《斜拉桥的施工监控--论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《斜拉桥的施工监控--论文.doc（24页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、斜拉桥的施工监控一斜拉桥施工控制的必要性 斜拉桥作为由主梁，拉索和索塔组成的组合体系桥梁，是众多的桥梁结构形式中在造型和构造上最富于变化的一种结构体系。按照立面布置的不同，斜拉桥可分为独塔结构，双塔结构和多塔结构；按照主梁横截面形式进行划分，斜拉桥可分为箱型梁，双主肋以及板梁等结构形式；按照桥面系进行划分，则可分为混泥土桥面系，叠合梁桥面系，混合梁桥面系以及钢桥面系等。斜拉索的布置灵活多变，按索面位置可分为单索面，双索面和多索面；按索面形状划分又可分为辐射形，平行形及扇形等多种。索塔的建筑造型更是丰富，与多变的结构体系相对应，斜拉桥的施工方法也是多种多样的，其中大跨度斜拉桥则主要采用悬臂浇筑和
2、悬臂拼装的分阶段施工方法。该类方法采用挂蓝进行现场分段浇筑或采用桥面吊装设备实现预制节段拼装，待该段施工完毕后，再将挂蓝或桥面吊装设备前移，进行下一节段施工，形成向桥梁中部逐渐增大的悬臂，直至跨中合拢或拼至下一个墩台上去。当前这两种悬臂施工方法已经成为广泛采用的斜拉桥施工方法。 斜拉桥属高次超静定结构，其最为重要的特性之一是所采用的施工方法和安装程序与成桥后的线形及结构恒载内力息息相关。与此同时，大跨度斜拉桥一般采用分阶段施工方法，结构内力状态和线形随施工过程不断发生变化。设计阶段一般根据经验预先确定包括结构刚度，构件几何尺寸，梁段重量，施工临时荷载，斜拉索张拉力，收缩和徐变等关键参数为理想值
3、，并根据上述参数的理想值确定结构各关键阶段的理想状态。尽管可对上述参数进行控制，但由于施工误差，环境误差，测量误差等不可避免，如不加以控制，必然导致实际结构状态和理想结构状态间的偏差。随着跨度和结构复杂性的增加，该偏差对结构线形和内力状态的不良效应显著增加，给结构的施工和正常运营带来诸多隐患，甚至危及施工和运营过程中的结构安全。 为确保施工过程中斜拉桥的结构内力和变形状态始终处在安全，合理的范围内，且成桥后的主梁线形逼近设计预期的理想线形，结构本身处于最优的受力状态，必须在施工过程中进行严密的施工控制。斜拉桥施工控制指通过对斜拉桥进行施工全过程仿真分析获得各关键施工阶段的主梁线形，斜拉索初张力
4、，索塔位移，主梁及索塔关键部位应力等理论值，进而根据理论值对施工过程做出明确规定，并在施工过程中加以有效的控制和管理，在对理论值和相应的实测值进行对比的基础上，根据误差分析结果对后续施工过程进行最优状态控制，以保障结构施工过程的安全性并最大限度地减少误差不良效应的过程。二斜拉桥施工控制方法 有效修正实际结构状态和理想结构状态间的偏差，最大限度降低偏差的不良效应，确保施工过程的结构安全性，使得成桥内力状态和线形的逼近设计理想状态，是斜拉桥施工控制最为重要的目的，也是斜拉桥施工控制研究的指导原则和研究目标。因此，斜拉桥的施工控制方法的研究围绕施工误差的有效修正这一核心问题展开。现代控制理论为该问题
5、的解决提供了强有力的工具。斜拉桥的施工控制方法是现代控制理论和斜拉桥工程实践相结合的产物，其发展随现代控制理论的发展而不断完善，经历了开环控制闭环控制自适应控制的发展历程。 开环控制方法是单向性的，只在施工前，根据理想的成桥状态求得每个施工阶段主梁的位置和索力。在施工过程中，并不根据结构的反应来改变施工的参数。顺推法及无应力状态法都是开环控制方法，它没有控制误差和修正误差的功能。反馈控制方法是一闭环控制，它要求对施工状态与理想状态之间的误差进行及时纠正，而纠正的措施和控制量的大小是由误差反馈计算所决定的。对斜拉桥而言，主要控制措施是调整斜拉索的初张力l一35味口新增梁段的预拱度。如灰色控制方法
