某跨海斜拉橋現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5026某跨海斜拉橋現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)分析案例 1259911.1工程概況 1129061.2油壓回歸法現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)控制 2228391.3振動(dòng)頻率法現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)控制 7319681.4現(xiàn)場(chǎng)控制結(jié)果對(duì)比分析 201.1工程概況斜拉索施工主要包括施工前準(zhǔn)備工作、斜拉索運(yùn)輸、斜拉索吊裝上橋、橋面展索、掛索、張拉、索力檢測(cè)、索力調(diào)整劑減振裝置安裝等施工工序以及關(guān)鍵階段施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1.2-1、1.2-2所示。圖1.2-1梁段吊裝施工現(xiàn)場(chǎng)Fig.1.2-1Beamsectionhoistingconstructionsite圖1.2-2橋梁合攏施工現(xiàn)場(chǎng)Fig.1.2-2Bridgeclosureconstructionsite由于各個(gè)施工步驟間可能出現(xiàn)的不同程度誤差，在梁段吊裝完成后掛索張拉過(guò)程中，為了將索力張拉數(shù)值誤差控制在允許范圍之內(nèi)，切實(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)索力控制目標(biāo)，必須對(duì)不同張拉階段索力張拉值進(jìn)行有效的誤差控制，制定合理科學(xué)的誤差標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)形式和斜拉索錨固特點(diǎn)，斜拉索安裝擬采用塔端掛索→梁端掛索→塔端張拉的施工工藝。斜拉索通過(guò)棧橋運(yùn)抵橋位，采用STT293型塔吊直接將斜拉索整體提升上橋面置于水平放索盤上。利用塔吊配合塔內(nèi)卷?yè)P(yáng)機(jī)完成塔端掛設(shè)；橋面卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引梁端錨頭至懸臂端待裝梁段，將斜拉索與主梁錨箱進(jìn)行錨固；最后在塔端進(jìn)行張拉及塔端調(diào)索。斜拉索監(jiān)測(cè)過(guò)程重點(diǎn)及難點(diǎn)如下：（1）氣候條件惡劣，安全風(fēng)險(xiǎn)高本工程?hào)|臨東海，西靠大陸，屬北半球亞熱帶南緣海洋性氣候，雨量充沛，季風(fēng)顯著，風(fēng)速大，全年多大風(fēng)，夏季多熱帶氣旋（包括熱帶風(fēng)暴、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)）。該區(qū)域年平均降雨量1000~1400mm，年平均受臺(tái)風(fēng)影響2.2次，年平均霧日28.5天，年平均雷暴日30.6天，年平均大風(fēng)日（風(fēng)力六級(jí)以上）59.9天，氣候條件非常惡劣，高中作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高。（2）線形控制難度大，斜拉索索力控制要求高該橋斜拉索索力控制為重點(diǎn)、難點(diǎn)，測(cè)量精度要求嚴(yán)、頻率高，施工難度大；斜拉索張拉索力要求精度高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，主要通過(guò)兩種方式對(duì)索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分別為斜拉索張拉階段千斤頂油壓回歸法和振動(dòng)頻率法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。1.2油壓回歸法現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)控制在振動(dòng)頻率法測(cè)量過(guò)程中，千斤頂作為主要張拉裝置，在測(cè)量索力過(guò)程中其油壓表的讀數(shù)一方面反映出實(shí)際張拉力T的數(shù)值，從而進(jìn)一步驗(yàn)證確定，得到更加準(zhǔn)確的比例系數(shù)K，另一方面該讀數(shù)也可作為后期振動(dòng)頻率法實(shí)測(cè)索力的校核，以驗(yàn)證修正索力和修正系數(shù)的正確性。因此需要通過(guò)油壓表建立回歸方程求得千斤頂張拉力，即斜拉索張拉階段的索力。（一）建立回歸方程在總結(jié)完各個(gè)工況之后索力值與指令值偏差之后，通過(guò)測(cè)量引伸量、計(jì)算千斤頂油壓與索力的回歸關(guān)系對(duì)索力進(jìn)行復(fù)核和控制。通過(guò)初始階段千斤頂出廠油壓與張拉力對(duì)應(yīng)關(guān)系建立對(duì)應(yīng)的回歸方程如公式（5-7）。 （5-7）其中：F:鋼索拉力（kN）；P:油壓表讀數(shù)（MPa）；c:經(jīng)驗(yàn)系數(shù)其中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的確定根據(jù)斜拉索規(guī)格的變化而產(chǎn)生變化。