（3）进行丝股锚跨张力
18、的调整和抽样监测；（4）计算猫道改挂后结构线形的变化和结构的内力。6） 吊索张拉与调整阶段本施工阶段的监控内容是：（1）提出吊索力的张拉调整方案，进行各方案的模拟计算； （2）提出施工控制索力张拉调整方案建议，并与业主、设计院和施工单位共同确定实际的施工方案；（3）对拟定的施工方案，按施工过程进行完全的跟踪分析计算，结合应力、变形测量资料，提出各施工工况的吊索力调整控制值；（4）确定鞍座的顶推时刻和顶推量；（5）监控吊索力调整过程中塔顶与梁端变形、主缆与加劲梁线形；监控主缆桥塔加劲梁、吊索的内力。7） 桥面铺装和成桥阶段本阶段的监控内容是： （1）根据桥面铺装机械和设备情况和拟定的施工流程，计
19、算铺装阶段桥塔、加劲梁的结构内力与变形，提出施工控制建议；（2）按吊索张拉完成的实际索力状态，确定成桥时的实际内力状态，提出是否需要调整吊索力的控制建议；（3）计算实际成桥状态的线形和结构内力，并与设计值对比，给出监控结论数据；（4）对吊索力、主缆锚跨张力、桥塔应力应变、加劲梁应力应变进行测试；（5）对成桥线形、桥塔状态、鞍座复位情况进行测量；（6）观测日照对结构线形的影响规律。在以上每一个阶段，都要及时整理分段监控成果，提出处理方案，供业主监理单位和施工单位制定具体施工措施参考。全部工作完成后，提供总的监控报告，为竣工验收提供资料。2.4施工监控的精度由于悬索桥是多次超静定结构，在施工过程中
20、结构随施工阶段的改变而不断变化，结构的实际参数与设计值会存在一些差异，加上现场施工荷载及环境变化的不确定性将会使结构的应力状态和线形偏离设计值。因此，如何通过最初主缆线形的确定、索鞍偏位的调整和加劲梁标高的调整来逼近和达到预先设计的结构应力状态和线形，将是施工过程中最为关心的问题。这就要求施工监控监测小组通过现场监测及调查等手段，收集已完成工程的结构状态及施工过程，整理实测控制参数，再通过监控分析计算，预测后续施工过程的结构线形及内力状况，提出后续施工过程应采取的措施和调整后的设计参数，指导施工、保证施工过程中结构的安全，使桥梁最终达到设计成桥状态。根据现有施工水平及仪器精度，及公路桥涵施工技
21、术规范，确定本次监控主要项目控制精度见下表：表4 索塔施工精度要求项目规定值或允许偏差（mm）塔柱顶水平偏位10倾斜度塔高的L/3000，且不大于30或设计要求系梁高程10索鞍底板面高程+10,0索股架设垂度容许误差：基准索股+20mm、-10mm；其他索股+25mm、-15mm。索夹纵向误差不大于10mm。表5 主索鞍安装精度项目规定值或允许偏差（mm）纵向最终偏差符合设计要求横向偏差10高程+20，-0四角高差2表6 散索套安装精度项目规定值或允许偏差（mm）纵、横向偏位5高 程5角 度2或符合设计要求3 施工监控计算本桥由主缆、索塔、吊杆、主梁组成，作为受力结构的主缆和主梁纵梁又形成组合
22、体系，其中主要承重结构又是主缆，主缆是一条只承受拉力的柔性大缆，在自重力和荷载作用下主缆将产生较大变形，主缆线形变化（坐标改变）将会改变主缆和主梁纵梁的内力，内力的改变又反过来影响主缆变形，其内力与变形具有突出的几何非线性特性，采用一般力学方法已不能准确计算出内力与变形，在施工控制中更不能忽略非线性的影响。因此，本控制结构分析采用基于非线性的有限元法和解析法计算程序进行。在施工监控前应进行前期的结构分析计算，在施工过程中应根据控制监测的实际计算参数进行计算分析。施工前期的计算是根据前期施工单位提供的施工方案对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析，确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和
