论文部分内容阅读
摘要：依托某矮塔斜拉桥制定了相关施工监控方案的关键控制项目，同时建立了有限元模型对整个施工过程进行分析，最终达到桥梁施工过程中时刻调整并控制应力应变及桥梁线形的目标。
关键词：矮塔斜拉桥 关键控制项目 应力监测 线形控制
中图分类号：U448.275文献标志码：A
0 前言
矮塔斜拉桥又称为“部分斜拉桥”。意指在结构性能上，斜拉索仅仅分担部分荷载，还有相当部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受［1］～［3］。与传统斜拉桥相比，矮塔斜拉桥索塔塔高较低，施工简单且不用考虑桥梁失稳；斜拉索应力变化幅值较小，可充分发挥拉索高强钢筋的材料性能；梁体刚度较大，施工过程中及合龙后，一般不需进行索力调整［7］。
1 项目概况
某大桥为双塔双索面矮塔斜拉桥，桥梁全长394m，跨径布置为112+190+92m；桥宽27.5m，双向四车道。桥跨布置：1.50m（拉索区）+4.25m（人行道）+16.0m（车行道）+4.25m（人行道）+1.50m（拉索区）＝27.5m。
2 施工关键控制项目
2.1 线形监测
矮塔斜拉桥一般不进行2次调索，主梁刚度较大，无法通过索力调整主梁线形。［2］为确保桥梁合龙时其成桥线形达到精度的要求，在混凝土浇筑前即需对每个节段进行立模标高，在混凝土浇筑、预应力钢绞线张拉及拉索张拉后都必须进行标高的测量，以时刻掌握并调控各观测点的位移变形过程。
（1）测点布置
0号块件高程测点布置：高程测点布置在离块件前端15cm左右处，每个节段各设3个高程测点。各悬臂浇筑节段高程测点布置：每个节段高程测点各设3个测点，并在每个施工块件上布置2个对称的高程观测点。
（2）观测时间
在每个梁段施工过程中，当挂篮移动就位后、浇筑混凝土后、张拉预应力钢束后都应该测量悬臂端的标高值。梁段施工L/4跨径后，全桥应该通测1次。主梁合龙前、合龙后及桥面完成施工后，分别复测一次全桥主梁的顶面标高。
2.2 索力监测
矮塔斜拉桥斜拉索的张拉力直接影响到主梁的内力和线形，其索力大小是反映全桥内力状态的关键指标，测量各施工阶段和成桥状态的索力是施工监控主要内容之一[4]。
（1）采用仪器
通过技术、经济的比较本桥选用频率法测试斜拉索索力，索力测试仪采用长沙金码JMM-268索力动测仪和锚索计。
（2）测点布置
在主梁吊装、斜拉索张拉、桥面吊机前移、二期恒载施工等工况下均需进行斜拉索索力的监测，监测过程中对每根斜拉索布置测点。但应注意对索的理论振动长度的选取，对于前几对短索，还要考虑抗弯刚度的影响，进行测量前的标定工作。另外，索较短时，还要考虑索的底端用于保护拉索的钢套管(长度固定)对斜拉索频率的影响。
（3）测量方法
振动频率法，用锚索计将加速度传感器固定在斜拉索上，用加速度传感器将索的随机振动信号转变成电信号并将其放大，输送至动态信号采集系统用以记录斜拉索的振动基频并储存，通过结构分析计算机程序自动换算斜拉索的拉力。
2.3 应力监测
通过应力监测可以掌握结构的应力状况，能够及时分析结构应力是否超过规范限值，以使施工过程中每个阶段应力得到及时的控制和调整，从而保证施工安全可靠进行。
（1）采用仪器
选用钢弦应力计监测主要控制截面的应力，通过测定钢弦应力计的频率得到混凝土的应力。
（2）测点布置
索塔、横梁测点布置：在墩底、横梁上下缘、横梁跨中共布置8个应力观测截面；主梁梁段测点布置：以每个“T”的悬臂根部、1/2悬臂长度及跨中作为主梁应力观测截面，共23个应力观测截面。每个观测截面各布置7个测点，均为顺桥向布置。应力计按预定的测试方向固定在主筋上。
（3）监测时间
每次观测应力的时间选在早晨6:00～9:00之间进行。
2.4 温度监测
通过温度测试提供主梁、索塔、斜拉索的各测试断面的温度短期变化曲线和季节性温差变化曲线以及索内外温差和中心点温差的对应关系曲线。结合塔柱偏移和主梁线形以及索力的测量结果，总结出结构日照温差变形规律和季节性的温差变形规律以达到对温度影响进行控制的目的［5］。
（1）采用仪器
在本次温度监测中选用PT100薄膜鉑电阻作为温度监测仪器。
（2）测点布置
1）主梁梁段
随机选择选择4个观测截面作为温度监测截面，在每个温度观测截面布置7个温度测点。
2）索塔截面
桥塔设3个温度场测试截面，布置28个温度测点。
3）斜拉索