在分級(jí)張拉的過(guò)程中，通過(guò)測(cè)定不同規(guī)格斜拉索所掛梁段的標(biāo)高和里程等輔助手段來(lái)確定合理狀態(tài)下油壓表讀數(shù)，從而建立相應(yīng)的對(duì)應(yīng)回歸關(guān)系，根據(jù)實(shí)際數(shù)值確定不同規(guī)格斜拉索所對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)c如表1.2-1所示。表1.2-1邊跨斜拉索頻率及換算索力表Table1.2-1Sidespancablefrequencyandconversioncableforcetable索型號(hào)對(duì)應(yīng)索編號(hào)cPES7-1091-20.01132PES7-12730.01146PES7-1394-80.01149PES7-16390.01150PES7-18710-110.01150表1.2-2中跨斜拉索頻率及換算索力表Table1.2-2Tableoffrequencyandconvertedcableforcesofmid-spanstaycables索型號(hào)對(duì)應(yīng)索編號(hào)cPES7-1091-30.01132PES7-1274-50.01146PES7-1396-70.01149PES7-1638-110.01150根據(jù)所得經(jīng)驗(yàn)公式，后期可對(duì)于張拉階段所得油壓表讀數(shù)進(jìn)行換算得到斜拉索索力，從而進(jìn)行精確索力控制。測(cè)定油壓表讀數(shù)作為振動(dòng)頻率法測(cè)量的校核以及調(diào)索過(guò)程中測(cè)量斜拉索索力變化的重要依據(jù)，是油壓回歸法的基礎(chǔ)。為保證測(cè)量讀數(shù)精度，需要在斜拉索張拉前到塔頂鋼錨梁處，對(duì)分級(jí)張拉的千斤頂油壓表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校核，校核完畢開(kāi)始對(duì)斜拉索進(jìn)行張拉，每級(jí)張拉后等待約5min，等油壓表示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)。測(cè)量油壓表讀數(shù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)如圖1.2-7所示。圖1.2-3現(xiàn)場(chǎng)油壓表讀數(shù)Fig.1.2-3Fieldoilgaugereadings根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，分別用油壓表測(cè)量NT3、NT4號(hào)塔的中跨與邊跨的讀數(shù)。后期依據(jù)所得讀數(shù)以及相對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式得到張拉后的斜拉索索力。在測(cè)定油壓表讀數(shù)作業(yè)后并根據(jù)油壓表讀數(shù)運(yùn)用回歸方程換算得到索力值如表1.2-3所示。表1.2-3NT3號(hào)塔張拉階段油壓表讀數(shù)以及換算索力值Table1.2-3NT3towertensioningstagepressuregaugereadingsandconvertedcableforcevalues索編號(hào)油壓表讀數(shù)（MPa）換算索力（kN）索編號(hào)油壓表讀數(shù)（MPa）換算索力（kN）B119.6291698.76Z119.1341654.99B220.3861761.55Z220.7811800.42B322.4651921.43Z320.5931783.85B420.8851782.89Z421.8951871.64B516.9651441.68Z522.3781917.83B624.0322056.75Z628.7202464.79B721.5322187.26Z727.5912366.48B830.1472588.95Z826.4872268.41B937.8453256.10Z929.9922573.21B1042.8013687.08Z1030.9842659.50B1137.0973191.09Z1133.7512900.13由于NT4號(hào)塔位于海上，受海洋季風(fēng)影響較劇烈，與NT3號(hào)塔相比濕度較大，施工條件更為惡劣。施工時(shí)二級(jí)張拉后應(yīng)力緩沖過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，每級(jí)張拉后等待約10-15min，等油壓表示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)，之后根據(jù)讀數(shù)運(yùn)用回歸方程換算得到索力值如表1.2-4所示。表1.2-4NT4號(hào)塔張拉階段油壓表讀數(shù)以及換算索力值Table1.2-4Nt4towertensionstagepressuregaugereadingsandconvertedcableforcevalues索編號(hào)油壓表讀數(shù)（MPa）換算索力（kN）索編號(hào)油壓表讀數(shù)（MPa）換算索力（kN）B120.7591798.52Z120.2531753.82B221.7391881.04Z220.6701790.67B323.3592003.37Z321.6441853.79B421.0191794.51Z423.4392001.17B518.3741564.33Z522.9161959.61B621.7002201.89Z624.3872087.64B727.2722338.76Z727.7092376.72B832.3222778.22Z828.1922418.83B936.8193166.87Z929.7562552.71B1043.8673779.71Z1032.2022761.42B1140.8303511.62Z1130.4542613.38根據(jù)換算所得索力值，將其與理論值進(jìn)行對(duì)比，如圖1.2-4~1.2-7所示。