23、变形的理想状态，以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为。施工过程中的结构计算是根据施工监测的数据、进行分析处理，分析现阶段状态与理论状态之间的偏差原因，对计算数据进行参数识别、修正，使计算模型逐步与实际状态接近，误差能控制的设计容许的范围内，根据此模型计算预测下一施工阶段的施工参数。施工过程中的结构计算分析是一个不断对结构计算参数进行识别、进行修正的过程，贯穿于整个施工过程中。3.1计算说明刘家峡大桥计算将采用悬索桥专业非线性有限元软件和西南交通大学开发的“桥梁空间非线性分析系统BNLAS进行，同时结合使用桥梁专用程序MIDAS/Civil,将本桥结构离散为空间梁元和索单元结构进行计算，
24、采用多个程序平行进行，可互相校核，避免人为错误。这三个软件能均能进行悬索桥空间非线性施工架设过程仿真分析，能充分考虑主塔混凝土收缩、徐变的影响，能考虑结构体系温差和环境整体温度影响，因此采用该软件均可实现真正意义上的悬索桥施工空间控制。另外，对结构局部强度、稳定性检算,如主缆锚固区、混凝土主梁局部应力及稳定性分析等，可以采用通用有限元软件ANSYS进行。根据该桥的结构特点，将全桥上部结构划分为桥塔单元、钢桁梁单元、鞍座单元、主缆单元、索夹单元和吊索单元，根据桥梁的施工步骤划分为桥塔施工阶段、钢桁梁的拼装阶段、安装施工猫道阶段、鞍座就位主缆丝股架设阶段、紧缆索夹安装阶段、猫道改挂阶段、安装并张拉
25、吊索顶推鞍座阶段、拆除猫道阶段、桥面铺装等二期恒载施工阶段和运营阶段。在进行结构建模时，主缆自重（包括缠丝及防护）按沿弧长的均布荷载处理，由吊索传递的荷载及施工临时荷载都按集中荷载处理，荷载模式与实际情况较为一致。集中荷载间的缆索曲线为悬链线，其索长用解析式计算，考虑索截面变化对曲线形状的影响。两锚固点间的主缆，根据力的平衡条件和变形相容条件确定各部分的索力和曲线形状。在计算中，考虑了顶推鞍座工况时，塔顶的偏移量及塔内弯矩、剪力，便于施工控制者确定何时顶推鞍座，以保证桥塔的安全。对架设荷载按永久荷载（通过吊索传递的荷载）和临时荷载两种形式处理，永久荷载直接传递给下一工况；临时荷载的数量（大小和
26、个数）、作用的位置可任意，由计算者根据每一工况的实际值输入。3.2 分析方法在本桥施工控制分析时倒拆计算与正装迭代计算两种方法。首先，以理想的成桥阶段时为初始状态，对结构进行倒拆分析，从倒拆分析中可初步得出各节段在施工过程中的位移、初始位置及鞍座偏位量。倒退分析由于是基于理论的设计参数，这与实际的结构参数有差异，因此在实际监控过程中需要对参数进行调整并重新进行计算，并将新的计算结果与实测结果进行比较，如果差别在允许范围内则不需做修正。否则，再采用最小二乘法等相关理论修正初始状态进行迭代计算。3.3 监控计算内容根据施工图设计文件拟定的结构尺寸、配筋情况及施工单位上报的施工顺序，采用有限元程序对
27、施工过程进行分析，确定各施工阶段的结构受力状态和位移状态。施工过程监控包括桥梁结构设计验算、索塔结构施工、钢桁架梁的拼装、猫道施工、主缆架设、吊索张拉和桥面铺装等过程，监控计算目的是为了确定施工过程各控制参数，指导制订施工方案及工艺指标。计算内容包括各项施工参数的确定、各施工过程的标高、钢桁梁的线形、空缆线形、鞍座预偏量、索夹安装位置、主梁应力及挠度、主塔应力及变位、主缆索股及吊杆索力、张拉顺序及控制指标、全过程施工控制预报等。1）设计参数的确定在本桥施工控制中，对于设计参数误差的识别就是通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏
28、差的主要设计参数，经过修正设计参数，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差的目的，本桥采用施工控制技术为我院开发的自校正调节法。该办法是将自适应控制和预测控制结合起来，实现最优控制。对于本桥施工控制来说，首先通过对设计图纸的阅读，理解设计意图，并分析设计文件，确定设计采用的材料参数，如材料容重、弹模、材料热胀系数、结构截面尺寸等。而后，向施工单位了解施工工艺及方案，确定施工工序和临时荷载的大小、位置及作用时机和持续时间等。并向监理征询有关意见。设计参数在实际施工过程中难免会存在一定的偏差。引起桥梁结构施工状态与设计状态产生偏差的主要参数，对于本桥拟采用的施工控制参数包括：混凝土容重、施工
29、荷载、结构温度场和施工周期、张拉索力值（主缆及吊杆）、砼及缆索吊杆的弹性模量、实际结构尺寸等。在施工过程中，通过实际测量和测试，及时提取上述参数，运用最小二乘法或卡尔曼滤波等理论和方法来识别这些设计参数误差，进而对这些参数进行识别，从而得到设计参数的正确估计值。通过修正设计参数，使桥梁结构的实际状态与理论计算状态尽可能趋于一致。本桥前期计算时部分设计参数见表2。表2 本桥设计参数表项目序号名称计算取值项目序号名称计算取值整体1环境相对湿度70%主缆1钢丝直径1275.22主跨跨径536m2钢丝弹性模量3边跨跨径148和113m3钢丝容重索塔1塔高60.5m4主缆直径mm2混凝土强度C405主缆
30、垂度3混凝土弹性模量3.25E46主缆跨度148+536+1134混凝土容重7钢丝标准强度16705徐变增长速率0.00558主缆结构温度6徐变终极值吊杆1吊杆直径737主梁1混凝土强度C402吊杆材料弹性模量2混凝土弹性模量3.45E43吊杆（含PE）容重3混凝土容重4吊杆及锚头重力4徐变增长速率0.00555吊杆间距8m5徐变终极值6索夹重力2）桥梁结构设计验算（施工监控目标值验算）计算初始状态一般可以采用设计部门确定的设计成桥状态作为监控计算初始状态。监控计算应对设计成桥状态进行复核验算，对结构关键部位的应力、位移等进行检查，是否满足规范要求，并进行过程优化以确定最优设计成桥状态，并以此
31、作为监控计算的初始状态。3）索塔结构施工监控计算在索塔施工时，由于结构自重、施工设备、风荷载等都可能对索塔造成破坏。为了保证每阶段施工的安全性，必须在索塔施工过程中，计算索塔各节段的横向预偏值和各构件的受力，为施工提供指导。索塔施工完成后，在猫道架设、主缆架设、吊索力张拉、桥面铺装和成桥阶段，索塔的受力都将有较大的变化，必须计算每个阶段索塔的受力和偏位情况，为施工提供指导。4）猫道架设过程的监控计算猫道属临时工程，但对桥梁的施工能否顺利进行却至关重要。国内悬索桥施工时曾经出现过，在主缆施工过程中，猫道随时间不断下挠致使猫道与主缆间距离过大，猫道绳调节螺杆已经调至极限位置，必须在猫道上搭设支架的
32、情况。因此猫道承重绳的长度控制是关键。根据施工单位提出的猫道施工流程，对猫道施工的全过程进行计算分析，给出猫道承重绳制造长度，提出架设承重索、架设横向通道和面层等各阶段的承重绳控制线形、桥塔顶的控制位移，提出施工控制建议和措施。5）主缆架设过程的监控计算主缆是悬索桥最重要的承重结构，其线形的准确，施工过程主索鞍位置定位，对结构内力状态的准确与否至关重要。国内存在既有桥梁因索鞍定位不准使得成桥后索鞍在塔顶偏向一侧，并达到极限位置，桥塔受力较大产生倾斜，塔柱下部出现开裂的病害情况。悬索桥主缆真实线形应为分段悬链线，采用该线形计算与采用抛物线计算相比更精确，但要复杂些，就现在的分析手段而言也是可行的
