1、懸索橋的施工監(jiān)控技術與關鍵問題 1前言 懸索橋的特點 懸索橋又稱為吊橋，是指以受拉主纜為主要承重構(gòu)件的橋梁結(jié)構(gòu)。主纜的鋼絲強度高且可以按照需要增強鋼絲數(shù)，所以懸索橋的跨越能力特殊大。同其他體系的橋梁相比，跨度越大，懸索橋的優(yōu)勢越顯然。 在材料用量和截面設計方面，因為大跨度懸索橋的加勁梁（加勁梁在懸索橋中要占相當大的比例）不是主承重構(gòu)件，其截面并不需要隨著跨度增大而增強，節(jié)約材料；在構(gòu)件設計方面，懸索橋的主纜、錨碇和橋塔三個主要承重構(gòu)件在擴充其面積或承載能力方面所碰到的困難則較?。涣硗?，因為懸索橋跨越能力大，常可以因地制宜地抉擇一跨跨過江河或海峽主航道的布置方案，這樣就可以避開深水橋墩的修建，滿

2、意通航要求。 懸索橋也有一些不足：因為懸索是柔性結(jié)構(gòu)，剛度較小，當活載作用時，懸索會轉(zhuǎn)變幾何樣子，引起橋跨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的撓曲變形；在風載荷、車輛沖擊載荷等動載荷作用下簡單產(chǎn)生振動。目前橋梁抗風穩(wěn)定性研究已經(jīng)有了一定的成績，但對于其動力響應方面的研究則應連續(xù)加強。 懸索橋結(jié)構(gòu)計算理論 在懸索橋結(jié)構(gòu)計算理論的進展史上，其結(jié)構(gòu)理論經(jīng)過了彈性理論、撓度理論、有限位移理論的演化。 彈性理論 它是一種將懸索橋看作成主纜與加勁梁結(jié)合體的最早期的計算理論，是建立于超靜定結(jié)構(gòu)分析基礎上的一種方法。它認為纜索承受自重及所有橋面荷載，其幾何樣子為二次拋物線，并且這一線形保持不變，因而，其特點是恒載與活載的作用沒有本

3、質(zhì)的區(qū)分。 當懸索橋的跨度不大時，采用彈性理論分析是適合的。更準確的分析雖可證實：按彈性理論算出的彎矩值偏大，但改用準確分析方法所能得到的經(jīng)濟效益并不顯著。 撓度理論 此理論的特點是，當懸索橋因活載產(chǎn)生豎向變形時，在基本計算式中開頭引入這樣一個事實，即原有恒載已產(chǎn)生的主纜軸力因為變形的關系將產(chǎn)生新的抗力。這個理論最早用于美國曼哈頓橋。這個理論的應用隨即轉(zhuǎn)變了懸索橋的跨度，使其一下就進入1000m以上的跨度。 按撓度理論計算需要經(jīng)過多次試算才干得到正確的結(jié)果，且疊加原理不適用，計算繁瑣。后來一些學者又相繼提出了一些有用的簡化解法。其實多花些功夫，節(jié)省不少，而且隨著跨度的加大，按撓度理論計算的優(yōu)越

4、性就越發(fā)顯著了。 有限位移理論 隨著現(xiàn)代懸索橋跨度的增大，其加勁梁剛度相對減小，當高跨比小于1/30時，采用線性撓度理論引起的誤差變得不容忽視。除計算誤差外，撓度理論普遍也不便于計算機運算，對于斜吊桿懸索橋的分析也顯不足。隨著電子計算機技術的進展及其在結(jié)構(gòu)分析中的應用，以有限位移理論為基礎的矩陣分析法相繼建立。有限位移理論對撓度理論的深入表現(xiàn)為考慮了幾何非線性因素，包括荷載作用下的結(jié)構(gòu)大位移、纜索自重垂度以及恒載初始內(nèi)力。 總結(jié) 從懸索橋基本方程的求解角度，用對剛度矩陣的修正內(nèi)容來表示懸索橋三種基本計算理論的實質(zhì)，可歸納如下: 彈性理論: K=Ke Ke為彈性剛度矩陣。 撓度理論: K=Ke+

5、Kg(Ng) Kg為幾何剛度矩陣，Ng為恒載軸力向量。 有限位移理論: K=Ke+Kg(Ng)+Kd() Kd為大位移剛度矩陣，為節(jié)點位移向量。 施工監(jiān)控技術概述 懸索橋的施工，基本程序是：先修錨碇和塔，次架主纜，再掛吊索，后架設加勁梁及鋪設橋面系。也有例外，自錨式懸索橋因其結(jié)構(gòu)特點多采用“先梁后纜”的施工方法。本文僅針對“先纜后梁”舉行分析。 在施工過程中，結(jié)構(gòu)上的荷載不斷變化著，主纜的線形、塔的內(nèi)力也隨之變化，為使懸索橋建成后主纜達到設計線形，結(jié)構(gòu)受力符合設計要求，就需要在囫圇施工過程中舉行嚴格控制。橋梁的施工監(jiān)控與橋梁的設計和施工有親密的聯(lián)系，考慮到懸索橋與其他橋型相比施工過程中的結(jié)構(gòu)幾

