馬鞍山長江公路大橋懸索橋主纜線形控制探討

朱瑞允

(安徽省交通控股集團有限公司，安徽　合肥　230088)

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馬鞍山長江公路大橋懸索橋主纜線形控制探討

朱瑞允

(安徽省交通控股集團有限公司，安徽合肥230088)

主纜是懸索橋受力的重要構(gòu)件，主纜線形是控制結(jié)構(gòu)線形的主要因素。文章以馬鞍山長江公路大橋工程為例，通過設(shè)計復(fù)核主纜絲股無應(yīng)力長度，保證主纜絲股的制造精度；通過監(jiān)控計算，確定索鞍預(yù)偏量、基準(zhǔn)絲股的理論絕對標(biāo)高、普通絲股與基準(zhǔn)絲股的理論相對標(biāo)高、理論錨跨張力；通過幾何測量和反復(fù)調(diào)整，使基準(zhǔn)絲股、普通絲股的實際標(biāo)高逼近理論標(biāo)高；通過索股架設(shè)新工法，提高索股架設(shè)質(zhì)量；通過高精度校正的千斤頂張拉和張拉后的監(jiān)控測試及調(diào)整等措施，最終使實際架設(shè)的空纜線形逼近理論空纜線形，結(jié)構(gòu)施工完成后線形和內(nèi)力與設(shè)計一致。

馬鞍山長江公路大橋；懸索橋；主纜；線形控制；索股架設(shè)；錨跨張力

0　引言

懸索橋以其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能，卓越的跨越能力，良好的抗震性能，成為寬闊深水域首選橋型。三塔懸索橋是重要的研究方向[1]。三塔懸索橋增加了中塔，但減少了主纜和錨碇基礎(chǔ)尺寸，減弱了邊塔的承載力，在現(xiàn)有的原材料基礎(chǔ)、經(jīng)濟方面有一定的優(yōu)勢。

主纜是懸索橋的生命線，空纜的線形控制和錨跨張力受力均勻?qū)Τ蓸蚓€形起決定性的影響。與兩塔懸索橋相比，主纜線形不僅要滿足上下游一致的要求，同時要滿足兩主跨一致的要求，精度要求更高，施工難度更大。

本項目通過監(jiān)控計算確定索鞍預(yù)偏量、基準(zhǔn)絲股的理論絕對標(biāo)高、普通絲股與基準(zhǔn)絲股的理論相對標(biāo)高、理論錨跨張力；通過幾何測量和反復(fù)調(diào)整使基準(zhǔn)絲股、普通絲股的實際標(biāo)高逼近理論標(biāo)高；通過索股架設(shè)新工法，提高索股架設(shè)質(zhì)量；通過高精度校正的千斤頂張拉和張拉后的監(jiān)控測試及調(diào)整逼近理論的錨跨索力等措施，最終使實際架設(shè)的空纜線形逼近理論空纜線形。

1　工程概況

馬鞍山長江公路大橋為三塔兩跨連續(xù)塔梁固結(jié)體系鋼箱梁懸索橋，結(jié)構(gòu)成對稱布置，主纜分跨布置為：(360+1080+1080+360)m=2 880 m。大橋結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎，施工技術(shù)工藝難度較大，技術(shù)含量較高[2]。全橋共兩根主纜，每根主纜由154根預(yù)制平行鋼絲索股組成，單根索股無應(yīng)力長約3 045.53 m，主纜結(jié)構(gòu)矢跨比為1/9。

2　關(guān)鍵技術(shù)問題

三塔兩跨懸索橋是增設(shè)中塔以減輕主纜和兩端錨碇受力的全新橋梁結(jié)構(gòu)形式，由于多了一個中塔，結(jié)構(gòu)受力特性與兩塔懸索橋顯然不同，決定了上部結(jié)構(gòu)施工控制也需要有不同要求和特點[3]。

馬鞍山長江公路大橋主纜架設(shè)具有以下特點：

(1)中間橋塔的安全性在施工過程中的任何階段都應(yīng)作為重點監(jiān)控內(nèi)容。

(2)橋塔較高，其三維幾何狀態(tài)受日照、溫度變化的影響較大。實際施工的塔頂標(biāo)高和平面位置需要多次監(jiān)測并找出狀態(tài)變化規(guī)律才能確定。

(3)中塔上塔柱為鋼塔，橋塔偏位受日照、溫度變化影響較大，主纜索股架設(shè)在晚上架設(shè)后，白天可能會在橋塔偏位的作用下在索鞍上產(chǎn)生較大的不平衡力，需要驗算不平衡力是否會引起主纜索股在鞍槽內(nèi)滑移。

(5)除了常規(guī)懸索橋主纜架設(shè)過程應(yīng)研究溫度變化、橋塔偏位、彈性模量、制造誤差等對主纜線形的影響外，還應(yīng)研究兩個主纜主跨跨中相對高差對結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力的影響。