33、。一旦线形确定，主缆制作长度、主索鞍定位、索夹安装位置、索股经索鞍及散索鞍处的长度修正、鞍座预偏量等施工参数即可确定。根据自锚式悬索桥吊杆张拉工序，施工过程主索鞍顶推时机和顶推量也即确定。监控计算同时考虑温度偏离设计值影响，考虑主塔、混凝土箱梁徐变和收缩影响，考虑基础沉降影响等。根据施工完成后的钢桁架梁实际位置和实际标高、桥塔中心实际位置和实际标高，并考虑桥塔、钢箱梁的弹性压缩变形、基础沉降等影响后，计算主缆架设时的空缆线形、无应力长度、各鞍座的预偏量、基准丝股线形、一般丝股相对位置和丝股线形调整控制参数（温度、桥塔变形等影响参数）；提出用于施工的监控报告和施工控制建议。6）吊索张拉过程的控制
34、计算吊索张拉对于悬索桥来说是最复杂的工序。根据计算提出吊索力的张拉调整方案，并进行各方案的模拟计算；提出优化施工控制索力张拉调整方案建议，并与业主、设计院和施工单位共同确定实际的施工方案。对拟定的施工方案，按施工过程进行完全的跟踪分析计算，结合应力、变形测量资料，提出各施工工况的吊索力调整控制值。计算吊索力调整过程中桥塔顶、梁端的变形；计算吊索力调整过程中各支座的支反力；梁、塔、缆和已张拉吊索的结构内力；确定鞍座的顶推时刻和顶推量。本桥主缆成桥后线形为空间曲线，在由空缆线形向成桥线形的形成过程，即张拉吊索的过程中，主缆将形成横桥向曲线，主缆的竖向、横向位移和转动，从而影响吊索索股内力，因此吊索
35、张拉过程控制计算是本桥最关键、最复杂的部分。8）桥面铺装和成桥阶段的监控计算根据施工单位确定的桥面铺装机械和设备情况以及拟定的施工流程，计算铺装阶段桥塔、加劲梁的结构内力与变形，提出施工控制建议。按吊索张拉完成的实际索力状态，确定成桥时的实际内力状态，提出是否需要调整吊索力的控制建议。3.4 施工监控计算工况及成果施工监控计算分五步进行：第一步，模拟设计的成桥状态建立计算模型和非线性分析的初始平衡状态，检查验算桥梁结构设计是否满足规范要求；第二步，对成桥状态计算模型进行分析计算，得出主缆、吊杆的无应力长度；第三步，根据主缆及吊杆的无应力长度计算出空缆线形；第四步，计算每一施工阶段加劲梁、主缆线
36、形及各结构部分内力、位移，提供施工架设参数；第五步，计算实际成桥状态并与设计成桥状态对比及进行荷载组合分析。1）成桥状态的计算及复核成桥状态是施工监控计算的初始状态，由于悬索桥的监控计算必须进行非线性分析，非线性分析需要确定初始平衡状态。对大桥进行运营荷载各种组合作用下的强度、刚度、稳定性进行复核检算，对结构局部强度、刚度、稳定性进行有限元分析,如主梁散索套区域应力分析等。2） 确定混凝土主梁立模标高根据设计图纸、设计参数和施工方案，计算吊杆安装、吊索张拉、支架拆除、桥面铺装施工等后续施工在主梁各节点上的挠度值，加上支架预压弹性变形，以每跨跨中累计最大变形值，反向按二次抛物线设置预拱度，加上各
37、节点的设计标高，即得到主梁立模标高。3） 主缆、吊杆无应力长度计算无应力长度是指构件在标准温度下，截面应力应变为零时的长度。主缆各索股之间的长度差别由于在索鞍处弯曲半径不同以及垂度差别的影响，因此可以通过主缆中心索股的无应力长度分别计算出各索股的无应力长度。主缆长度计算采用先分段再求和的过程进行。根据所确定的设计成桥状态作为计算的初始平衡状态，先假设主缆和吊杆的无应力长度，对计算模型进行正装迭代计算，从第一架设阶段开始，一步步正装计算，直至成桥阶段。经过多次迭代，当计算成桥状态与设计成桥状态一致时，此时假设的主缆和吊杆的无应力长度就为所需值。4） 空缆线形和鞍座预偏量在主缆施工中，主索鞍是预偏