圖1.2-4NT3號(hào)塔邊跨換算索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-4ComparisonofconvertedcableforcesandtheoreticalcableforcesforthesidespanofNT3tower圖1.2-5NT3號(hào)塔中跨換算索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-5ComparisonofconvertedcableforcesandtheoreticalcableforcesinthemiddlespanofNT3tower圖1.2-6NT4號(hào)塔邊跨換算索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-6ComparisonofconvertedcableforcesandtheoreticalcableforcesforthesidespanofNT4tower圖1.2-7NT4號(hào)塔中跨換算索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-7ComparisonofconvertedcableforcesandtheoreticalcableforcesinthemiddlespanofNT4tower根據(jù)上述NT3號(hào)塔和NT4號(hào)塔實(shí)際測(cè)量以及換算后的索力與理論值相比較，大部分索力值誤差并未超過(guò)限制，但邊跨最大索力誤差出現(xiàn)在NT3號(hào)塔中跨6號(hào)索，為-11.15%，超過(guò)限值，而NT4號(hào)塔整體誤差控制較好，最大誤差出現(xiàn)在邊跨12號(hào)索，為-7.50%。最大索力誤差出現(xiàn)的原因主要是由于分級(jí)張拉階段千斤頂張拉前期斜拉索過(guò)程中產(chǎn)生累積誤差，盡管大部分誤差未超過(guò)施工要求限制，但仍對(duì)于油壓表讀數(shù)精確度產(chǎn)生影響，使精度降低，導(dǎo)致NT3號(hào)塔中跨6號(hào)索處出現(xiàn)誤差較大情況。同時(shí)由于在調(diào)索過(guò)程中可能由于緩沖時(shí)間較短導(dǎo)致千斤頂張拉過(guò)程中鋼絞線應(yīng)力未釋放完全，從而產(chǎn)生油壓表讀數(shù)誤差。對(duì)比NT4號(hào)塔索力誤差整體較小，滿足限值要求，很大程度上歸因于張拉過(guò)程結(jié)束后測(cè)量油壓表讀數(shù)間隔時(shí)間較長(zhǎng)，使得應(yīng)力得以較好緩沖和釋放，從而更加能夠達(dá)到合理索力值。可以看出，在施工過(guò)程中，若施工條件允許，張拉后緩沖時(shí)間控制稍微較長(zhǎng)，可以達(dá)到較為理想的索力狀態(tài)。1.3振動(dòng)頻率法現(xiàn)場(chǎng)索力監(jiān)測(cè)控制振動(dòng)頻率法測(cè)試原理主要是將斜拉索等效成弦桿，通過(guò)測(cè)定其受拉力狀態(tài)下的振動(dòng)頻率來(lái)測(cè)量實(shí)時(shí)索力值，其張力弦振動(dòng)公式如下所示。 （5-8）其中：F:弦的自振頻率；L:弦的長(zhǎng)度；ρ:弦的材料密度；δ:弦的拉力可知，明確了弦的材料和長(zhǎng)度之后，測(cè)量弦的振動(dòng)頻率就可確定弦的拉力。對(duì)于兩端固定勻質(zhì)受力的鋼索也可近似作為弦。鋼索的拉力T與其基弦F有如下關(guān)系： （5-9）其中：K:比例系數(shù)；F:鋼索基頻；T:鋼索拉力（kN） F=Fn/n （5-10）其中：Fn:主振動(dòng)頻率（Hz）；n:主振頻率的階次因此，通過(guò)測(cè)量鋼索的主振動(dòng)頻率，即可求出鋼索的拉力。比例系數(shù)K通過(guò)以下公式確定。 （5-11）其中：W:鋼索單位長(zhǎng)質(zhì)量（kg/m）；L:鋼索兩嵌固點(diǎn)之間的長(zhǎng)度（m）對(duì)鋼索分級(jí)張拉。通過(guò)張拉千斤頂和油表或其它裝置，讀取各級(jí)張拉力T，用索力動(dòng)測(cè)儀測(cè)量各級(jí)拉力下鋼索的基頻F，則比例系數(shù)K可通過(guò)最小二乘法求出。 （5-12）其中：P:張拉級(jí)數(shù)因?yàn)椋?-4）式假設(shè)：（1）鋼索是只能受拉而不能受彎、受剪，即只有抗拉鋼度；（2）鋼索質(zhì)量在全長(zhǎng)范圍內(nèi)是均勻的；（3）鋼索振動(dòng)時(shí)沒(méi)有外力作用其上且橫向位移極小；（4）鋼索兩端嵌固。該式僅為一近似計(jì)算值。如果條件許可，建議采取標(biāo)定公式（4-5）。對(duì)于自振頻率與拉力具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系而不能用公式（4-2）表達(dá)的鋼索,用動(dòng)測(cè)儀測(cè)量自振頻率，用標(biāo)定曲線計(jì)算索力。鋼索的振動(dòng)信號(hào)是由多諧振動(dòng)信號(hào)組成的復(fù)合振動(dòng)信號(hào)。作頻譜分析后，頻譜圖形上會(huì)有多個(gè)峰值點(diǎn)出現(xiàn)，每個(gè)峰值點(diǎn)代表鋼索的一個(gè)自振頻率，根據(jù)式（4-3）可知鋼索的自振頻率近似為其基頻的整數(shù)倍，使用動(dòng)測(cè)儀測(cè)量后顯示的頻率為峰值最高點(diǎn)的頻率，簡(jiǎn)稱為主振頻率，為求出一階頻率（基頻）必須求出主振頻率的階次n。