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【摘要】FK#2-3公路桥为双索面混凝土自锚式悬索桥，塔梁固结，塔墩分离，为高次超静定结构。在施工过程中根据各阶段的施工特点进行监控，取得了良好的效果。本文介绍了施工监控技术和关键控制阶段，为日后同类桥的施工监控提供借鉴。
【关键词】自锚式；悬索桥；主缆架设；施工监控
Abstract：FK2-3 highway bridge concrete self-anchored suspension bridge with double cable planes, tower beams consolidation, tower Pier separation, high-order hyperstatic structures.The monitoring achieved good results in the construction process according to the characteristics of each stage of construction. This article describes the construction monitoring technology and critical control stage, to provide a reference for future similar bridge construction monitoring.
Key words ：Self-anchored; Suspension bridge; Main Cable Erection; construction monitoring
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1、工程概况
发生渠FK2－3#公路桥位于哈尔滨市松北区新镇村境内，跨越人工湖，是哈尔滨市松北灌排体系及水生态环境建设一期工程内的一座桥梁。主桥为双索面混凝土自锚式悬索桥，塔梁固结，塔墩分离，计算跨径为51.5m+51.5m，桥宽为36m，为斜桥，斜交角度为69.09°。主桥主梁在半径2500m的竖曲线上，横坡1.5％，纵坡1.1％。主梁可采用一次浇筑施工完成或分段澆筑施工，如采用分段浇筑施工时应由设计单位给出分段要求。箱梁施工可在顶板预留有临时人孔，作为施工中拆除内模、张拉预应力筋等工作之用，全桥主梁施工完毕后，对施工人孔用等强微膨胀混凝土进行封闭。本桥位于东北寒冷地区，使得桥梁受力复杂多变，并且单塔双索面双跨自锚式悬索桥控制精度高、施工技术复杂，加上本桥的施工工期紧、施工条件差等原因，使得本桥的施工监控难度大大增加。桥梁总体布置见图1。
图1 桥梁总体布置图
2、施工监控的作用及目的
施工监控是桥梁施工的重要组成部分，本桥为高次超静定结构，主缆和吊杆为主梁的主要承重结构，主缆线形和吊杆拉力决定着主梁和塔柱的受力状态以及桥面线形，主缆和吊杆必需严格按照一定的安装和张拉顺序、张拉力进行施工，才能实现设计状态。由于施工必然存在误差，因此，必须通过严密监控使施工过程中的结构内力合理，结构变形控制在允许范围内，确保结构施工过程中的安全与稳定，成桥线形与受力状态符合设计要求。
3、施工监控
3.1施工监控的内容
桥梁施工监控是一个“施工—测量—计算分析—修正—预告”的循环过程，施工监控的内容主要包括：
（1）立模标高及桥面线形的监控：本桥箱梁的刚度较大，吊杆引桥的结构变形较小，经过计算可不设置预拱度。桥面线形监控是工程验收的重要指标，是必不可少的控制内容，需尽量减小实际结构桥面线形与设计结构桥面线形的偏差，并将其降低到允许的范围。
（2）主缆线形的监控：悬索桥主缆架设是悬索桥施工的关键环节，为了保证成桥阶段主缆线形满足设计要求，必须对主缆的无应力索长、吊杆的长度、接长拉杆的数量和长度、索夹的安装位置进行监控。
（3）主索鞍与散索鞍偏移的监控：索鞍的施工是整个施工项目中的重点项目，在张拉过程中，吊杆张拉力的不对称、不同步会造成主索鞍两侧水平力不平衡，因此要监测主索鞍与索塔的相对移动。随着竹篮力的增加，散索鞍会向中跨发生移动，需要监测散索鞍移动情况以确定是否对主缆线形进行修正。