38、的，并且固定于塔顶，因此，对塔而言，塔顶承受竖直偏心力，索塔将因此而发生弯曲变形，该弯曲变形将随主缆索股数量的增加而增大，到成缆时该变形值达到最大值。由于索塔发生变形，主缆线形也将随之发生相应变化，所以，成缆线形与第一根标准索股线形是不同的，需根据第一根索股线形，做向前索股拼装成缆，并考虑现场温度效应等的影响，综合考虑后做施工模拟计算。第一根基准索股线形即为索塔完全刚性，索鞍在塔顶可自由滑动下的空缆线形，该线形根据现场温度、索股弹模、裸塔位置、猫道完成时索塔位置以及二期恒载及索塔温度效应综合确定。空缆状态是指索鞍预偏后，索夹和吊杆还未挂上，加劲梁由满堂支架支撑状态下，主缆所取得的形状和受力状态
39、。空缆状态分析的目的就时确定在空缆挂缆（索鞍预偏后）时主缆的水平分力和控制点坐标。空缆状态是索夹位置、安装吊杆和施工张拉模型的初始状态。在吊杆的张拉过程中，假定主索鞍在塔顶处于自由滑移状态，那么主索鞍将随着张拉过程逐渐向跨中滑移。而实际上在张拉过程中，鞍座和塔柱是固结的，塔受到向跨中水平推力作用，为保证塔身应力不超过允许值，抵消此水平推力作用，需事先设置一个预偏量。在架设索股时，也需对索鞍进行预偏，即偏离成桥位置来调整各跨主缆的张力，使相邻两跨主缆水平力在索鞍处保持一定的平衡关系，在外荷载施加时再逐渐顶推索鞍到成桥位置。索鞍预偏量的原则量：保证各跨主缆无应力索长空挂于索鞍上、架缆时索股在鞍槽内
40、不滑动。在计算中模拟吊索张拉，进行多次倒拆迭代计算得到主缆的空缆线形，包括空缆各点标高、鞍座预偏量、索夹的位置。5） 施工各阶段的结构分析对桥梁结构进行正装计算后，确定各计算参数是否理想，可对各计算参数进行优化。在此基础上，模拟架设过程进行正装计算，施工架设计算与施工同步进行，包括施工前的预测计算及施工后的校核计算。施工前的预测计算是结合现场实测监控参数，计算下一阶段施工的结构内力状态和位移状态，并据此为施工单位提供各项施工控制参数的目标值。施工后的校核计算是本阶段施工完毕后，将架设计算结果与施工监测结果进行比较，若两者差别满足要求，则继续下阶段的预测计算及施工；若不满足要求，则根据最新的实测
41、监控参数进行结构分析并对原施工控制参数的目标值进行必要的修正，提供修正计算后的施工控制参数。预测计算提供的计算结果包括：(1) 主缆及吊杆的无应力索长计算；(2) 主缆及吊杆的伸长量计算；(3) 索夹位置的确定（由于各种因素影响，成缆状态线形与理想线形有一定偏差，若按原设计继续施工到成桥，则成桥状态线形与内力将不能满足设计要求，故据其实测线形，进行预测并依据反馈分析调整索夹位置及吊杆长度，以使成桥状态符合要求。）；(4) 加劲梁标高的计算；(5) 吊索分级张拉顺序及张拉力计算（吊杆张拉过程中，主梁纵梁应力、变形和主缆的线形均将产生变化，通过计算确定吊杆张拉的次序、张拉力，确保张拉过程中主梁纵梁
42、的应力不超限，成桥后塔、梁、主缆的线形和内力符合设计要求。）；(6) 各施工阶段主缆轴力和线形计算；(7) 各施工阶段加劲梁内力和线形计算；(8) 各施工阶段主塔内力和塔顶偏位计算；(9) 鞍座预偏值、顶推值计算。其中塔顶鞍座并不在每一施工阶段进行复位（顶推）操作，在每一施工阶段塔顶鞍座的偏位量不会很大，塔顶鞍座是否进行复位及复位量主要由塔的应力控制，尽量做到既不使塔的应力过大，又不使鞍座复位过于频繁，原则是在保证安全的前提下减小施工难度。随着吊杆的继续张拉，主缆受力越大而截面变小，致使已装索夹松动，因此，要加强对索夹螺栓紧固力的监控计算，以便及时补紧，防止下滑。若本桥由跨中向端安装，下滑力小