在譜圖上，每一個(gè)峰值點(diǎn)都代表鋼索的一個(gè)自振頻率，根據(jù)式（4-3），如果鋼索自振頻率均出現(xiàn)在頻譜圖上，那么每?jī)蓚€(gè)相鄰自振頻率的間距也與基頻相等。但實(shí)際上鋼索振動(dòng)時(shí)某些階次的振動(dòng)信號(hào)會(huì)很微弱，而在頻譜圖上看不到，造成兩峰值值點(diǎn)之間的距離不相等。因此，以相鄰兩峰點(diǎn)之間的頻率最小值作為基頻，以主振頻率Fn除以該基頻值作為主振頻率的階次n。針對(duì)斜拉索在恒定溫度環(huán)境下收縮徐變較穩(wěn)定、振動(dòng)頻率接近準(zhǔn)確頻率，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)選取溫度較為穩(wěn)定的時(shí)段如陰天或者夜晚進(jìn)行，對(duì)拉索頻率、引伸量以及油壓表讀數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便對(duì)索力進(jìn)行最優(yōu)控制。該方法的監(jiān)測(cè)目的主要是跟蹤斜拉索索力的變化，為主梁施工監(jiān)控調(diào)整提供主要依據(jù)。測(cè)點(diǎn)布置在每根斜拉索梁端附近。測(cè)量時(shí)使用專用的夾具將加速度傳感器固定在斜拉索上，以測(cè)定拉索的橫向振動(dòng)，測(cè)量時(shí)不必對(duì)被測(cè)的索進(jìn)行人為激勵(lì)，加速度傳感器將索的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)放大后送至動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行記錄斜拉索的振動(dòng)基頻并儲(chǔ)存，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算機(jī)程序換算斜拉索的拉力。測(cè)量精度為±2％F，下圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。VV982型加速度計(jì)SV-324型測(cè)振放大器INV306動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)斜拉索自振基頻斜拉索實(shí)際制造參數(shù)有限元計(jì)算分析軟件索力圖1.2-8斜拉索索力測(cè)量原理圖Fig.1.2-8Schematicdiagramofcableforcemeasurement斜拉索平均控制誤差小于±8%。路線左右拉索相對(duì)偏差不大于3%。每個(gè)梁段施工完畢對(duì)監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)并提供報(bào)表。斜拉索張拉階段張拉值與索力指令值誤差不超過(guò)±3％。在索力±3％范圍內(nèi)以主梁標(biāo)高控制為主，超出此范圍以索力控制為主。若標(biāo)高與索力無(wú)法同時(shí)滿足上述對(duì)索力及標(biāo)高的要求時(shí)，需要對(duì)計(jì)算參數(shù)特別是主梁重量進(jìn)行詳細(xì)校核以修正監(jiān)控目標(biāo)值。圖1.2-9現(xiàn)場(chǎng)索力測(cè)試Fig.1.2-9Fieldcableforcetest針對(duì)斜拉索在恒定溫度環(huán)境下收縮徐變較穩(wěn)定、振動(dòng)頻率接近準(zhǔn)確頻率，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)選取溫度較為穩(wěn)定的時(shí)段如陰天或者夜晚進(jìn)行，對(duì)拉索頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)考慮空氣濕度、風(fēng)速等一系列影響，為提高索力測(cè)量精度，需要結(jié)合后期監(jiān)測(cè)，在各控制索的錨下提前布置壓力環(huán)測(cè)力器，測(cè)量索力絕對(duì)值，通過(guò)標(biāo)定振動(dòng)法測(cè)索的修正系數(shù)，對(duì)索拉力添加修正系數(shù)從而得到修正索力，以便對(duì)索力進(jìn)行最優(yōu)控制。因左幅拉索偏向外海側(cè)，施工條件較右幅較為惡劣，對(duì)于索力控制需更加嚴(yán)格，因此采用左幅索力取值對(duì)比。首先根據(jù)振動(dòng)頻率法的測(cè)量特點(diǎn)對(duì)不同施工階段的索力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以保證其滿足合理誤差范圍的要求。由于考慮鋼材徐變以及索塔端鋼錨梁采用分級(jí)張拉斜拉索，分別將不同索塔以及不同側(cè)斜拉索二張后每階段工況對(duì)應(yīng)的索力誤差及其對(duì)應(yīng)的施工階段結(jié)果列表如表1.2-5所示。