大跨度独塔斜拉桥施工控制方法的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 铁１４　道建筑　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００７　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　文章编号：１００３．１９９５（２００７）１　１．００１４．０３　大跨度独塔斜拉桥施工控制方法的研究　黄道全　，张小东　（１．四川省公路勘测设计研究院，成都６１００４１；２．中铁十八局集团公司，天津３０００２０）　摘要：根据斜拉桥的施工特点和反馈控制方法，采用平面杆系结构模型，分析了宜宾中坝金沙江不对称　独塔斜拉桥的施工过程，并对结构设计参数进行了有效识别，对温度影响进行了分析，从而对桥梁的线　形和索力实施了有效的双控。　关键词：独塔斜拉桥施工控制　参数识别　中图分类号：Ｕ４４１　．５；Ｕ４４５．４６４文献标识码：Ａ　目前应用于斜拉桥工程实践中的施工控制方法，　并确定下一个施工阶段的斜拉索索力调整量和立模标　高调整量。在施工过程中进行了有效的管理和控制，　确保斜拉桥在施工过程中结构的受力状态和变形始终　处在安全范围内，以及成桥后的主梁线形逼近设计线　形，受力处于最优状态。　主要有参数识别法、卡尔曼滤渡法、最佳成桥状态法、　正推法、无应力状态控制法以及零弯矩拼装法等　。　由于施工过程中的索力、标高及应力直接影响成桥时　的线形和桥梁内力，故在斜拉桥的施工中，常常要对索　力及标高进行控制（双控）。传统的控制方法是在模型　计算中采用正推法或倒拆法事先计算出各施工阶段的　ｌ　工程背景　宜宾中坝金沙江大桥主桥是一座预应力混凝土独　塔斜拉桥（图１）。跨径为１７５　ｍ＋２５２　ｍ，采用独塔双　索面全漂浮体系，其跨度在同类型桥梁中居于世界前　列。桥面净宽３０．０　ｍ，主梁高２．６８　ｍ。主跨及岸跨悬　臂浇筑段主梁采用分离式双主肋截面，并于两主肋之　标高及索力值，以此为目标调整值并在误差容许范围　内进行调整。如果出现二者较难同时调整到目标值　时，便对模型中的某项参数（梁重、温度等）进行修正　（参数识别），以期达到实测与模型计算值相统一。　但是，在斜拉桥施工中会出现许多难以判明的影　响因素（临时荷载、温度场、材料特性），使施工控制工　作异常复杂，且呈现出高度非线性特性。由于工期等　原因，在实际操作中，也不免出现凭工程师的工程经　验，将计算模型的某项直接进行调整，来．达到实测与目　标值在数值上的统一。斜拉桥是高次超静定体系，各　间设置两道小纵梁，其间通过桥面板与横隔梁相互连　为整体形成正交异性板。岸跨现浇段部分主梁于每个　主肋内侧设单箱单（双）室，箱内填卵石混凝土压重。　索塔采用Ｈ式花瓶形，全桥共８Ｏ对斜拉索（不含０　索　及水平索），双索面、密索、扇形布置方式。主梁上标准　索距为６．０　ｍ，岸跨现浇段部分索距３　ｍ。采用牵索式　挂篮（前支点挂篮）悬臂浇筑施工；施工中斜拉索分三　次张拉到位。　１．１计算模型　构件内力的误差具有传递性，有些误差（如主梁标高）　还具有累积放大的特性。这样就严重影响桥梁的成桥　内力，甚至会影响桥梁的运营及使用寿命。因此要求　在施工控制中对于出现标高、索力与理论计算不一致　时，要找准原因，不能盲目地调整。　该模型按平面杆系结构计算，利用西南交大开发　本文以灰色理论为基础，将施工中的斜拉桥视为　受噪声干扰的灰色系统。首先采用正装程序和正装迭　的ＢＳＡＳ软件，考虑了拉索垂度引起的几何非线性。　拉索在计算平面的投影刚度与空间刚度相差甚微，可　忽略。桥塔墩以及各辅助墩及边墩的基础取至嵌岩面　代程序计算，求出斜拉索张拉吨位、主梁挠度、塔顶偏　位等施工控制参数的理论值，并将斜拉桥的施工这一　随机过程当作灰过程进行处理，结合预测控制理论的　算法原理，通过误差灰微分方程模型来获得灰预测值，　以下一倍的桩径固结，忽略桩周土的作用，墩与梁之间　用模拟支座单元连接。拉索与梁和塔之间用带刚臂的　单元连接，刚臂内节点即索的锚固点。　１．２施工过程概况　收稿日期：２００７－０．４．０８；修回日期：２００７．０８．