43、的索夹先安装，下滑力大的索夹后安装，此项紧固力可不作调整。6） 成桥状态对比分析及荷载组合将施工阶段计算得到的最终成桥状态和设计成桥状态进行对比分析，并计算分析其与活载组合下的状态。4施工监控实施4.1设计参数的测定由于结构设计参数是根据设计规范、材料出厂力学性能指标等取用的，其与实际情况总是存在一定的误差，所以，在施工中应对部分设计参数进行测定，以便及时修正设计参数，为施工监控奠定良好的基础。本次施工监控需收集以下资料及试验数据。（1）施工图设计文件（含变更设计）；（2）实施性施工组织设计（包括主塔施工方案、主缆施工方案、吊杆安装施工方案、施工荷载的分布及大小以及施工总体计划等）；（3）气象
44、资料：天气状况、气温、风向、风力；（4）实际施工荷载及其在桥上的布置情况；（5）水文资料及地质资料；（6）主缆钢丝及索股弹性模量、热膨胀系数、截面积；（7）吊索弹性模量、热膨胀系数、截面积及单位长度质量及破断力；（8）桥面铺装容重；（9）索塔温度变形与气温及表面温度的关系等；（10）索夹及吊杆锚头重力；（11）气温昼夜变化规律。4.2临时结构变形测定本项目中临时结构有主缆施工猫道。主缆施工猫道安装和拆除均会使主塔产生位移，在施工过程中可以通过测量主缆猫道安装前后塔偏，对猫道拆除对塔偏的影响进行预测，而提前对主缆的线形进行调整。4.3施工测量悬索桥施工监控的主要内容为索塔偏位、梁体线型、主缆控制
45、点位置、塔梁应力测量、温度测量和吊杆索力测量。4.3.1主梁索塔位移测量本桥施工监控位移测量包括梁体线型监控测量、主缆线形测量和索塔偏位测量。1） 主梁线形（挠度）测量悬索桥主梁的线形，主要地由主缆的线形、吊索的张力和结构的刚度控制，设计计算是按理论的结构刚度确定的吊索力，当计算参数与实际参数有差别是，结构线形就将与理论计算的不同。主梁线形监测的目的，是观察吊索张拉后主梁的线形是否与当前工况下的监控计算标高相吻合，以预测和调整后续的吊索张拉过程。随着吊索张拉数量的增加，主缆力越来越大，加劲梁中的轴向力也越来越大，为防止施工过程中钢加劲梁发生稳定性问题，需要在梁上设置稳定性观测点。挠度监测采用L
46、eica NA730动安平水准仪，配备FS1测微器，精度级别为DS1，使用2m的铟钢尺进行测量。挠度监测前，在东西索塔侧面桥面附近高度处采用植筋技术埋设钢质或铜质螺栓（标上明显标记），根据已存在的高程控制网，按照二等水准测量的要求（仪器DS1、因瓦水准尺、采用附合水准路线或闭合水准路线往返各测量一次，闭合差小于4mm），精确测出预埋螺栓的高程，作为控制测量高程基准点，并保护好。由于桥塔基础可能有沉降，且索塔上主缆安装产生的竖向力会使桥塔产生压缩变形，故塔侧面的基准点，应定期与桥位外的基准点进行联测，当基准点变化较大时，应及时联测其高程，且及时进行修正。在施工过程中，进行标高测量时，就以这两个点
47、作为基准点，按照三等水准测量的要求（仪器DS1、因瓦水准尺、采用附合水准路线或闭合水准路线往次测量，闭合差小于12mm），测量桥面上各挠度测点的高程。主梁挠度测点纵向布置见图10。图10 梁索变形测点纵向布置图主梁顶挠度测点布置在设计索面下方的纵梁顶面上，纵向位于每个吊装节段的起点和终点，长度方向左中右，一个吊装节段16米两个断面，每个断面三个点。全桥共设105个点。挠度测点均采用20mm直径螺纹钢制作，上部加工磨圆并涂上红漆，顶部露出混凝土顶面约1cm，周围用红油漆标记。挠度测点安装时应在竖直方向与箱梁内的钢筋网电焊牢固，从预埋至上部结构监控完成，应注意保护，不得覆盖或损坏。主梁挠度测点横向