（4）索力的监控：索力的准确与否直接关系到线形及施工安全，根据各测试阶段的索力值以及关键索力随温度变化的曲线对吊索在不同工况下的索力进行调整。通过传感器得到的振动频谱来确定拉索的自振频率，然后根据自振频率与索力的关系确定索力。
（5）温度变化的监控：温度的影响主要有昼夜温差影响和季节温差影响，在施工阶段，日照温差对主梁挠度和塔柱位移的影响尤为显著，主墩、主梁的温度监控采用预埋传感器及点温计配合测量，环境温度测量采用水银温度计和点温度计测试。
3.2、施工监控模型
此桥斜交角大，所以监控工作要首先了解其受力特点，运用MIDAS软件对结构进行空间梁格分析计算，运用ASSEM软件对结构进行平面非线性分析计算。
（1）空间梁格分析
建立空间梁格计算模型，其中节点299个，梁单元388个，只受拉单元36个，桁架单元32个，模型见图2。
图2 梁格法模型图
根据对模型的计算分析，可认为主梁是弹性支承的连续梁，主梁结构设计刚度大，吊杆仅承担索间距内荷载的50%，外荷载基本由主梁承担。对于缆索体系施工，可以使用平面模型来对体系施工过程进行计算。
（2）平面非线性分析
主缆无应力索长采用悬链线法，利用非线性有限元程序计算，得出该桥的无应力长度为118.70m。
施工阶段的模拟计算采用ASSEM有限元程序，施工控制要点是确定张拉顺序，从而保证主梁、主塔的安全。
3.3施工安装过程监控
自锚式悬索桥的结构特征决定了其施工顺序为“先梁后缆”。主梁施工采用在水中设置临时支架完成施工，桥塔采用爬模法施工。主缆架设之前，加劲梁形成由主墩和临时墩共同支撑的多跨连续梁体系，架设完成后，通过逐步张拉安装吊索实现体系转换，最后进行桥面铺装等二期恒载的施工。监控工作主要包括以下阶段：
（1）现场修正阶段：该阶段的主要内容是根据现场采集的数据，包括主塔坐标、标高及各锚固点坐标数据，对理论计算进行修正，重新给出主缆各索股无应力长度与各吊杆的下料长度。
（2）索股架设阶段：主要任务是基准索股定位、索股全部架设及索夹放样、索夹安装、吊杆安装。在基准索架设前要对气温进行连续观测，气温不突变时可作为基准索股定位时间。基准索股架设完成后两天不出现超过5mm标高差别的情况下，可进行其他索股的安装。
（3）张拉阶段：分为两个轮次，第一轮次以位移控制为主，第二轮次以位移与吊杆力双控，张拉完毕后进行通测微调。在张拉过程中随时监测张拉前后吊杆横梁的标高变化情况
（4）通测及微调阶段：用千斤顶进行张拉复测，在千斤顶不断增加油压的过程中，随着观测螺母，螺母松动所对应的油压表读数换算的拉力即为索力。同时观测油压表，当上升到一定程度指针温度时的读数换算的拉力即为吊杆力。实测值与理论值要控制在5%以内。
4、成桥荷载实验
为了检验桥梁结构整体受力性能和承载力是否达到设计文件和规范的要求，对该桥进行荷载实验。
通过对桥梁恒载状态下主梁线形、主缆线形进行测量并与理论值比较，线形满足结构受力要求；静载实验荷载作用下，该桥主体结构位移和应力测量值的校验系数均小于1.0，刚度和强度与理论计算相一致；无障碍行车、有障碍行车所得到的桥梁动力特性与计算值相符。
5、结论
按照本文确定的施工控制方法进行施工监控，该桥成桥线形和内力达到了预期的理想效果，有以下结论：
（1）自锚式悬索桥施工中张拉吊杆对非张拉点主缆的位移影响小，可以忽略，张拉前期可用位移来控制。
（2）可以根据施工特点将施工监控划分若干关键控制阶段，采用分阶段控制可以取得较好效果。
（3）由于自锚式悬索桥尚属新型结构，施工监控无经验可循，本文的施工监控研究为此类桥梁的施工监控提供了支持。
参考文献
[1]张哲.混凝土自锚式悬索桥[M].北京：人民交通出版社,2005.
[2]颜娟.自锚式悬索桥[J].国外桥梁,2002,(1):19-22.
[3顾安邦,张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京：机械工业出版社,2005.
[4]潘永仁.悬索桥结构非线性分析理论与方法[M].北京：人民交通出版社，2001.