基于以上原因，馬鞍山大橋主纜架設(shè)期間施工監(jiān)控是很有必要的，必須采用合理的施工控制方法。

3　主纜索股架設(shè)監(jiān)控的具體措施

3.1主纜索股架設(shè)溫度控制和調(diào)整

主纜表面內(nèi)外溫度存在著差異，并且主纜越粗，內(nèi)外溫度相差越大。本橋主纜直徑超過70 cm，為了準(zhǔn)確確定主纜斷面的平均溫度，就必須知道主纜斷面的溫度場分布情況。

環(huán)境溫度采用電子式溫濕度傳感器，其測溫精度為±0.5 ℃。主纜的溫度采用點接觸式溫度傳感器進行，精度0.1 ℃。

由于溫度對結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力的影響均較為顯著，溫度對結(jié)構(gòu)的影響可以分為均勻溫度影響與非均勻溫度影響，均勻溫度影響指整個結(jié)構(gòu)均處于相同的溫度場下，非均勻溫度指結(jié)構(gòu)各部分由于日照或熱傳導(dǎo)速度的影響造成各部分溫度不一致的情況。[4]均勻溫度場的溫度改變對結(jié)構(gòu)的影響較小，因此，懸索橋的施工控制選擇在結(jié)構(gòu)各部分溫度盡量接近的情況下進行。溫度場監(jiān)測的目的是為結(jié)構(gòu)線形調(diào)整、監(jiān)控計算提供參數(shù)。

主纜縱向溫度及橋塔陰陽面溫度測試采用溫度傳感器，精度為0.1 ℃，主纜每個測點3個智能型溫度傳感器、每個塔柱陰陽面各布置1個溫度傳感器。全橋共需約60個溫度傳感器、13個采集模塊、2個485/232轉(zhuǎn)換模塊。

在中跨靠近的斷面和主跨跨中的斷面布置溫度傳感器，以確定主纜表面的內(nèi)外溫差及溫度場。每個斷面測點27個，布置如圖1所示。溫度測試元件采用智能型溫度傳感器。

圖1　主纜斷面溫度場測點布置圖

3.2基準(zhǔn)索股架設(shè)線形控制

根據(jù)所收集到的主纜索股靜載試驗檢測報告、主纜鋼絲彈性模量檢測報告、鋼梁稱重報告、鞍座實際預(yù)偏量資料、貓道檢測報告等，對基準(zhǔn)索股架設(shè)線形進行了計算，其中包括基準(zhǔn)索股線形、基準(zhǔn)索股跨中標(biāo)高與索長調(diào)整量的關(guān)系式。根據(jù)橋塔、錨碇竣工測量資料及鞍座實設(shè)預(yù)偏量等資料，由于上下游施工誤差不一樣，所以上下游架設(shè)線形略有差異。

影響主纜基準(zhǔn)索股測量精度的因素有很多，主要有塔偏位、跨徑誤差、大氣折光系數(shù)K等。因此基準(zhǔn)索股定位測量前需先精確測量塔偏位、跨徑、折光系數(shù)K值，然后進行中跨跨中及邊跨跨中理論里程測量放樣和基準(zhǔn)索股各跨中高程測量。利用測量軟件自動完成數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸，測量過程中溫度數(shù)據(jù)自動采集。通過監(jiān)控軟件分析計算基準(zhǔn)索股架設(shè)精度，并指導(dǎo)調(diào)整的數(shù)據(jù)，直至基準(zhǔn)索股架設(shè)精度滿足監(jiān)控要求。

架設(shè)過程中考慮到基準(zhǔn)索股在底部，隨著索股架設(shè)的增多，出現(xiàn)誤差累計，本橋增設(shè)了22#、59#、79#三根索股為參照索股，參照索股是經(jīng)過絕對標(biāo)高測量，架設(shè)精度高于一般索股，但精度低于基準(zhǔn)索股。

在一般索股架設(shè)時可設(shè)置參考索股，但誤差應(yīng)換算為相對于相對基準(zhǔn)索的相對高差的誤差并滿足要求。參考索股的選擇應(yīng)方便測量，同時不應(yīng)被上層絲股壓住。索股架設(shè)過程中需嚴格控制架設(shè)精度，以確保索股架設(shè)線形滿足要求。

由于溫度和風(fēng)速對索股架設(shè)的影響比較大，因此調(diào)索時必須滿足被調(diào)索股所在跨的順向溫差<1 ℃；被調(diào)索股與相鄰索股的平均溫度差應(yīng)<0.3 ℃。各主跨設(shè)置4個溫度測點，邊跨設(shè)置3個溫度測點；橋塔塔頂及跨中風(fēng)速應(yīng)<10 m/s或者≤5級風(fēng)，地面風(fēng)速應(yīng)<6 m/s或者≤3級風(fēng)。