6、就属于反馈控制方法，该方法并没有分析产生误差的原因，将各种误差综合在一起处理。 自适应控制是在反馈控制的基础上，加上一个误差识别过程。当结构的实测状态与理论状态不相符时，分析误差产生的原因，根据该原因重新调整计算，使模型的输出结果与实测结果相一致。该方法目前被认为是最好的斜拉桥施工控制方法。参数识别法是一种自适应控制方法，但是该方法在尽可能减少修正环境因素和量测误差影响的前提下，将实际结构和设计状态不一致全部归咎于设计参数的差异，这显得不尽合理。成功运用该方法的关键在于正确分析误差产生的原因，逐步减小理论模型和实际结构间的误差，从而可对施工状态进行更好地控制。三施工控制内容 为确保斜拉桥施工达
7、到设计的要求，就必须控制全桥的墩台，承台，墩柱，索塔，斜拉索，套筒及主梁施工的平面位置和标高，控制主梁悬臂和主桥与引桥的合拢误差在设计允许范围内，从而确保大桥工程施工的质量，工期和安全，应建立控制全桥施工的高精度平面和高程控制网，作为全桥各工程施工放样和变形监测的基准，对于大桥的施工控制具有重要的意义。斜拉桥变形监测的主要内容有：1， 施工过程的仿真计算; 2， 施工过程的现场测量;,3， 施工过程的参数识别;4 ,施工过程的标高和索力调整。 图1 施工控制的内容1. 施工全过程的仿真分析 精确的施工全过程仿真分析是进行结构施工期安全性评价，结构施工全过程参数识别与模型修正，结构施工状态评价，
8、施工过程最优控制等一系列工作的基础。由于现代斜拉桥的跨度大，刚度相对较小，因此几何非线性问题一直是斜拉桥研究中值得关注的问题。斜拉桥的几何非线性效应，主要表现在以下几个方面：1.缆索自重垂度引起的非线性效应斜拉索是斜拉桥结构体系的重要组成部分，它将斜拉桥的主梁和主塔联系起来，使三者组成一个完整的受力体系。作为一种柔性构件，斜拉索在力学特性方面表现为承受拉力为主，抗拉刚度是其主要的力学指标。受缆索自重垂度的影响，斜拉索的拉力与变形之间具有明显的非线性特征：一方面，缆索抗拉刚度随垂度的变化而变化；另一方面，缆索垂度的变化由索内张力，索长和索自重控制。对于该项非线性效应，目前采用的处理方法主要有：等
9、效弹性模量法，悬链线单元法以及多段直杆单元法。理论上悬链线单元法的计算精度要高于等效弹性模量法。2.塔柱和主梁的二阶效应针对该项非线性，从上世纪70年代开始，国内外学者基于各种非线性理论，提出了多种分析方法，其中主要有稳定函数法，几何刚度矩阵法等。3大位移效应大跨度斜拉桥是柔性结构，荷载作用下的结构变形大，因此结构的平和方程应该建立在变形后的结构体系上。目前结构大位移效应的处理方法主要有TL列式法，UL列式法以及CR法等。大跨度斜拉桥的非线性行为除了几何非线性外，还包括材料非线性。但对处于正常施工和正常使用状态的结构，一般不允许出现塑性变形，因此，在正常施工及运营情况下大跨度斜拉桥的非线性影响
10、主要是几何非线性效应。 结构几何非线性效应对大跨度斜拉桥变形有显著影响，在施工控制中必须对其进行考虑，具体包括以下几个主要方面：（1）主梁安装线性的计算。主梁安装线性计算的基本依据是成桥阶段主梁的总变形。（2）斜拉索的张拉控制。在斜拉索张拉时，涉及主梁的变形量的预测问题。若主梁的变形计算不准确将导致较大的斜拉索张拉误差，并进而影响到结构的内力状态和主梁线形。（3）斜拉索的垂度非线性。由仅考虑斜拉索垂度效应的分析与几何非线性分析的各工况对比可知，在单一荷载模式作用下两者的变形量计算基本一致，误差较小。但在复杂荷载模式作用下，尤其是斜拉桥的施工过程包括了永久荷载作用，各种临时荷载的施加和拆除，斜拉
11、索的分次张拉等，导致长悬臂时两者计算的主梁总变形非线性效应间存在较大的偏差，甚至是相反的方向发展。（4）斜拉索张拉过程中的超张拉。由于斜拉索在高应力状态下索的垂度非线性效应相对减小，因此结构的几何非线性影响也相应减小。 2. 施工过程的现场测量施工过程的现场测量内容主要包括索力测量、主梁与墩塔应力测量、主梁标高与塔顶位移测量、混凝土容重与浇筑量测量、混凝土弹模与收缩徐变系数测量以及温度影响测量等。2.1梁体线形测量主梁的标高直接影响到桥梁的线形，因此在施工过程中对标高应加以严格的控制。但在施工过程中也应根据结构本身的特性与施工方法的不同，采取不同的策略。例如，当主梁刚度较大时，斜拉索索力的变化