每个索塔每侧设2根2m长的温度索，一个索面一个，全桥共设8根温度索。主梁施工过程中每个梁段测量一次。
(3)监测时间
观测时间：混凝土浇注后的第三天、第七天和预应力张拉后的第一天的上午、中午和晚间进行量测。
2.5 塔顶偏位监测
(1)采用仪器
利用全站仪进行观测
(2)测点布置
用全站仪观测主桥塔顶安装的棱镜坐标，计算出塔顶的水平偏移程度。索塔偏位测量在吊机前移及所有拉索张拉工况和二次调索前后以及二期恒载施工前后进行，以拉索最后一次张拉到位作为一个梁段的测量控制结果评价工况。
(3)检测时间
为减少日照温度对测量的影响，测量时间应选在清晨进行[6]。
2.6索塔基础沉降监测
(1)采用仪器
采用全站仪和精密电子水准仪对索塔基础沉降进行监测。
(2)测点布置
索塔沉降观测点布置在索塔承台上，测点采用不锈钢圆头短钢筋，在承台施工时预埋。
(3)监测时间
监测周期为1个月。
3 施工监控的仿真模拟计算
施工监控的计算是对设计方确定的成桥状态和施工状态进行复核，以保证施工过程的安全和可靠，确保建成后桥梁线形和内力满足规范和设计要求，是施工监控系统的重要组成部分。在该桥的施工监控过程中，按照施工和设计所确定的施工工序及设计所提供的基本参数，通过Midas/civil有限元软件进行计算分析，得到各施工阶段及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。与现场实测数据进行比较分析，从而达到对桥梁施工过程实时监控的目的。
4 监控结果分析
4.1主梁应力
为了解其受力情况，在悬臂施工时在主梁的关键断面合拢段布置了应力计，应力实测值见表1。
表1 主桥合拢段应力监测值（单位:MPa）
Table 1. main closed monitoring value of changeover portion (unit: MPa)
由表中施工阶段实测数据来看，实测应力值与理论值计算值基本吻合，在允许控制范围内。
4.2成桥后主梁线形
成桥恒载状态下，该桥主梁梁底标高实测值与理论值吻合良好，两者误差较小(≤±20mm)，主梁线形平顺流畅。图1为主梁恒载状态下桥面标高实测值与理论值关系曲线。
图1 成桥后实测标高与理论标高
Fig 6 the measured and theoretical level of the bridge
4.3成桥索力分析
斜拉索索力随施工过程不断发生变化，对成桥状态下关键截面主梁应变实测值与理论值进行比较[7]。
表2成桥状态下关键截面主梁应变实测值与理论值比较
Table 2. state key section strain girder measured values compared with the theoretical value
索力实测结果(见表2)表明，成桥恒载状态下，该桥主桥各斜拉索索力实测值与理论值吻合良好，相对误差均较小(≤±5％)，斜拉索受力合理。
5 结论
(1)斜拉桥整个结构均匀升温或降温时，温度变化对主梁挠度的影响较小，这是由于混凝土和钢的线膨胀系数相近，梁、塔索在相同的温度变化下所产生的变形是相吻合的，因此施工控制可不考虑季节温差对主梁线形的影响[8]。
(2)在监测过程中应不断调整理论值和实测值的差距，使整个施工过程都在可接受的施工控制范围内，以达到有效控制应力应变及桥梁线形的目标。
(3)矮塔斜拉桥拉索的长度一般较短，索力测量时，除需考虑索长的修正外，还要考虑短索单位索重的修正[9]。
参考文献
[1]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2002.
[3]周念先,杨共树等.预应力混凝土斜张桥[M].北京:人民交通出版社,1989.
[4]谷定宇.矮塔斜拉桥施工控制仿真分析[D].合肥:郑州大学,2006.
[5]林玉森,张运波,强士中.矮塔斜拉桥的施工监控技术研究[J].公路,2005,(5):44～47.
[6]赵中旺,葛俊颖,王海良.某矮塔斜拉桥的施工控制研究[J].铁道建筑,2002,(6): 23～25.
[7]王荣辉,薛礼建.矮塔斜拉桥索力测试方法研究[J].中外公路,2011,31(2):116～120.
[8]孙建平．矮塔斜拉桥施工关键技术[J].铁道建筑,2005,(9):17～18.
[9]李传习,余支福,陈富强.矮塔斜拉桥施工监控[J].公路与汽运,2008,(1):100～102.