[5]檀永刚,张哲,严伟飞.自锚式悬索桥施工控制中的力学特性 [J]公路交通科技2006（6）：92-94.
【关键词】自锚式；悬索桥；主缆架设；施工监控
Abstract：FK2-3 highway bridge concrete self-anchored suspension bridge with double cable planes, tower beams consolidation, tower Pier separation, high-order hyperstatic structures.The monitoring achieved good results in the construction process according to the characteristics of each stage of construction. This article describes the construction monitoring technology and critical control stage, to provide a reference for future similar bridge construction monitoring.
Key words ：Self-anchored; Suspension bridge; Main Cable Erection; construction monitoring
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1、工程概况
发生渠FK2－3#公路桥位于哈尔滨市松北区新镇村境内，跨越人工湖，是哈尔滨市松北灌排体系及水生态环境建设一期工程内的一座桥梁。主桥为双索面混凝土自锚式悬索桥，塔梁固结，塔墩分离，计算跨径为51.5m+51.5m，桥宽为36m，为斜桥，斜交角度为69.09°。主桥主梁在半径2500m的竖曲线上，横坡1.5％，纵坡1.1％。主梁可采用一次浇筑施工完成或分段澆筑施工，如采用分段浇筑施工时应由设计单位给出分段要求。箱梁施工可在顶板预留有临时人孔，作为施工中拆除内模、张拉预应力筋等工作之用，全桥主梁施工完毕后，对施工人孔用等强微膨胀混凝土进行封闭。本桥位于东北寒冷地区，使得桥梁受力复杂多变，并且单塔双索面双跨自锚式悬索桥控制精度高、施工技术复杂，加上本桥的施工工期紧、施工条件差等原因，使得本桥的施工监控难度大大增加。桥梁总体布置见图1。
图1 桥梁总体布置图
2、施工监控的作用及目的
施工监控是桥梁施工的重要组成部分，本桥为高次超静定结构，主缆和吊杆为主梁的主要承重结构，主缆线形和吊杆拉力决定着主梁和塔柱的受力状态以及桥面线形，主缆和吊杆必需严格按照一定的安装和张拉顺序、张拉力进行施工，才能实现设计状态。由于施工必然存在误差，因此，必须通过严密监控使施工过程中的结构内力合理，结构变形控制在允许范围内，确保结构施工过程中的安全与稳定，成桥线形与受力状态符合设计要求。
3、施工监控
3.1施工监控的内容
桥梁施工监控是一个“施工—测量—计算分析—修正—预告”的循环过程，施工监控的内容主要包括：
（1）立模标高及桥面线形的监控：本桥箱梁的刚度较大，吊杆引桥的结构变形较小，经过计算可不设置预拱度。桥面线形监控是工程验收的重要指标，是必不可少的控制内容，需尽量减小实际结构桥面线形与设计结构桥面线形的偏差，并将其降低到允许的范围。
（2）主缆线形的监控：悬索桥主缆架设是悬索桥施工的关键环节，为了保证成桥阶段主缆线形满足设计要求，必须对主缆的无应力索长、吊杆的长度、接长拉杆的数量和长度、索夹的安装位置进行监控。
（3）主索鞍与散索鞍偏移的监控：索鞍的施工是整个施工项目中的重点项目，在张拉过程中，吊杆张拉力的不对称、不同步会造成主索鞍两侧水平力不平衡，因此要监测主索鞍与索塔的相对移动。随着竹篮力的增加，散索鞍会向中跨发生移动，需要监测散索鞍移动情况以确定是否对主缆线形进行修正。