12、对主梁标高的影响时有限的，应先对索力的张拉吨位进行控制，然后根据实测的标高，对索力做适当的调整，此时，几何线性及标高的控制主要是通过主梁浇筑前端部的立模标高的调整（悬浇施工）或是预制快件间接缝转角的调整（悬拼施工）来实现的。当主梁刚度较小时，索力的变化将对主梁标高产生较大的影响，此时斜拉索的张拉应以标高测量进行控制。在以下几种情况，应进行标高的测量。(1)对于采用悬臂施工的斜拉桥，则在挂蓝定位时要测量立模标高；(2)在浇注完一个节段后，应对梁端头的标高值进行观测；(3)索力张拉前对已浇注的梁段上所布设的所有高程监测点通桥观测；(4)索力张拉后对已浇注的梁段上所布设的所有高程监测点通桥观测；最后
13、，主梁的标高是随着温度的变化而变化的。根据既有的温度场试验可知：早上6点左右是主梁标高变化相对比较稳定的时段；因此在进行标高监测时应尽量选择清晨这个时段，以减小温度对标高的影响。2.2 索力测量斜拉桥索力测量的准确与否是关系到斜拉桥施工控制能否顺利实施、斜拉桥能否成功修建的几个关键问题之一。在斜拉桥施工过程中,可以采用千斤顶，锚索计，频率法等多种方法来测量索力。千斤顶和锚索计安装较麻烦，只能测索端的力，前者则只能对正在张拉的那对索进行测量， 当需要对已张拉完毕的斜拉索进行索力复核时,频率法几乎是唯一选择。频率法测索力分两步进行: 1，,在环境激励下利用加速度传感器拾取斜拉索的随机振动信号, 然
14、后通过频域分析获取斜拉索的频谱图, 据此识别出斜拉索的各阶振动固有频率; 2，通过理论分析( 解析法与有限元法) 与现场标定, 获取斜拉索振动固有频率与索力之间的对应关系, 从而可以由频率推算出索力。由此可见, 频率法测索力是一种间接方法, 频率法的精度取决于高灵敏度拾振技术以及准确的索力、频率对应关系。图2 频率法测试索力流程频率法测试原理如上图：斜拉索的索力测试是基于弦振动理论, 先测定拉索的固有频率, 然后根据索力与固有频率的关系换算得到张力。对于张紧的斜拉索, 其自由振动微分方程为： (2)式(2)中：x为沿索长方向坐标；y为垂直于索长方向坐标；为拉索的线密度；E为索的弹性模量；I为索
15、的惯性矩；T为索的张力。假定索的边界条件为两端铰接，可由上式解得索拉力为： (3)式(3)中：n为振动阶数；fn为索的第n阶自振频率；l为拉索的计算长度。如果忽略拉索抗弯刚度的影响，假定索的两端固定，由式(2)可求出索力为： (4)从式(4)可以看出，对于同一根拉索，张力一定时，fn/n是一个常数，即各阶自振频率的频谱是等间距的。用频率法进行索力测量时，必须选取索的有效长度，单位长度质量，两端约束方式等参数。2.3 主塔变位测量主塔变位测量包括顺桥向和横桥向二个方向变位值的测量。主塔在施工和成桥状态通过斜拉索均承担相当部分的梁体重量。在不平衡荷载和大气温差及日照影响下, 均会使主塔产生不同程度
16、的变形。为了不影响主梁的架设施工, 必须研究掌握主塔在自然条件下的变化规律以及在索力影响下偏离平衡位置的程度。索塔施工控制的一般步骤如下：（1）对最新完成的混泥土节段和索塔整体线形进行测量。（2）根据测量结果，计算索塔截面边角的投射位置。然后再由边角位置计算其截面中心线的位置。（3）通过控制点，预拱和超长值计算索塔截面中心线的目标位置。（4）考虑温度和风荷载的影响，对目标位置中心线进行修正。（5）计算温度和风荷载影响下的几何线性修正数据。比较施工阶段坐标和理想几何坐标，预测下一施工节段的施工误差情况，并决定误差修正方式和相应的修正步骤。（6）如果误差修正过程多于两个步骤，需进行后续阶段可能的几
17、何线性预测与风险分析，并在此基础上确定后续节段放样修正值。（7）后续节段施工放样。2.4温度测量温度变化, 特别是日照温差的变化, 对于斜拉桥结构内力和变形的影响是复杂的。在施工阶段, 日照温差对主梁挠度和塔柱水平位移的影响尤其显著 。温度的影响总体上可分为二种。一是昼夜温差, 二是季节温差。前者是指太阳每日的起落对桥梁各部位的日照变化在混凝土结构内形成由表及里且深度一般不超过40 cm 的浅层温度梯度, 使混凝土产生非均匀变形, 后者则是由于长期的昼夜变化, 使混凝土结构产生基本均匀的伸长和缩短。现代混凝土斜拉桥的主梁和拉索的刚度相对于空心箱形混凝土塔身刚度而言是较小的, 主梁的抗弯刚度几乎
