內(nèi)河懸吊斜拉橋梁吊索張拉優(yōu)化研究

摘要：文章研究了懸吊斜拉橋梁吊索張拉優(yōu)化，首先概述了懸吊斜拉橋組合體系橋梁吊索張拉與體系轉換的常用手段，在此基礎上從確立斜拉橋梁吊索張拉方案的原則、吊索張拉方案的改進與優(yōu)化計算方法以及斜拉橋梁吊索張拉過程監(jiān)測三個方面，分析了自錨式懸索段吊索張拉方案，并對方案進行了評價與優(yōu)選，闡述了自錨式懸索橋段吊索的張拉方案優(yōu)化策略。

關鍵詞：內(nèi)河橋梁；懸吊斜拉；吊索張拉優(yōu)化

中圖分類號：U448 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）20-0034-02

斜拉懸吊組合體橋梁造型新穎、整體剛度大，因此比較廣泛地應用于我國內(nèi)河橋梁中。但是由于這種橋梁屬于新型的造橋結構，尚未有十分完備的施工經(jīng)驗，不少工程問題需要摸索解決，加之斜拉懸吊組合體的結構與一般橋梁相比復雜度較高，難以清晰地標度出其受力情況，而吊索張拉則屬于非線性的過程，難以直觀描述，所以為橋梁的設計與施工帶來一些難以解決的問題。合理成橋狀態(tài)內(nèi)力分布是橋梁分步施工各階段追求實現(xiàn)的目標和橋梁安全運營的基礎。本文研究了懸吊斜拉橋梁吊索張拉優(yōu)化，首先概述了懸吊斜拉橋組合體系橋梁吊索張拉與體系轉換的常用手段，在此基礎上從確立斜拉橋梁吊索張拉方案的原則、吊索張拉方案的改進與優(yōu)化計算方法以及斜拉橋梁吊索張拉過程監(jiān)測三個方面，闡述了自錨式懸索橋段吊索的張拉方案優(yōu)化策略。

1 內(nèi)河懸吊斜拉橋梁吊索張拉概述

懸吊斜拉橋梁具有獨特的特點，決定了這種橋梁在建設中的具體工序必須遵循塔梁施工——纜索施工——體系轉換的順序。對于其中的塔梁施工，目前國內(nèi)已經(jīng)積累了許多成熟的施工工藝與管理方法，而纜索施工在我國的開展尚未很廣泛，加上工藝復雜，積累的工程經(jīng)驗并不多，可資借鑒的經(jīng)驗也不夠完善，因此在實際的施工過程中會面臨不少的技術難題和管理問題。懸吊斜拉橋梁是近似閉環(huán)施工控制的典型橋梁類型。對于比較常見的斜拉橋和混凝土橋梁，基本上是以掛籃施工為主，在實際的施工中，能夠?qū)κ┕し桨负褪┕べ|(zhì)量進行評估并進行具有針對性的調(diào)整，能夠讓橋梁最后的線形和橋梁各部分所受的內(nèi)力控制在當初設計最大限度之內(nèi)。而本文所述的自錨式懸索，由于其結構的特殊性，主梁所受內(nèi)力狀態(tài)與連續(xù)梁相似，通過拉索索力改善主梁受力狀態(tài)。難以在施工階段通過不斷的跟蹤和調(diào)整對主纜線形進行改變。在這種情況之下，當橋梁的纜索施工完成之后，即使出現(xiàn)誤差，也難以在后面的施工中進行調(diào)整。從這個角度講，本文所涉及的內(nèi)河懸吊斜拉橋梁施工屬于開環(huán)系統(tǒng)。

當前，在業(yè)界范圍之內(nèi)，內(nèi)河懸吊斜拉橋梁吊索張拉并不存在一個成熟的被廣泛認可和采用的工程施工方法。對于這種橋梁比較先進的施工方法可以分為兩種：第一種是整體頂升加勁梁，這種方法不必對橋梁吊桿張拉，但是施工難度比較大。第二種是先對吊索進行安裝，再分階段張拉，這種施工方式稍簡單一些，但是這種方式會產(chǎn)生許多位移因素，施工控制較為復雜。本文采用的是后一種

方法。

2 內(nèi)河懸吊斜拉橋梁吊索張拉方案的選擇與優(yōu)化策略

2.1 懸吊斜拉橋梁吊索張拉方案的原則

本文以某地的內(nèi)河懸吊斜拉橋梁實例進行分析。由于懸吊斜拉橋梁同時存在剛性吊桿與斜吊桿，而在斜吊桿中，不但存在橫向的傾斜，同時也存在縱向的傾斜。所以，在進行體系轉換的過程中，必須充分考慮這些結構上的具體特點，同時兼顧工程項目對于工期的要求。所以，需要遵循的原則包括：

2.1.1 在橋梁吊索完工后，體系轉換也完成時，應保證橋梁的所有構件在受力方面與具體的線形方面均與最初的過程設計沒有較大的偏差。

2.1.2 在對吊索進行逐步張拉的過程中，吊索的上端連線與下端連線不能存在過大的縱向偏差，以免使吊索被損毀。

2.1.3 橋梁的加勁梁部位不可出現(xiàn)過大的應力，必須保證合理的強度。

2.1.4 橋梁的主塔與副塔不能存在過多應力，并且儲備足夠的壓應力，避免出現(xiàn)過多的拉應力。

2.1.5 減少吊索張拉的次數(shù)。

2.2 方案的優(yōu)化與選擇

如圖1所示為本文所選擇的內(nèi)河懸吊斜拉橋梁吊索張拉案例施工圖：

結合前文所述的橋梁吊索張拉需要遵循的原則，本文結合工程實際情況，設計了三種具體的施工方案，下面對每一種方案進行詳盡的闡述：

2.2.1 第一種施工方案。第一種施工方案采取的具體步驟是：（1）首先為橋梁安裝主纜，對分錨索力進行有序的調(diào)整，逐步使橋梁的主纜形成線形；（2）為橋梁安裝背索，實現(xiàn)背索的首次張拉；（3）對圖1中的D7-D14進行安裝，并進行張拉；（4）實現(xiàn)背索的第二次張拉；（5）對圖1中的D5-D8以及D15-D16進行安裝，并進行張拉；（6）實現(xiàn)背索的第3次張拉；（7）對圖1中的剩余部分進行安裝，并進行張拉；（8）實現(xiàn)背索的第4次張拉。