２０　边跨１７　４ｏ号梁段采用搭架现浇施工，１～１６号　梁段及江跨采用前支点挂篮悬臂施工，江跨施工到１７　作薯简介：黄道全（１９６９＿Ｉ），男，山东滕州市人，高级工程师，硕士。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１１期　大跨度独塔斜拉桥施工控制方法的研究　ｌ５　０　！一　ｆ　ｌ７５　图１宜宾中坝金沙江大桥主桥（单位：ｍ）　号梁段时，边跨加卵石混凝土压重，以满足边跨配重的　要求。　对灰色动态模型进行及时的修正，使得斜拉桥的施工　控制能达到较好的精度要求。为了使理论模型与实际　施工中的情况尽可能一致，在主梁施工初期对各种设　计参数如梁段自重、结构刚度等进行了试验与参数识　别。下面举例说明通过分析索力和梁段标高误差以及　梁段标高误差平方和对梁重进行参数识别的过程。　索力调整所采用的原则是通过合理确定下一阶段　大部分梁段采用前支点挂篮施工，计算时前支点　挂篮参与受力，挂篮纵梁作为一个单元，其与主梁节点　采用刚臂连接。主梁一个标准梁段施工的计算工况：　①挂篮移动到位、立模；②挂索、绑扎完钢筋后斜拉索　第一次张拉；③浇筑１／２梁段混凝土；④斜拉索第二次　张拉；⑤浇筑剩余的混凝土；⑥混凝土待强，上梁单元，　斜拉索的初张力　（后＋ｉ），使得结构在张拉　（后＋１）　和浇筑的后＋１号梁段混凝土时悬臂端及已施工的相　张拉梁段预应力，体系转换（即拉索锚固点转移到梁　上）；⑦斜拉索第三次张拉。　邻若干节点的竖向位移增量比与设计值尽可能一致。　图２为１１　梁段施工后的主梁标高和索力相对误差的　分布图。主梁的标高误差为连续分布负误差，最大值　主跨合龙段施工前后的工况：①主跨、悬臂端压重　８５０　ｋＮ；②合龙段定位，安装定位型钢；③浇合龙段混　凝土，边浇混凝土边置换压重；④上合龙单元，张拉合　龙段及现浇段的预应力；⑤去剩余压重，去合龙段定位　型钢，去挂篮，去现浇段支架；⑥张拉４０号索。　为４２　ｍｍ（Ａ８）梁段。索力的相对误差基本为连续分布　正误差，最大值为６．１％（Ａ７索）。主梁标高的误差分　布呈现下凹形状，索力误差分布呈现上凸形状，且波峰　或波谷均出现在悬臂施工端以前的３～５　梁段内。　２现场控制分析与参数识别　斜拉桥的施工过程是一多变量、高阶时变的复杂　过程，要建立起精确的数学模型极其困难。预测模型、　上述误差分布状况反映出主梁标高偏低不是张拉索力　的施工误差造成，该主梁标高误差分布状况是典型的　梁段超重现象的误差形态。　表１中ＲＩ＿，３～ＲＬ５为每侧三个测试梁段标高的误　滚动优化、反馈校正是描述预测算法的３个要素，也是　施工控制中的主要方法。现场将斜拉索初张力和立模　标高作为悬臂浇筑施工斜拉桥的两个控制输入，并超　差平方和，其余均为五个测试梁段标高的误差平方和。　表中现参数的误差平方和对应ＲＩ＿，３～ＲＬ１３报表中数　前一步进行预测，同时根据现场的具体情况及时反馈，　据，为原梁重参数的标高评估误差。原主梁重量计算　椭　挺　．　二■　—　．二．　ｒ　．　．　．　…　．　．　．　．　．　．　．　］　ｒ＿　，　．　．　．　／＼　—　．　鞲　幽＼　＿＼＼一　／＼　一　。　．　、　～＾　．　，—　／　儿１　Ｊ１０　Ｊ９　Ｊ８　Ｊ７　Ｊ６　Ｊ５　Ｊ４　Ｊ３　Ｊ２　儿Ａ１　Ａ２　Ａ３　Ａ４　Ａ５　Ａ６　Ａ７　Ａ８　Ａ９　Ａｌ０　Ａ１１　瑗　面　基　）＿　图２　１１　梁段施工后的主梁标高和索力相对误差的分布　维普资讯 http://www.cqvip.com

１６　铁道建筑　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００７　参数为每个标准节段（６　ｍ）３　０９４　ｋＮ，现分析中假定的　梁重参数为每个标准节段梁重３　２１８　ｋＮ，梁重参数提　高４％。表中除１３　梁段外，现参数模型的梁段标高　误差平方和指标均较原参数模型显著降低。核对表　ＲＬ１３中的误差情况，该误差为主梁张拉中索力超张拉　造成。数据反映出梁重参数的识别判断正确。　要准确量测出不同时间的温度场是困难的。在对温度　场作些简化假定后，通过量测结构的变形变化来识别　温度场也是可行的。但必须量测当天均匀温度场下的　结构变形和某时刻需识别的日照温差引起的非均匀温　度场下的结构变形。