18、只有塔身的1/ 901/ 25。再加之斜拉索又细又长,对温度变化十分敏感, 容易掩盖主梁因昼夜温差产生的变形。季节性温差则使塔、梁、索产生均匀伸缩。总之, 温度引起的主梁变形因悬臂长度的增加而增如, 但是, 如果想从挠度实测值中分离出因受温度影响引起的变形,则相当困难。因此, 选择测量工作时间至关重要, 宜在一天中日照温差对结构变形影响最小的时候进行测量, 理所当然, 清晨便是最佳选择。为了便于施工控制资料的分析, 尚应测量出较有代表性的某一天或几天24 h 内结构温度变化情况。结合塔柱偏移和主梁线形测量结果, 总结出结构日照温差变形规律和季节性的温差变形规律。温度测量元件一般选用性能优良的热
19、敏电阻。根据电阻与温度的标定曲线,由测定的电阻值推算温度值。主梁和塔柱的温度测试断面一般与应力测量断面相同, 以资对应, 也便于计算分析。索温测量的一般方法是制造一段同实索等粗的长约1.5m 的试验索, 在其中心和内部以及外表均对称布置测点, 吊挂于施工现场实索部位, 以承受同样的大气环境条件。对其它实索, 每种型号选择12根, 在其表面布设测点, 测得表面温差, 对照试验短索的测量结果, 确定实索的内外温差。测量结果: 提供索、塔、梁各测试断面温度短期变化曲线和季节性温差变化曲线; 对于斜拉索, 尚应提供索内外温差和中心点温差的对应关系曲线。2.5应力测试斜拉桥应力监控测量包括梁的安装应力监
20、测和塔的施工应力监测两大类。主要目的是了解梁塔控制截面的应力状况, 并对梁体重量及其它荷载变化情况进行判断, 确保结构施工安全。施工应力测试是一项长期的现场观测, 涉及的测试技术困难较多。至今, 国内外尚无十分完善的解决办法。经过长期的大量的现场观测实践, 发现针对钢梁的安装应力测试, 采用手持式应变计相对比较可靠。针对混凝土梁则选用钢弦式应变计, 并用无应力计加以补偿, 测试结果较好, 可以满足施工监控的要求。施工应力测试影响因素相当复杂, 除荷载作用引起的弹性应变之外, 还有与收缩、徐变、温度等因素有关的应变。对混凝土梁, 在埋设应力测点的相同部位埋设无应力计, 补偿混凝土自身的体积应变和
21、收缩应变以及自由温度应变。并且在测试工艺上采取有效措施, 使混凝土徐变和温差产生的应变减少到最低限度, 或根据测量时的龄期、环境温度状态进行修正, 这样, 基本上可以达到施工监控的目的。施工应力测试截面一般由设计院根据施工计算的控制截面确定。原则上应包含以下几个方面: 安装阶段的最大正、负弯矩截面, 成桥状态的最大正、负弯矩截面, 主塔及其横梁的应力控制截面以及设计院从设计角度考虑的其它控制截面。由于施工应力测试成本相当高, 为了既能满足施工监控的要求, 又不致于投入多余的财力, 一般情况下梁体应力监测断面可选择610个, 主塔应力测试截面可选择46个。混凝土梁施工应力测点一般是测试截面的法向
22、应力, 对于箱梁截面应在顶板和底板上布设测点, 对于边主梁结构应在主梁上下边缘处布设测点, 方向与截面法向一致。在主横梁中部, 宜布设横桥向应力测点。对钢箱梁和钢桁梁结构, 可选择控制部位和控制杆件、连接部位等制作手持式应变计测点, 并读取初始读数和钢构件温度及环境温度, 结合温度补偿测点的数值, 以便正式测量时参照修正。应力测量结果: 包括各施工状态下监测截面的应力值, 塔柱监测截面的应力值以及成桥状态下各监测截面的恒载应力水平。3. 施工过程的参数识别在桥梁施工过程中，实测值与理论值之所以会产生误差，主要归因于两个方面的影响：1，实测数据不准确；2，仿真分析的模型模拟得不准确，造成理论值没
23、有反应真实的施工状态。施工控制的任务就是要跟随施工过程，根据实际施工现场的情况，不断地修改模型，使模型真实的模拟施工过程。模型中所采用的设计参数与实际桥梁结构状态的不一致，由此产生误差的设计参数很多，主要有以下几个方面：（1）几何设计参数：斜拉索制造长度误差：制造厂在测量斜拉索长度时，可能存在这样一个系数误差；斜拉索长度的测量是在0.3倍破断荷载下进行的。如果这一荷载测量不准确，则可能引起斜拉索长度测量上的严重偏差。虽然对斜拉桥的制造有确定的允许误差要求，但即使将斜拉索的制造长度控制在允许误差范围内，也可能会因系统误差的存在而导致主梁线形和索力误差。索塔的高度误差：如果实际的索塔比理论值高，则