（4）索力的监控：索力的准确与否直接关系到线形及施工安全，根据各测试阶段的索力值以及关键索力随温度变化的曲线对吊索在不同工况下的索力进行调整。通过传感器得到的振动频谱来确定拉索的自振频率，然后根据自振频率与索力的关系确定索力。
（5）温度变化的监控：温度的影响主要有昼夜温差影响和季节温差影响，在施工阶段，日照温差对主梁挠度和塔柱位移的影响尤为显著，主墩、主梁的温度监控采用预埋传感器及点温计配合测量，环境温度测量采用水银温度计和点温度计测试。
3.2、施工监控模型
此桥斜交角大，所以监控工作要首先了解其受力特点，运用MIDAS软件对结构进行空间梁格分析计算，运用ASSEM软件对结构进行平面非线性分析计算。
（1）空间梁格分析
建立空间梁格计算模型，其中节点299个，梁单元388个，只受拉单元36个，桁架单元32个，模型见图2。
图2 梁格法模型图
根据对模型的计算分析，可认为主梁是弹性支承的连续梁，主梁结构设计刚度大，吊杆仅承担索间距内荷载的50%，外荷载基本由主梁承担。对于缆索体系施工，可以使用平面模型来对体系施工过程进行计算。
（2）平面非线性分析
主缆无应力索长采用悬链线法，利用非线性有限元程序计算，得出该桥的无应力长度为118.70m。
施工阶段的模拟计算采用ASSEM有限元程序，施工控制要点是确定张拉顺序，从而保证主梁、主塔的安全。
3.3施工安装过程监控
自锚式悬索桥的结构特征决定了其施工顺序为“先梁后缆”。主梁施工采用在水中设置临时支架完成施工，桥塔采用爬模法施工。主缆架设之前，加劲梁形成由主墩和临时墩共同支撑的多跨连续梁体系，架设完成后，通过逐步张拉安装吊索实现体系转换，最后进行桥面铺装等二期恒载的施工。监控工作主要包括以下阶段：
（1）现场修正阶段：该阶段的主要内容是根据现场采集的数据，包括主塔坐标、标高及各锚固点坐标数据，对理论计算进行修正，重新给出主缆各索股无应力长度与各吊杆的下料长度。
（2）索股架设阶段：主要任务是基准索股定位、索股全部架设及索夹放样、索夹安装、吊杆安装。在基准索架设前要对气温进行连续观测，气温不突变时可作为基准索股定位时间。基准索股架设完成后两天不出现超过5mm标高差别的情况下，可进行其他索股的安装。
（3）张拉阶段：分为两个轮次，第一轮次以位移控制为主，第二轮次以位移与吊杆力双控，张拉完毕后进行通测微调。在张拉过程中随时监测张拉前后吊杆横梁的标高变化情况
（4）通测及微调阶段：用千斤顶进行张拉复测，在千斤顶不断增加油压的过程中，随着观测螺母，螺母松动所对应的油压表读数换算的拉力即为索力。同时观测油压表，当上升到一定程度指针温度时的读数换算的拉力即为吊杆力。实测值与理论值要控制在5%以内。
4、成桥荷载实验
为了检验桥梁结构整体受力性能和承载力是否达到设计文件和规范的要求，对该桥进行荷载实验。
通过对桥梁恒载状态下主梁线形、主缆线形进行测量并与理论值比较，线形满足结构受力要求；静载实验荷载作用下，该桥主体结构位移和应力测量值的校验系数均小于1.0，刚度和强度与理论计算相一致；无障碍行车、有障碍行车所得到的桥梁动力特性与计算值相符。
5、结论
按照本文确定的施工控制方法进行施工监控，该桥成桥线形和内力达到了预期的理想效果，有以下结论：
（1）自锚式悬索桥施工中张拉吊杆对非张拉点主缆的位移影响小，可以忽略，张拉前期可用位移来控制。
（2）可以根据施工特点将施工监控划分若干关键控制阶段，采用分阶段控制可以取得较好效果。
（3）由于自锚式悬索桥尚属新型结构，施工监控无经验可循，本文的施工监控研究为此类桥梁的施工监控提供了支持。
参考文献
[1]张哲.混凝土自锚式悬索桥[M].北京：人民交通出版社,2005.
[2]颜娟.自锚式悬索桥[J].国外桥梁,2002,(1):19-22.
[3顾安邦,张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京：机械工业出版社,2005.
[4]潘永仁.悬索桥结构非线性分析理论与方法[M].北京：人民交通出版社，2001.
[5]檀永刚,张哲,严伟飞.自锚式悬索桥施工控制中的力学特性 [J]公路交通科技2006（6）：92-94.