2.2.2 第二種施工方案。第二種施工方案采取的具體步驟是：（1）首先為橋梁安裝主纜，對分錨索力進行有序的調(diào)整，逐步使橋梁的主纜形成線形；（2）為橋梁安裝背索，同時保持背索處于無應力索長；（3）對圖1中的所有斜吊桿進行安裝，并進行張拉。

2.2.3 第三種施工方案。第三種施工方案采取的具體步驟是：（1）首先為橋梁安裝主纜，對分錨索力進行有序的調(diào)整，逐步使橋梁的主纜形成線形；（2）為橋梁安裝背索，同時保持背索處于無應力索長；（3）對圖1中的所有斜吊桿進行安裝，并由長到短進行張拉；（4）對圖1中的剩余鋼吊桿進行安裝，并由長到短進行張拉。

在以上的三種方案中，斜拉懸索橋的塔頂位移均能夠限制在0.6米之下，因此符合橋梁副塔位移的工程質(zhì)量參數(shù)要求；對于從中間向兩邊張拉的順序，事實證明會在實際操作的過程中有小部分的斜吊桿應力突破了技術體系的標準，因此在質(zhì)量安全方面有不足之處。而對于前兩種施工方案，在仿真過程中可知，由于應力等方面的問題，會導致斜吊桿應力超越了安全系數(shù)的范圍，因此無法滿足要求；加之方案一張拉的施工工序繁瑣，因此通過擇優(yōu)，最后選取了方案三。

2.3 張拉施工所遵循的原則與監(jiān)測

對懸吊斜拉橋梁進行施工控制，其目標是使成形的橋梁能夠?qū)崿F(xiàn)最初的設計方案。結合上文的分析，自錨式懸索施工屬于比較典型的開環(huán)控制體系，因此，在懸吊斜拉橋梁逐步成型的時候，其具體的狀態(tài)應完全按照施工的實際進行確定。此外，橋梁具體結構的施工質(zhì)量會與橋梁的最終狀態(tài)高度相關。所以在進行橋梁體系轉換施工的時候，一定要結合橋梁具體的結構特點制定詳細的控制目標。在橋梁施工的時候，如果處于懸索初張拉階段，監(jiān)控的重點應該放在橋梁懸索主纜的位移上；在橋梁施工到達力控階段的時候，監(jiān)控的重點應該放在吊索力上；在橋梁成形并進行局部調(diào)整的時候，監(jiān)控的重點應該放在主梁的線形上。因為橋梁在受力的性質(zhì)上屬于體系受力，而懸吊斜拉橋梁的受力又擁有自調(diào)整的優(yōu)勢，所以必須保證對橋梁副塔的受力進行嚴格的監(jiān)控。

2.3.1 對吊索張拉的控制。對橋梁吊索進行張拉，是橋梁在其施工的初始階段，由于橋梁吊索的索力往往并不大，較小，在對其張拉進行控制的時候，可以使吊索無應力長度。在這個施工階段，因為橋梁的吊索受力并不大，因此在對其受力進行測量時，往往會有比較大的誤差，而其“無應力長度”則能夠測量得比較準確，所以便于進行良好的控制。這一階段的橋梁主纜尚不具備較強的剛度，吊點的位置也容易發(fā)生比較大的變化，考慮到橋梁主纜在線形方面很容易受到周圍各類因素的影響，而其中溫度的影響也不容忽視，所以以索力控制為主應該是比較合理的控制原則。

2.3.2 對吊索張拉的監(jiān)測。本文所研究的案例在橋梁全部的剛性吊桿上均布設有液壓傳感單元，而全部的柔性吊索則布設有磁通量傳感單元，所以，施工方只要結合這些傳感單元所傳遞的實時數(shù)據(jù)便可獲取背索所承受的拉力情況。在實現(xiàn)對張拉力的檢測與控制時，結合實踐經(jīng)驗，推薦以“頻率檢測法”和“油表檢測法”的綜合檢測結果進行確定，這樣能夠最大程度上使控制精度得到保證，一旦橋梁吊索長度的理論數(shù)值與監(jiān)控數(shù)值出現(xiàn)較大的偏差并且超過了閾值，應立即停止主要工序并嚴格查找原因，進行調(diào)整與彌補。

3 結語

斜拉橋體系的上部結構由梁、索、塔三類構件組成，斜拉橋在國內(nèi)應用發(fā)展很快，本文結合內(nèi)河斜拉懸吊組合體橋梁的結構特征與受力狀況，以某地區(qū)內(nèi)河大橋施工為實例，分析了自錨式懸索段吊索張拉方案，并對方案進行了評價與優(yōu)選，本文的成果可以供內(nèi)河橋梁的設計者與施工方借鑒，具有比較好的理論價值與實踐意義。

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作者簡介：鄭宏（1969—），男，浙江湖州人，湖州市港航管理局高級工程師，研究方向：港口與航道。