24、斜拉索的锚固点位置偏高，那么在同样长度的斜拉索下，主梁实际标高必然要比理论值高。反之亦然。箱梁的长度误差：如果箱梁的实际长度偏离理论值，那么在同样索长的情况下，主梁标高将发生变化。（2）荷载方面的误差来源：箱梁自重荷载：由于大跨度的桥梁跨度大，结构对主梁的自重变化非常敏感。即使梁重的误差很小，也会对施工中的标高等结构状态产生较大影响。施工临时荷载：对临时荷载值较难把握，设计计算模型中采用的临时荷载值一般都是在实际施工之前凭经验预估的，但是在施工过程中受诸多因素影响，临时荷载的值可能会发生变化，临时荷载的变化势必会造成标高和索力的误差。（3）结构刚度方面的误差来源：结构刚度包括斜拉索刚度，主梁刚
25、度，索塔刚度等几个方面。施工过程中，桥梁结构构件的截面尺寸和弹性模量往往与设计时所采用的参数有差异，这也会导致误差。（4）环境方面的误差来源：温度因素：在每次进行主梁线形测量和索力测量的时候，都要同步测量索塔两侧，主梁顶底板以及斜拉索的温度，以便根据实测数据对分析模型进行温度修正。但是在实际测量时，温度测量与线形，索力测量不可能完全同步，而且以目前的技术水平，温度场的精确测量存在较大困难，导致根据实测温度进行修正时引起偏差，特别是大跨度钢箱梁斜拉桥在施工过程中的结构状态对温度变化非常敏感，所以有必要对温度做敏感性分析，探讨温度对结构影响的规律性。风载因素：斜拉桥在施工过程中，特别是大悬臂阶段，
26、当风力比较大时，结构抖动较大，这给线形测量带来了很大的困难，导致测得的数据会失真，从而直接导致误差的产生。（5）混泥土收缩，徐变方面的来源：斜拉桥中的混泥土结构部分（如索塔，主梁，桥墩等）在计算时要考虑其收缩，徐变的影响。而目前混泥土收缩，徐变的计算理论还不完善，按照不同的理论方法计算会有比较大的差别。（6）索力测试方面的误差：索力测量误差主要来源于测试方法的不准确和计算公式的不准确，利用不同的测试方法测试索力，以及用频率法测试时采用不同的计算公式得到的结果可能存在较大差异，而应用最为普遍的频率法，在进行索力测试时，必须准确选取索的有效长度，单位长度质量，梁段约束方式等参数，如果参数出现误差，
27、就会导致索力测量的误差。3.1 梁段重量参数识别主梁节段重量由于混凝土浇筑量的精确度较难把握，需要通过理论识别获取。此外，通过灵敏度分析可以发现，主梁节段重量是对主梁线形影响最大的因素之一，在施工监控中对这一因素的不利影响也应有适当的措施来调整。究其原因，首先梁段重量的改变直接改变了主梁恒载，从而可导致主梁挠度发生变化，其次，主梁梁段重量也是影响索力的重要因素，而索力的改变必然会导致所长的变化，进而对主梁线形产生影响。第三，主梁重量也是影响塔偏的重要因素，而塔偏的变化，也必然会使主梁线形发生变化。3.2 考虑节段施工影响的混凝土收缩徐变效应计算斜拉桥主梁一般采用分段悬臂法施工, 各节段混凝土存
28、在龄期上的差别, 可以采用增量有限元法进行考虑节段施工影响的混凝土收缩徐变效应分析。其中通过有效弹性模量反映当前时间段内力增量的徐变影响, 通过等效初应变考虑以往时间段内力增量的徐变效应。徐变系数的计算采用徐变弹性体理论。计算结果表明, 收缩徐变对于索力、主梁内力和主梁标高均有一定影响。目前计算混泥土的徐变效应理论主要有弹性徐变体理论，老化理论，改进的老化理论等等多种理论。在施工过程中，可以根据开始几个号块的应力应变测量与理论值比较，得出混泥土收缩，徐变以及温度影响的一些规律，为今后的监控提供实际参考。3.3 温度影响计算温度变化对结构内力及变形的影响可分为两种情况: 一是均匀的温度变化, 即