表1.2-5關(guān)鍵工況下NT3號(hào)塔中跨左幅實(shí)測(cè)斜拉索索力值Table1.2-5Measuredcable-stayforcevaluesoftheleftamplitudeofthemiddlespanofNT3towerundercriticalworkingconditions工況斜拉索編號(hào)理論索力(kN)實(shí)測(cè)索力(kN)差值(kN)百分比1號(hào)索二張Z11613.01590.622.41.41%2號(hào)索二張Z21663.01711.4-48.4-2.91%3號(hào)索二張Z31714.01757.6-43.6-2.54%4號(hào)索二張Z41800.01784.811.20.85%5號(hào)索二張Z51860.01877.6-17.6-0.95%6號(hào)索二張Z62780.02647.3132.74.77%7號(hào)索二張Z72140.02192.1-52.1-2.43%8號(hào)索二張Z82250.02189.260.82.70%9號(hào)索二張Z92380.02444.4-64.4-2.71%10號(hào)索二張Z102580.02601.9-21.9-1.00%11號(hào)索二張Z112726.22753.7-27.5-1.01%合攏Z113194.93098.796.23.01%表1.2-6關(guān)鍵工況下NT3號(hào)塔邊跨左幅實(shí)測(cè)斜拉索索力值Table1.2-6MeasuredcableforcevalueoftheleftsidespanofNT3towerunderkeyworkingconditions工況斜拉索編號(hào)理論索力(kN)實(shí)測(cè)索力(kN)差值(kN)百分比1號(hào)索二張B11613.01574.838.22.42%2號(hào)索二張B21663.01673.0-10.0-0.60%3號(hào)索二張B31714.01794.4-80.4-4.69%4號(hào)索二張B41800.01809.1-9.1-0.51%5號(hào)索二張B51860.01941.1-81.1-4.36%6號(hào)索二張B62160.02131.728.31.31%7號(hào)索二張B72790.02822.2-32.2-1.15%8號(hào)索二張B83050.02953.097.03.18%9號(hào)索二張B93130.03096.04.01.08%10號(hào)索二張B103300.03251.448.61.47%11號(hào)索二張B113418.93352.266.71.95%合攏B113547.63421.61263.55%根據(jù)施工方案及理想施工狀態(tài)，NT3及NT4號(hào)塔應(yīng)同步施工，但由于航道通行限制、物料運(yùn)輸時(shí)限差別以及實(shí)際施工安排不同導(dǎo)致兩塔施工進(jìn)度不同，導(dǎo)致施工階段產(chǎn)生的不同使得本應(yīng)對(duì)稱的索力存在較小差異，NT4號(hào)塔理論和實(shí)測(cè)索力如表1.2-7所示。表1.2-7關(guān)鍵工況下NT4號(hào)塔中跨左幅實(shí)測(cè)斜拉索索力值Table1.2-7Measuredcable-stayforcevaluesoftheleftamplitudeofthemiddlespanofNT4towerundercriticalworkingconditions工況斜拉索編號(hào)理論索力(kN)實(shí)測(cè)索力(kN)差值(kN)百分比1號(hào)索二張Z11772.61728.444.22.49%2號(hào)索二張Z21763.21696.866.43.77%3號(hào)索二張Z31883.91791.288.74.71%4號(hào)索二張Z41766.81782.0-11.2-0.86%5號(hào)索二張Z51857.31938.5-81.2-4.37%6號(hào)索二張Z62059.62104.3-44.7-2.17%7號(hào)索二張Z72140.22097.742.51.99%8號(hào)索二張Z82274.32181.688.73.90%9號(hào)索二張Z92401.02429.1-24.1-1.00%10號(hào)索二張Z102571.62612.4-36.8-1.43%11號(hào)索二張Z112726.22701.524.70.91%合攏Z113199.63220.0-20.4-0.64%表1.2-8關(guān)鍵工況下NT4號(hào)塔邊跨左幅實(shí)測(cè)斜拉索索力值Table1.2-8MeasuredcableforcevalueoftheleftsidespanofNT4towerunderkeyworkingconditions工況斜拉索編號(hào)理論索力(kN)實(shí)測(cè)索力(kN)差值(kN)百分比1號(hào)索二張B11772.71734.638.12.15%2號(hào)索二張B21813.4179221.41.18%3號(hào)索二張B31886.51841.341.22.18%4號(hào)索二張B41768.61724.444.22.50%5號(hào)索二張B51891.21872.123.11.22%6號(hào)索二張B62603.12586.216.90.65%7號(hào)索二張B72757.12737.619.50.71%8號(hào)索二張B82959.13016.4-57.3-1.94%9號(hào)索二張B93147.03220.8-73.8-2.35%10號(hào)索二張B103302.03258.943.11.31%11號(hào)索二張B113418.93377.341.61.22%合攏B113528.33501.722.60.64%根據(jù)上述施工階段測(cè)得索力數(shù)據(jù)對(duì)比圖如圖1.2-10~1.2-13所示。