作者简介：陈诗（1989-），女，汉族，重庆大足人，硕士研究生，主要从事大跨径桥梁设计理论。
关键词：矮塔斜拉桥 关键控制项目 应力监测 线形控制
中图分类号：U448.275文献标志码：A
0 前言
矮塔斜拉桥又称为“部分斜拉桥”。意指在结构性能上，斜拉索仅仅分担部分荷载，还有相当部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受［1］～［3］。与传统斜拉桥相比，矮塔斜拉桥索塔塔高较低，施工简单且不用考虑桥梁失稳；斜拉索应力变化幅值较小，可充分发挥拉索高强钢筋的材料性能；梁体刚度较大，施工过程中及合龙后，一般不需进行索力调整［7］。
1 项目概况
某大桥为双塔双索面矮塔斜拉桥，桥梁全长394m，跨径布置为112+190+92m；桥宽27.5m，双向四车道。桥跨布置：1.50m（拉索区）+4.25m（人行道）+16.0m（车行道）+4.25m（人行道）+1.50m（拉索区）＝27.5m。
2 施工关键控制项目
2.1 线形监测
矮塔斜拉桥一般不进行2次调索，主梁刚度较大，无法通过索力调整主梁线形。［2］为确保桥梁合龙时其成桥线形达到精度的要求，在混凝土浇筑前即需对每个节段进行立模标高，在混凝土浇筑、预应力钢绞线张拉及拉索张拉后都必须进行标高的测量，以时刻掌握并调控各观测点的位移变形过程。
（1）测点布置
0号块件高程测点布置：高程测点布置在离块件前端15cm左右处，每个节段各设3个高程测点。各悬臂浇筑节段高程测点布置：每个节段高程测点各设3个测点，并在每个施工块件上布置2个对称的高程观测点。
（2）观测时间
在每个梁段施工过程中，当挂篮移动就位后、浇筑混凝土后、张拉预应力钢束后都应该测量悬臂端的标高值。梁段施工L/4跨径后，全桥应该通测1次。主梁合龙前、合龙后及桥面完成施工后，分别复测一次全桥主梁的顶面标高。
2.2 索力监测
矮塔斜拉桥斜拉索的张拉力直接影响到主梁的内力和线形，其索力大小是反映全桥内力状态的关键指标，测量各施工阶段和成桥状态的索力是施工监控主要内容之一[4]。
（1）采用仪器
通过技术、经济的比较本桥选用频率法测试斜拉索索力，索力测试仪采用长沙金码JMM-268索力动测仪和锚索计。
（2）测点布置
在主梁吊装、斜拉索张拉、桥面吊机前移、二期恒载施工等工况下均需进行斜拉索索力的监测，监测过程中对每根斜拉索布置测点。但应注意对索的理论振动长度的选取，对于前几对短索，还要考虑抗弯刚度的影响，进行测量前的标定工作。另外，索较短时，还要考虑索的底端用于保护拉索的钢套管(长度固定)对斜拉索频率的影响。
（3）测量方法
振动频率法，用锚索计将加速度传感器固定在斜拉索上，用加速度传感器将索的随机振动信号转变成电信号并将其放大，输送至动态信号采集系统用以记录斜拉索的振动基频并储存，通过结构分析计算机程序自动换算斜拉索的拉力。
2.3 应力监测
通过应力监测可以掌握结构的应力状况，能够及时分析结构应力是否超过规范限值，以使施工过程中每个阶段应力得到及时的控制和调整，从而保证施工安全可靠进行。
（1）采用仪器
选用钢弦应力计监测主要控制截面的应力，通过测定钢弦应力计的频率得到混凝土的应力。
（2）测点布置
索塔、横梁测点布置：在墩底、横梁上下缘、横梁跨中共布置8个应力观测截面；主梁梁段测点布置：以每个“T”的悬臂根部、1/2悬臂长度及跨中作为主梁应力观测截面，共23个应力观测截面。每个观测截面各布置7个测点，均为顺桥向布置。应力计按预定的测试方向固定在主筋上。
（3）监测时间
每次观测应力的时间选在早晨6:00～9:00之间进行。
2.4 温度监测
通过温度测试提供主梁、索塔、斜拉索的各测试断面的温度短期变化曲线和季节性温差变化曲线以及索内外温差和中心点温差的对应关系曲线。结合塔柱偏移和主梁线形以及索力的测量结果，总结出结构日照温差变形规律和季节性的温差变形规律以达到对温度影响进行控制的目的［5］。
（1）采用仪器
在本次温度监测中选用PT100薄膜鉑电阻作为温度监测仪器。
（2）测点布置
1）主梁梁段
随机选择选择4个观测截面作为温度监测截面，在每个温度观测截面布置7个温度测点。
2）索塔截面
桥塔设3个温度场测试截面，布置28个温度测点。
3）斜拉索
每个索塔每侧设2根2m长的温度索，一个索面一个，全桥共设8根温度索。主梁施工过程中每个梁段测量一次。
(3)监测时间