29、全结构温度变化相同, 这种温度变化会使斜拉桥产生变形而造成温度内力( 次内力) ; 二是不均匀的温度变化, 即结构不同部位或不同构件的温度变化不同, 在结构内产生温度差, 因而使结构产生变形, 如缆索与梁、塔的温度差会使主梁的标高产生变化, 梁顶与梁底的温度差使梁受弯, 箱形截面内外温差使板受弯等. 这种变形在斜拉桥中也会产生次内力. 温度的变化在施工控制中应予以特别关注, 尤其是在大跨度斜拉桥的施工控制中 . 采用有限元法分别计算了桥梁各个施工阶段下温度对主梁标高和索力的影响, 包括整体温差影响、索梁温差影响和主梁温度梯度影响等。整体温差对于主梁标高与索力影响较小, 而索梁温差与主梁温度梯度
30、对结构有较大影响,且影响的规律有所不同。 这种处理主要表现在两个方面: 一是在立模标高的控制计算中应考虑季节温差和索、梁、塔不均匀温度场的影响, 二是在控制测量中应尽量消除日照温差的影响.4. 施工过程的标高与索力调整预应力混凝土斜拉桥主梁施工控制存在主梁标高与索力的控制问题, 也即所谓的“ 双控”问题。最理想的情况是主梁标高与索力同时控制在精度的范围之内, 但由于存在主梁超重等因素的影响, 这是很难做得到的。在崖门大桥主梁施工过程中采用的控制原则是既要实现“双控”, 主梁标高与索力的控制标准又可以不同, 具体来讲就是主梁标高控制在精度范围之内, 而索力( 塔、梁应力) 则控制在安全范围之内。
31、由此可见, 索力的控制可以适当放松, 在结构安全的前提下可以适当调整索力以消除或减少主梁超重等影响, 确保主梁线形满足设计要求。崖门大桥主梁施工控制主要是通过对主梁标高( 含立模标高) 与索力的调整来实现的, 这种调整是相对于设计值而言的。主梁标高的调整包括主梁每节段施工完毕后当前节段的标高( 简称阶段末标高) 的调整以及主梁立模标高的调整等。索力的调整包括主梁每节段施工完毕后当前节段斜拉索张拉力( 即施工索力) 的调整以及阶段性的多索力调整等。主梁标高与索力调整应严格依据前述控制原则进行。4.1 立模标高的调整主梁标高的调整包括主梁每节段施工完毕后当前节段的标高（简称阶段末标高）的调整以及主
32、梁立模标高的调整等。4.1.1 阶段末标高的调整由控制原则可知，阶段末标高的调整量必须控制在一个较小的范围之内，同时要确保主梁线形平顺，即既要保证主梁各节段绝对标高的精度，也不能让主梁出现明显的折点。为此，首先根据平顺要求确定阶段末标高误差界限1，然后，再根据绝对标高要求确定阶段末标高误差界限2，标高误差限2是根据斜拉桥实际控制难度以及期望控制要求确定，一般由设计单位与控制单位共同确定。在确定两个阶段末标高误差界限后，阶段末标高调整的具体实施方法是：当上一节段的阶段末标高实测值与设计值的差异在标高误差界限1之内时，则下一个节段的阶段末标高就不需要作调整，仍取为设计值；当上一个节段的阶段末标高实
33、测值与设计值的差异超过正负界限1而小于界限2时，则下一个节段的阶段末标高要作相应调整，且调整量不得小于-（正负界限1）；当上一个节段的阶段末标高实测值与设计值的差异超过正负界限2时，则应在下一个节段的施工索力调整中予以考虑，使下一节段的阶段末标高调整量不至于太大而又不会导致主梁出现折点现象。主梁立模标高的调整量由四个部分组成：阶段末标高的调整引起的立模标高调整量，取为阶段末标高调整量；牵索挂篮施工具体方案(挂篮刚度与牵索方案)以及识别后的主梁节段重量与调整后的施工索力引起的立模标高调整量，可以通过前述的主梁牵索挂篮施工模拟计算获得；挂篮的非力学因素变形引起的立模标高调整量，可根据经19验确定，
34、一般在5mm10mm左右；温度效应引起的立模标高调整量。根据前三部分调整量的总和即可得到在设计温度场下调整后的主梁立模标高。而第四部分调整量则很难通过理论计算获取，原因是立模时结构的实际温度场根本无法准确知道。考虑到一个主梁节段一般在都不会很长，可以认为在不同温度场下主梁前端前后两个节段的标高差保持不变，因此立模时只要先实测出前一节段的实际标高，再迭加上设计温度场下前后两个节段的标高差，即可得到考虑温度影响效应的主梁立模标高。由于一般施工单位都会在白天进行立模工作，此时正是一天当中温度对主梁前端标高影响会比较大，采用上述方法后则既可消除温度的影响又不延误工期4.2 斜拉索的索力测量参数识别4.