圖1.2-10NT3號(hào)塔中跨關(guān)鍵工況實(shí)測(cè)索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-10ComparisonofmeasuredcableforcesandtheoreticalcableforcesinkeyworkingconditionsofNT3towermiddlespan圖1.2-11NT3號(hào)塔邊跨關(guān)鍵工況實(shí)測(cè)索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-11ComparisonofmeasuredcableforcesandtheoreticalcableforcesinkeyworkingconditionsofNT3towersidespan圖1.2-12NT4號(hào)塔中跨關(guān)鍵工況實(shí)測(cè)索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-12ComparisonofmeasuredcableforcesandtheoreticalcableforcesinkeyworkingconditionsofNT4towermiddlespan圖1.2-13NT4號(hào)塔邊跨關(guān)鍵工況實(shí)測(cè)索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-13ComparisonofmeasuredcableforcesandtheoreticalcableforcesinkeyworkingconditionsofNT4towersidespan根據(jù)上述NT3號(hào)塔和NT4號(hào)塔實(shí)時(shí)測(cè)量后的索力與理論值相比較，由于現(xiàn)場(chǎng)索力張拉控制較嚴(yán)格，均在滿足測(cè)量條件后進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后測(cè)得索力值誤差均未超過(guò)限制，NT3號(hào)塔索力最大誤差出現(xiàn)在中跨6號(hào)索，為4.77%，未超過(guò)限值，而NT4號(hào)塔索力最大誤差出現(xiàn)在3號(hào)索，為4.71%，也未超過(guò)限值。以上對(duì)比證明施工階段索力監(jiān)測(cè)通過(guò)振動(dòng)頻率法得到良好控制，均在合理限制內(nèi)，也為下一步進(jìn)行索力通測(cè)奠定良好的實(shí)際操作基礎(chǔ)。在整體施工結(jié)束，梁段合攏拆除吊機(jī)及臨時(shí)支架后，橋面荷載及支撐有所改變，影響到整體索力分布變化，因此在調(diào)索步驟前需要進(jìn)行索力通測(cè)以初步確定穩(wěn)定后索力值。振動(dòng)頻率法作為較為便捷快速的監(jiān)測(cè)方法，使用該法測(cè)量施工過(guò)程結(jié)束后整橋的索力，結(jié)果如表1.9~1.2-12所示。表1.2-9NT3號(hào)塔邊跨通測(cè)所得頻率及索力值Table1.2-9Frequencyandcableforcevaluesobtainedfromedgecross-passmeasurementofNT3tower索編號(hào)K值左幅頻率(Hz)實(shí)測(cè)值(kN)修正值(kN)誤差百分比NT3-B1882.651.5262051.401849.867.08%NT3-B21093.561.3501993.011900.734.16%NT3-B31621.551.0881924.231827.443.71%NT3-B42221.490.9411967.091790.057.07%NT3-B52771.380.7591598.841438.96-3.46%NT3-B63426.150.8362394.522167.041.49%NT3-B74173.840.7782526.362298.993.83%NT3-B84820.180.7502711.352564.94-1.38%NT3-B96476.820.7173329.663243.096.27%NT3-B108409.940.6693763.963651.042.12%NT3-B119499.330.5933340.433170.07-3.32%表1.2-10NT3號(hào)塔中跨通測(cè)所得頻率及索力值Table1.2-10Frequencyandcableforcevaluesobtainedfromthemid-spanmeasurementofNT3tower索編號(hào)K值左幅頻率(Hz)實(shí)測(cè)值(kN)修正值(kN)誤差百分比NT3-Z1874.041.4431819.971637.971.84%NT3-Z21079.121.3161868.881782.354.47%NT3-Z31354.581.1731863.801753.842.27%NT3-Z42019.321.0422192.501971.4411.10%NT3-Z52522.640.8912002.681902.551.65%NT3-Z63373.360.8792606.392250.971.16%NT3-Z74111.280.8092690.762394.777.20%NT3-Z85800.620.6622542.092313.30-2.13%NT3-Z96892.440.6212658.012529.103.06%NT3-Z108097.470.5942857.082781.657.93%NT3-Z119411.740.5562910.742808.870.27%表1.2-11NT4號(hào)塔邊跨通測(cè)所得頻率及索力值Table1.2-11Frequencyandcableforcevaluesobtainedfromedgecross-passmeasurementofNT4tower索編號(hào)K值左幅頻率(Hz)實(shí)測(cè)值(kN)修正值(kN)誤差百分比NT4-B1882.651.5222044.641911.744.01%NT4-B21093.561.4632340.621966.122.46%NT4-B31621.551.1502149.782063.791.57%NT4-B42221.490.9261904.881876.3111.63%NT4-B52771.380.8021781.141633.409.55%NT4-B63426.150.8552504.602301.7311.70%NT4-B74173.840.7642436.252394.837