观测时间：混凝土浇注后的第三天、第七天和预应力张拉后的第一天的上午、中午和晚间进行量测。
2.5 塔顶偏位监测
(1)采用仪器
利用全站仪进行观测
(2)测点布置
用全站仪观测主桥塔顶安装的棱镜坐标，计算出塔顶的水平偏移程度。索塔偏位测量在吊机前移及所有拉索张拉工况和二次调索前后以及二期恒载施工前后进行，以拉索最后一次张拉到位作为一个梁段的测量控制结果评价工况。
(3)检测时间
为减少日照温度对测量的影响，测量时间应选在清晨进行[6]。
2.6索塔基础沉降监测
(1)采用仪器
采用全站仪和精密电子水准仪对索塔基础沉降进行监测。
(2)测点布置
索塔沉降观测点布置在索塔承台上，测点采用不锈钢圆头短钢筋，在承台施工时预埋。
(3)监测时间
监测周期为1个月。
3 施工监控的仿真模拟计算
施工监控的计算是对设计方确定的成桥状态和施工状态进行复核，以保证施工过程的安全和可靠，确保建成后桥梁线形和内力满足规范和设计要求，是施工监控系统的重要组成部分。在该桥的施工监控过程中，按照施工和设计所确定的施工工序及设计所提供的基本参数，通过Midas/civil有限元软件进行计算分析，得到各施工阶段及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。与现场实测数据进行比较分析，从而达到对桥梁施工过程实时监控的目的。
4 监控结果分析
4.1主梁应力
为了解其受力情况，在悬臂施工时在主梁的关键断面合拢段布置了应力计，应力实测值见表1。
表1 主桥合拢段应力监测值（单位:MPa）
Table 1. main closed monitoring value of changeover portion (unit: MPa)
由表中施工阶段实测数据来看，实测应力值与理论值计算值基本吻合，在允许控制范围内。
4.2成桥后主梁线形
成桥恒载状态下，该桥主梁梁底标高实测值与理论值吻合良好，两者误差较小(≤±20mm)，主梁线形平顺流畅。图1为主梁恒载状态下桥面标高实测值与理论值关系曲线。
图1 成桥后实测标高与理论标高
Fig 6 the measured and theoretical level of the bridge
4.3成桥索力分析
斜拉索索力随施工过程不断发生变化，对成桥状态下关键截面主梁应变实测值与理论值进行比较[7]。
表2成桥状态下关键截面主梁应变实测值与理论值比较
Table 2. state key section strain girder measured values compared with the theoretical value
索力实测结果(见表2)表明，成桥恒载状态下，该桥主桥各斜拉索索力实测值与理论值吻合良好，相对误差均较小(≤±5％)，斜拉索受力合理。
5 结论
(1)斜拉桥整个结构均匀升温或降温时，温度变化对主梁挠度的影响较小，这是由于混凝土和钢的线膨胀系数相近，梁、塔索在相同的温度变化下所产生的变形是相吻合的，因此施工控制可不考虑季节温差对主梁线形的影响[8]。
(2)在监测过程中应不断调整理论值和实测值的差距，使整个施工过程都在可接受的施工控制范围内，以达到有效控制应力应变及桥梁线形的目标。
(3)矮塔斜拉桥拉索的长度一般较短，索力测量时，除需考虑索长的修正外，还要考虑短索单位索重的修正[9]。
参考文献
[1]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社,2002.
[3]周念先,杨共树等.预应力混凝土斜张桥[M].北京:人民交通出版社,1989.
[4]谷定宇.矮塔斜拉桥施工控制仿真分析[D].合肥:郑州大学,2006.
[5]林玉森,张运波,强士中.矮塔斜拉桥的施工监控技术研究[J].公路,2005,(5):44～47.
[6]赵中旺,葛俊颖,王海良.某矮塔斜拉桥的施工控制研究[J].铁道建筑,2002,(6): 23～25.
[7]王荣辉,薛礼建.矮塔斜拉桥索力测试方法研究[J].中外公路,2011,31(2):116～120.
[8]孙建平．矮塔斜拉桥施工关键技术[J].铁道建筑,2005,(9):17～18.
[9]李传习,余支福,陈富强.矮塔斜拉桥施工监控[J].公路与汽运,2008,(1):100～102.
作者简介：陈诗（1989-），女，汉族，重庆大足人，硕士研究生，主要从事大跨径桥梁设计理论。