35、2.1 拉索垂度影响分析 斜拉索垂度影响是非线性问题之一，由于斜拉索存在一定的自重垂度，故其弹性模量也存在一定的下降或损失。斜拉索因自重垂度而引起损失后的弹性模量称为表观弹性模量，也就是计算时的有效弹性模量或等价弹性模量（以下均称为修正弹性模量）,斜拉索的修正弹性模量与斜拉索的垂度大小有关，而垂度大小又与斜拉索的应力和自重以及斜拉索的水平投影长度等有关。故当自重与水平投影长度不变时，只在一定的应力值时修正弹性模量才为定值。应力一起变化，垂度与修正弹性模量即随之变化。在大跨度斜拉桥中，考虑斜拉索的非线性分析一般采用Ernst式来计算修正弹性模量： （1）式(1)中：拉索等效弹性模量；：拉索容重；
36、：索材料的弹性模量；：索中的拉应力；：拉索的水平投影。4.2.2 拉索计算长度的修正斜拉索一般采用直径5mm或7mm的预应力高强钢丝并拢经大节距扭绞，绕包且在其外热挤包裹高密度聚乙烯护层而形成的半平行钢丝索，这种索挠曲性能好，可以自由地缠绕在卷筒上进行长途运输，亦在工厂中机械化制作。从试验得知，纽绞角小于4时，其弹性模量和疲劳性能不受损减。斜拉索两端为冷铸墩头锚。这种拉索既非理想的柔性索，两端也不完全是固定铰接。对于理论模型与实际拉索边界条件的差别可以用修正索长的办法进行模拟，即用于索力计算的计算索长L的取值要比拉索两端的实际锚固点间距小。经过大量的数据分析整理得出，索长修正的经验公式为 (2
37、)式中，L为斜拉索的计算索长；L0为斜拉索上下两端索孔锚板中心的几何距离；D为斜拉索外径。4.2.3 拉索抗弯刚度对索力的影响拉索的抗弯刚度对其索力存在一定的影响，但因拉索的抗弯惯矩很难确定，故无法直接求得抗弯刚度对拉索索力的影响。拉索的实际抗弯刚度应该介于索中高强钢丝之间完全粘接与完全不粘结之间。斜拉桥的施工控制过程中，当一些其它的因素已经被较好的控制后，主梁的内力和线形就只有通过张拉索力和悬臂端部的立模标高进行调整了。由于截面内力对立模标高的敏感程度较低，通过适当调整悬臂端部立模标高可以实现改变主梁线形的目的。因此，对于施工中结构实际参数与设计参数不一致所带来的内力误差，只有通过张拉索力的
38、改变来调整以满足成桥状态下的设计期望值。4.2.4 边界条件对索力的影响 索的边界条件实际上是介于铰支和固支之间，这和索力有较大的关系。当索力较小时，偏于铰支；当索力较大时，偏于固支的情况。对斜拉桥的斜拉索而言，索力较大，一般偏于固支的情况。当不考虑垂度和斜度的影响，可假定抗弯刚度为零，两种边界条件下的解是一致的。考虑上诉因素时，两种边界条件下索力的计算结果是不同的。4.3 索力的调整所谓施工索力是指主梁每节段施工完毕后当前节段的斜拉索张拉力。根据前述控制原则, 可以适当调整施工索力来及时消除或减少施工误差引起的影响。这种调整方式可以理解成是一种单索力调整方式, 它的一个最大好处是索力调整与节
39、段施工同步完成, 不需占用额外时间, 可以确保工期。施工索力的调整有2 个作用: 1， 及时消除主梁节段超重的影响; 当上一节段的阶段末标高实测值与设计值的差异,2，超过正负30 mm 时, 可以消除一部分差异, 使下一节段的阶段末标高调整量可以同时满足绝对标高与线形平顺两方面的要求。施工索力的调整量可以通过理论计算获得。当主梁施工到一定节段时, 需要对已施工主梁的状态( 包括主梁标高、主梁内力和索力) 进行阶段性评估。如主梁标高与设计值相比出现较大偏差,根据前述控制原则, 可以适当调整已施工斜拉索的索力( 即多索力调整) 来消除或减少主梁标高偏差,但这种调整必须在主梁安全的前提下进行。多索力
40、调整方案可以通过下述步骤制定:( 1) 获取主梁标高和塔顶位移的偏差( 利用推断设计值和实测值) ;( 2) 主梁超重识别( 根据各节段施工过程中的实测索力、主梁标高、塔顶位移和主梁应力) ;( 3) 获取调索前主梁和墩塔的内力( 应力) 状况( 根据实测索力和识别后的主梁重量) ;( 4) 设定调整权重, 利用索力影响矩阵进行调索计算, 全部或部分消除主梁标高和塔顶位移的偏差, 同时获取由此产生的结构内力( 应力) 改变量;( 5) 获取调索过程中的结构内力( 应力) 包络值以及调索后的结构内力( 应力) 状态;( 6) 按正常情况计算至成桥, 考察结构内力( 应力)在此过程中有否问题, 若