6、何樣子較難控制，且簡單消失不穩(wěn)定和應力過大的平安風險，施工監(jiān)控更是囫圇橋梁施工的核心。 懸索橋施工監(jiān)控，就是對結(jié)構(gòu)關鍵部位內(nèi)外設置各種監(jiān)測點，然后按照現(xiàn)場獵取的參數(shù)和數(shù)據(jù)(如圖1)，對結(jié)構(gòu)舉行實時理論分析和結(jié)構(gòu)驗算；對每一施工階段，按照分析及反分析結(jié)果修正計算參數(shù)并舉行跟蹤計算以給出其下一步施工的預報，分析施工誤差狀態(tài)，采用應力及變形預警體系對施工狀態(tài)舉行平安度評價和災難預警。 圖1 懸索橋施工監(jiān)控數(shù)據(jù) 懸索橋施工控制應包括四個主要方面： a)形成一個準確的抱負狀態(tài)； b)配備一套完美的實時跟蹤分析系統(tǒng)； c)設立一套準確的量測系統(tǒng)； d)建立誤差分析與反饋控制系統(tǒng)。 懸索橋在施工過程中一旦主

7、纜安裝就位，主纜內(nèi)力、撓度徹低取決于結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)自重、施工荷載和溫度變化，不能像斜拉橋那樣舉行后期索力和標高調(diào)節(jié)，因此主纜無應力下料長度、主纜在自重作用下的初始安裝位置(索鞍初始預偏量、主纜初始垂度和線形)成為懸索橋施工控制技術的關鍵。 主纜的安裝過程作為施工控制的第一階段，其主要任務是保證主纜在自重作用下的初始安裝位置達到設計抱負狀態(tài)。而主纜的安裝過程是:先舉行基準索股的安裝，再以基準索股作為參照來舉行其余索股的安裝，因此，基準索股的安裝是施工控制的第一階段里的關鍵任務。在基準索股第一次安裝后，繼續(xù)觀測其線形變化，對觀測數(shù)據(jù)采用灰色理論、卡爾曼濾波法等理論預報其進展變化，預報出以后時段基準

8、索股的線形，把它與設計理論狀態(tài)舉行比較后，對其線形舉行適當調(diào)節(jié)。這一過程反復舉行多次，直到基準索股的線形達到設計抱負狀態(tài)，基準索股架設好后，才舉行其余索股架設安裝；主纜成形后，就可舉行加勁梁的安裝。 加勁梁安裝階段作為施工控制的其次階段，在這一階段，隨時觀測主纜線形、橋面標高和塔頂位移、計算并預報下一時段的主纜線形、橋面標高、塔頂水平位移及主索鞍頂推階段和頂推量，以確保施工平安和成橋時橋面標高、主纜垂度、索鞍位置、各構(gòu)件內(nèi)力大小最大限度地符合設計抱負狀態(tài)。 主纜施工監(jiān)控技術 概述 主纜作為懸索橋的主要承重構(gòu)件，對其的施工監(jiān)控是懸索橋施工控制工作的核心和關鍵所在。 目前大跨徑懸索橋的計算理論大多

9、采用基于有限位移理論的有限元法和基于懸索力學的解析迭代法。有限元法的優(yōu)點是能把全部組成部分考慮在內(nèi)，而且可以舉行空間分析，其缺點是局部細節(jié)不易處理，而解析法長于處理索鞍處主纜長度的修正等細節(jié)，計算精度也較高，因而很適宜選用解析法舉行主纜施工控制計算。 基準索股的標高控制也是主纜架設階段的一個重點。目前通常認為在主纜架設過程中基準索股的標高與空纜標高全都，實際上索股架設過程中因為主纜與索塔之間的互相作用使得基準索股標高與空纜標高之間有很大差異。因此對基準索股標高與空纜標高之間差異也應舉行分析研究。 主纜無應力長度 解析法求解主纜參數(shù)采用下述三條基本假設:1)主纜抱負柔性的，既不能受壓也不能受彎。

10、2）材料符合虎克定律。3）主纜的截面面積及容重保持不變。 懸索橋主纜受力圖可簡化為承受沿弧長均布的荷載加吊索集中荷載的柔性索。對于基準索股狀態(tài)，則簡化為只受沿弧長均布的自重作用的柔性索。 圖2a 索段受力圖圖2b 多個集中荷載作用下得索段受力圖 圖2a所示為一段只受自重荷載的索段。取出其中一個微段舉行研究，建立平衡微分方程，由索段的邊界條件求得索段線形，繼而求得索段弧長，而索段的彈性伸長量，則索段的無應力長度。 對于如圖2b所示的受自重及若干集中荷載作用下的索，可將索分為n段。分離對整體以及在集中力處建立平衡方程，然后采用迭代計算，當滿意精度要求的索力水平重量H及豎向支撐力V求得后，即可用積分法計算各索段的無應力索長及各吊點處的標高。 在計算過程中須考慮主、散索鞍半徑對主纜長度的影響并對主纜長度舉行修正。修正方法是找出主纜在主、散索鞍上的切點位置，按切點位