温度场识别出来后，即可对控制　数据作温度影响的修正，以满足施工不受温度影响的　要求。但是，由于温度场的变化较快，这种识别往往是　滞后的，并且给测量和计算带来很大工作量，因此，在　经现场的主梁截面尺寸、重度实际参数等核查，发　现主梁实际重度较原提交重度数值大４．８％，证明上　述参数识别评定正确。　表１不同参数模型的标高误差平方和指标对比　…ＲＬ３　ＲＬ４　ＲＬ５　工程进度安排允许的情况下，还是以回避日照温差影　响为佳。每一梁段施工的关键控制内容是挂篮立模标　高和最后一次张拉索力，这两个工序均宜在凌晨日出　前进行。其它工序一般对结构变形和受力不起控制作　　ｌ　０３０　ｌ　５２７　３２６　７７０　８２５　ｌ　ｌ２４　３２６　３４０　ｌ　８５５　２　６５ｌ　６５２　ｌ　ｌｌ０　９４５　ｌ　０６９　５０　ｌ１３　８８９　ｌ　０７０　３３　４９　ｌ　８３４　２　１３９　８３　１６２　用，可在任意时间进行，如要对这些工序进行结构变形　监测，可对温度作简单修正。　在节段施工过程中，日照温差对斜拉桥影响的特　点是：日照引起主梁上缘温度高于下缘，使主梁向下弯　曲变形；日照使塔形成阴阳面，即产生温度差，使塔产　札７　ｌｕ工　９４４　１　１８２　ｌ　３８０　ｌ　９５３　２　３２４　３　ｌ３５　２６２　２３６　ｌ０２　８４　３６４　３２０　生弯曲变形，变形的方向取决于桥轴线的方位。日照　温差的影响很显著，特别是不对称的斜拉桥，影响更　大。在本桥合龙前（三月初），大气昼夜温差大约１Ｏ℃　的情况下，主跨主梁悬臂端的昼夜最大位移变化量达　到２０　ｃｍ之多，塔的偏位也达到４　ｃｍ。　ＲＬ９　ＲＬ１０　ｌ　６２３　ｌ　２２７　４　６５７　３　８０９　６　２８０　５　０３６　１６１　ｌ　０８３　８０４　５５４　９６５　ｌ　６３７　ＲＬｌｌ　ＲＬＩ２　ｌ　５９１　６００　４　９７６　２　４３１　６　５６７　３　０３ｌ　４６４　ｌ　４６４　８６５　５２ｌ　１　３２９　ｌ　９８５　ＲＬＩ３　ｌ　２０１　ｌ　４８３　２　６８４　３　４５０　８７０　４　３２０　４　结论　３温度影响　混凝土的导热性能差，在随时间变化的环境气温　通过对宜宾中坝金沙江大桥主桥的施工监控，总　结实际施工监控中的经验可以认为：利用平面杆系有　限元对大跨度独塔斜拉桥进行施工过程中的模拟计算　是可行的，分析中所取的模型是合理的；通过索力和梁　以及日辐射等作用下，结构表面温度迅速上升或降低，　混凝土内部的热量传递需要经历较长的时间才能达到　段标高误差以及梁段标高误差平方和分析对梁重进行　参数识别的方法简单易行；日照温度差影响对不对称　斜拉桥的影响非常大，对于关键工序应尽量回避其影　响。　参　考　文　献　平衡。处在高温季节大气和日照下的混凝土桥梁结　构，其温度场是瞬时变化并呈现明显的非线性分布特　征。主梁在截面内温度效应和预应力横向力等外力共　同作用下，主梁的截面内应力可能会达到材料的破坏　极限，使结构出现破坏　。然而在目前的各国桥梁设　计规范中，大多只针对Ｔ形梁、薄壁单箱梁给出了沿梁　高、梁宽两个方向的温度梯度分布模式来计算温度荷　［１］邓聚龙　灰色控制系统［Ｍ］．武汉：华中理工大学出版社，　１９８６．　载的影响。近年来，部分ＰＣ箱形梁在施工和运营过　程中，由于各种原因出现了一些纵向裂缝，施工控制时　［２］陈德伟，郑信光，项海帆．混凝土斜拉桥的施工控制［Ｊ］．土　木工程学报，１９９３，２６（１）：１－１１．　．　需要结合测试和计算进行分析研究。　根据温度场的分布不同，温度影响可分为日照温　差（或称局部温差）和季节温差（或称整体温差）。季节　温差对斜拉桥的影响较小，并且可根据施工的季节，在　计算中予以考虑。　日照引起的结构中的温度场变化非常复杂，与季　［３］林元培．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９４．　［４］徐君兰，项海帆．大跨度桥梁施．工控制［Ｍ］．北京：人民交通　出版社，２０００．　［５］文武松，王邦楣．斜拉桥施工阶段监测监控的内容和方法　［Ｊ］．桥梁建设，１９９９，（４）：６３　６８．　（责任审编　孟庆伶）　节、日照情况、结构形式、时间等许多因素有关，因此，