.90%NT4-B84820.180.7862977.892796.247.32%NT4-B96476.820.7083246.603194.654.62%NT4-B108409.940.6793877.333854.077.90%NT4-B119499.330.6023442.603431.711.06%表1.2-12NT4號(hào)塔中跨通測(cè)所得頻率及索力值Table1.2-12Frequencyandcableforcevaluesobtainedfromthemid-spanmeasurementofNT4tower索編號(hào)K值左幅頻率(Hz)實(shí)測(cè)值(kN)修正值(kN)誤差百分比NT4-Z1874.041.5071984.981762.666.94%NT4-Z21079.121.4592297.112090.3724.53%NT4-Z31354.581.2372072.731931.9312.01%NT4-Z42019.321.0222109.141981.796.99%NT4-Z52522.640.9252158.441981.45-4.29%NT4-Z63373.360.8502437.252300.766.60%NT4-Z74111.280.7742462.972357.064.67%NT4-Z85800.620.6742631.082616.639.84%NT4-Z96892.440.6282718.272549.743.35%NT4-Z108097.470.6002911.092909.2612.59%NT4-Z119411.740.5562910.742776.851.79%通過(guò)上述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可得出，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后得到的索力和理論索力值相差基本上符合要求，在合理范圍內(nèi)的同時(shí)也控制梁段的里程和標(biāo)高滿足誤差，使得整體施工精度得到很好控制，證明該法在施工階段對(duì)于索力的控制在實(shí)時(shí)便捷的前提下準(zhǔn)確有效，且所測(cè)數(shù)據(jù)大部分符合精度要求。將上述使用動(dòng)測(cè)儀測(cè)量頻率現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)以及換算所得的索力與理論索力進(jìn)行對(duì)比，示意圖如圖1.2-14~1.2-17所示：圖1.2-14NT3號(hào)塔邊跨修正索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-14ComparisonofedgespancorrectioncableforceandtheoreticalcableforceofNT3tower圖1.2-15NT3號(hào)塔中跨修正索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-15ComparisonofcorrectioncableforcesandtheoreticalcableforcesinthemiddlespanofNT3tower圖1.2-16NT4號(hào)塔邊跨修正索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-16ComparisonofcorrectioncableforcesandtheoreticalcableforcesfortheedgespanofNT4tower圖1.2-17NT4號(hào)塔中跨修正索力與理論索力對(duì)比Fig.1.2-17ComparisonofcorrectioncableforcesandtheoreticalcableforcesinthemiddlespanofNT4tower由于橋梁整體左幅面向外海，處于較為復(fù)雜的外海條件下，受季風(fēng)影響較大，在對(duì)比時(shí)采用左幅的最不利索力值與理論索力進(jìn)行對(duì)比，更能保證控制時(shí)的安全程度。根據(jù)上述實(shí)際測(cè)量以及修正后的索力與理論值相比較，NT3號(hào)塔最大索力誤差出現(xiàn)在4號(hào)索左幅，為11.10%，NT4號(hào)塔最大索力誤差出現(xiàn)在2號(hào)索左幅，為24.53%，均超過(guò)限值。該索力誤差出現(xiàn)原因主要是由于梁段合攏后并未調(diào)索即進(jìn)行前期通測(cè)，導(dǎo)致索力存在較大誤差。由于近塔兩側(cè)拉索較短，對(duì)橋面吊機(jī)移動(dòng)等臨時(shí)荷載變化較敏感，同時(shí)測(cè)量索力期間為冬季，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力較大，對(duì)較短的拉索頻率影響更大。從對(duì)比結(jié)果可以看出在未進(jìn)行索力調(diào)整前，盡管整體索力誤差在合理范圍內(nèi)，但由于施工階段誤差積累以及合攏后因梁段存在較大程度的線形改變致使索力產(chǎn)生較大變化，需要在調(diào)索后對(duì)于斜拉索進(jìn)行引伸量的測(cè)量，調(diào)整誤差較大的索力。1.4現(xiàn)場(chǎng)控制結(jié)果對(duì)比分析在整體測(cè)量工作結(jié)束后，首先將測(cè)得索力進(jìn)行匯總，在得到控制模型后，根據(jù)問(wèn)題的需求來(lái)定義合適的目標(biāo)函數(shù)。首先目標(biāo)函數(shù)為與理論索力誤差最小的索力值，對(duì)于狀態(tài)變量定義為兩種索力測(cè)量方法測(cè)量相應(yīng)指標(biāo)后求解所得的索力值，控制變量的約束上下限，根據(jù)規(guī)范定義為理論索力的±8%，使得目標(biāo)函數(shù)最小，從而將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問(wèn)題。