41、没问题则调索成功, 若有问题, 则返回( 4) , 重新设定调整权重后再进行调索计算。值得注意的是, 多索力调整方案是不唯一的, 要达到同样的调整效果, 参与调索的索数和索号有多种选择。当然, 对于不同的调索方案, 索力的改变量是不同的。 下面所采用的调整原则是通过合理的确定下一阶段斜拉索的初张力Tr(k+i)（第三次张拉力），使得结构在张拉Tr(k+1)和浇注第k+1号梁段混凝土时悬臂端及已浇注的相邻若干节点的竖向位移增量比与设计值尽可能的一致。将悬臂端即将张拉的斜拉索记为第i号节点，相邻的悬臂端记为第1号节点，依次往回退的节点分别记为第2,3,n号节点，第i号斜拉索张拉前最近施工的梁段亦记
42、为第i梁段。设：Fj(i)张拉第i号斜拉索及浇注第i号梁段混凝土时第j号节点的竖向位移增量比的实测值；Dj(i)张拉第i号斜拉索及浇注第i号梁段混凝土时第j号节点的竖向位移增量比的理论值；xj(i)第i号斜拉索拉力为单位拉力时，在第j号节点处所引起的竖向位移增量实测值与理论值之比，即 (3)式中：为在实际拉力作用下节点j处位移增量的实测值；为在设计拉力作用下第j节点处位移增量的理论值。对xj(i)系列可分别建立GM(1,1)预测模型并根据xj系列的定义，则有张拉第k+1号斜拉索时第j号节点位移增量的预测输出为 (4)同时引入系列yj，并定义：yj(i)浇注第i号梁段混凝土时，第j号节点竖向位移
43、增量实测值与理论值之比。同样，对系列yj建立GM(1,1)预测模型并根据系列的定义，可得在浇注第k+1号梁段混凝土时，第j号节点位移增量的预测输出为 (5)根据式(4) 和式(5)可得在张拉第k+1号斜拉索和浇注第k+1号梁段混凝土时相应位移增量之比的模型预测输出值为 (6)第18页 共22页若采用闭环预测，则相应的预测模型输出为 (7)定义 (8)和目标函数Jp（p步预测）为 (9)式中为的参考轨迹，N为考虑的节点数，若仅取一步预测(p=1)并取W1=1.0，则目标函数为 (10)且 (11)则可求得k+1时刻斜拉索张拉力的控制值Tr(k+1)为 (12)式中可视为第k+1号斜拉索张拉力的调
44、整系数。式(11)中的设定值Cj=1.0，为速度系数，当0时表示预测输出能很快地达到设定值，一般可结合实际情况在0,0.2中取值，以使控制柔化。参考文献: 1 田仲初,颜东煌，席芳柏,等.高低塔P.C.斜拉桥（ 江西鄱阳湖口桥）的监测与监控C.第十四届全国桥梁学术会议论文集，2000(11)：363- 367.2 陈德伟,范立础,项海帆.独塔斜拉桥（ 广东三水桥）的施工控制J.同济大学学报，1997(2)：23- 28.3 苏成，徐郁峰，邓江.崖门大桥施工过程中温度影响的分析、实测与补偿J.桥梁建设，2003(1)：19- 22.4 向木生，张世飙，张开银,等.大跨度预应力混凝土桥梁施工控制技
45、术J.中国公路学报，2002(10)：38- 42.5 施笃铮.预应力混凝上斜拉桥施工控制研究D.杭州：浙江大学，2002.6 韩大建,苏成,王卫锋.崖门大桥施工监控的技术流程与主要成果J.桥梁建设，2003(1)：5- 8.7 何道清.传感器与传感器技术M.北京：科学出版社，2005.8 向中富.桥梁施工控制技术M.北京：人民交通出版社，20019 徐君兰.大跨度桥梁施工控制M. 人民交通出版社,200010 李乔，卜一之，张清华.大跨度斜拉桥施工全过程几何控制概论与应用M.成都：西南交通大学出版社，200911 王卫峰.PC斜拉桥的施工监控，华南理工大学博士学位论文。导师：韩大建教授，200012 侯宁.P.C.斜拉桥施工全过程控制研究.硕士学位论文D,2003,5:74-7613 王卫锋. 徐郁峰，韩大建，王卫兵.崖门大桥施工中的索力测试技术J.桥梁建设，2003(1)：0023- 4.23