最優(yōu)控制法的基本定義為使控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的基本條件和綜合方法，可概括為：對(duì)一個(gè)受控的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)過(guò)程，從一類允許的控制方案中找出一個(gè)最優(yōu)的控制方案，使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)在由某個(gè)初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到指定的目標(biāo)狀態(tài)的同時(shí)，其性能指標(biāo)值為最優(yōu)。從數(shù)學(xué)上看，確定最優(yōu)控制問(wèn)題可以表述為：在運(yùn)動(dòng)方程和允許控制范圍的約束下，對(duì)以控制函數(shù)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為變量的性能指標(biāo)函數(shù)（稱為泛函）求取極值（極大值或極小值）。本工程方案旨在解決斜拉索索力最優(yōu)控制問(wèn)題，運(yùn)用的主要方法為古典變分法，當(dāng)出現(xiàn)誤差，索力需要調(diào)整時(shí)，將索力誤差定義成為泛函，通過(guò)對(duì)泛函求極值來(lái)對(duì)索力調(diào)整量進(jìn)行最優(yōu)控制。國(guó)內(nèi)外專家研究指出，模型預(yù)測(cè)控制的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)建立優(yōu)化問(wèn)題的模型，求解該優(yōu)化問(wèn)題來(lái)得到控制器的輸出。模型預(yù)測(cè)控制需要在每一個(gè)時(shí)間步通過(guò)反復(fù)的預(yù)測(cè)+優(yōu)化來(lái)求解優(yōu)化問(wèn)題，當(dāng)?shù)玫絻?yōu)化問(wèn)題最優(yōu)解后再將這個(gè)解作為真正的控制器的輸出作用給被控對(duì)象，其關(guān)鍵在于如何定義優(yōu)化問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1.2-18所示。圖1.2-18模型預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)過(guò)程Figure1.2-18RealizationProcessofModelPredictiveControl根據(jù)上圖可知，在最優(yōu)控制里，通過(guò)求解優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)輸入進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算，從而得到目標(biāo)函數(shù)。最優(yōu)控制數(shù)學(xué)模型如下： （5-13）其中：:狀態(tài)變量:控制變量 L:目標(biāo)函數(shù)在構(gòu)建最優(yōu)控制模型后，將索力和控制標(biāo)準(zhǔn)方程帶入對(duì)應(yīng)的變量和函數(shù)中進(jìn)行求解并得到最優(yōu)化后的對(duì)應(yīng)索力值。綜合兩組實(shí)測(cè)計(jì)算索力值，通過(guò)優(yōu)化所得最優(yōu)索力如表1.2-13所示。表1.2-13NT3號(hào)塔邊跨斜拉索控制索力與理論索力對(duì)比Table1.2-13ComparisonofcontrolcableforceandtheoreticalcableforcebetweensidespanstaycableofNT3tower索編號(hào)理論索力（kN）控制索力（kN）索力差值（kN）誤差B11727.61698.8-28.8-1.67%B21824.91761.6-59.4-3.25%B317621827.461.43.71%B41671.81782.9111.16.64%B51490.61441.7-48.9-3.28%B62054.22056.82.60.12%B72214.22187.3-26.9-1.22%B82600.72589.0-11.8-0.45%B93051.83243.1191.36.27%B103571.23651.071.82.12%B113278.83191.1-87.7-2.68%表1.2-14.NT3號(hào)塔中跨斜拉索控制索力與理論索力對(duì)比Table1.2-14.Comparisonbetweenthecontrolcableforcesandthetheoreticalcableforcesofthemid-spanstaycableinNT3tower索編號(hào)理論索力（kN）控制索力（kN）索力差值（kN）誤差Z11608.41638.029.61.84%Z21706.11782.476.34.47%Z31714.91753.838.92.27%Z41778.01871.697.61.49%Z51871.61902.631.01.65%Z62140.52251.0110.51.16%Z72233.92366.5132.61.93%Z82363.62313.3-50.3-2.13%Z92454.12529.171.03.06%Z102580.92659.578.63.05%Z112801.42808.97.50.27%表1.2-15NT