3.3基準(zhǔn)索股與一般索股定位量化控制

通常索股架設(shè)時，基準(zhǔn)索股采用長時間觀測精確測量絕對標(biāo)高控制、普通索股定位參考基準(zhǔn)索股采用相對標(biāo)高控制，索股間距控制按“若即若離”的原則架設(shè)[5]。這種方法有其缺陷，由于是操作人員目測判斷索股間距，一般會造成索股間距控制不精確，普通索股上層壓下層。本橋普通索股的定位采用的是確定等效層距法，即計算主纜各根絲股架設(shè)線形相對于基準(zhǔn)索股的位置差和標(biāo)高差，計算各種溫度、跨度變化情況下的位置差和標(biāo)高差修正系數(shù)，利用主纜中心位置的架設(shè)線形、各絲股相對于主纜中心的位置差和標(biāo)高差、溫度和跨度修正系數(shù)可以計算出任意絲股的架設(shè)線形。該方法的優(yōu)點是索股定位可以精確量化，避免了索股定位的累計誤差，提高了索股的定位精度。

4　錨跨張力調(diào)整控制

索股架設(shè)期間，通過測量散索鞍IP定位錨跨線形，索股架設(shè)期間及成橋后，錨跨張力要求均勻，這對成橋線形和結(jié)構(gòu)受力影響很大。在索股架設(shè)期間，若對散索鞍進行固結(jié)，則隨著絲股架設(shè)的增加，在溫度變化作用下，散索鞍的固結(jié)反力會變得非常大，有可能會使散索鞍臨時支承發(fā)生強度破壞；還可能會使主纜索股克服與鞍槽的摩擦而滑移。應(yīng)盡早拆除散索鞍臨時支承，但臨時支承解除后，對散索鞍IP的控制難度加大。要求在索股架設(shè)期間及主纜全部架設(shè)完成后，都要精確控制錨跨張力。通過計算分析與驗算，確定散索鞍支承拆除的合理階段為第28根索股架設(shè)完成后。

在主纜索股架設(shè)完成后，經(jīng)測試索股，錨跨張力與監(jiān)控計算有較大差異，部分索股相差較大；此外，由于錨跨索股在索股架設(shè)過程中沒有及時張拉到位，導(dǎo)致散索鞍發(fā)生位移，因此需對索股錨跨進行調(diào)整。應(yīng)結(jié)合該指令及錨拉桿上已墊錨墊板，確定應(yīng)增加和取出的錨墊板的厚度。同時應(yīng)實測每根索股的錨墊板

厚度。共進行了8次調(diào)整，但后期調(diào)整較少。

5　結(jié)語

馬鞍山大橋三塔懸索橋主纜架設(shè)在傳統(tǒng)大跨徑兩塔懸索橋主纜架設(shè)基礎(chǔ)上，突出三塔結(jié)構(gòu)主纜結(jié)構(gòu)和施工特點，通過技術(shù)工裝、裝備改進創(chuàng)新，提高了主纜索股制造和架設(shè)技術(shù)工藝；通過溫度監(jiān)控、索股間位置偏差定量調(diào)整、合理精確調(diào)整錨跨張力，取得了加強纜索線形控制的效果。經(jīng)實測，馬鞍山長江公路大橋懸索橋主纜空纜線形精度達到設(shè)計及監(jiān)控要求，為后續(xù)成橋線形控制打下良好基礎(chǔ)，也為后續(xù)類似橋梁施工提供參考。

[1]張強，徐宏光.馬鞍山長江公路大橋設(shè)計與創(chuàng)新[J].橋梁建設(shè)，2010(6)：1-5.

[2]楊光武.復(fù)雜河勢條件下的馬鞍山長江大橋橋型方案論證[J].橋梁建設(shè)，2013(1)：1-8.

[3]唐賀強，張強，楊光武.馬鞍山長江公路大橋三塔懸索橋結(jié)構(gòu)體系選擇[J].橋梁建設(shè)，2011(1)：5-9.

[4]吳志剛，汪成龍.馬鞍山長江公路大橋主纜設(shè)計、制造與架設(shè)技術(shù)[J].橋梁建設(shè)，2013(6)：106-110.

Discussions on the Linear Control of Main Cable in Suspension Bridge of Ma’anshan Yangtze River Highway Bridge

ZHU Rui-yun

(Anhui Transportation Holding Group Co.，Ltd.，Hefei，Anhui，230088)

The main cable is an important member of suspension bridge force，and the main cable linear is the main factor to control the structure linear.Taking Ma’anshan Yangtze River Highway Bridge as the example，and through design review of main cable wire-strand unstressed length，this article ensured the accuracy of main cable wire-strand manufacturing；by monitoring calculations，it determined the absolute theoretical elevation for pre-bias amount of cable saddle and the benchmark wire strands，as well as the relative theoretical elevation and theoretical anchor span tension of ordinary wire strands and benchmark wire strands；through geometry measurement and repeated adjustments，the actual elevation of benchmark wire strands and ordinary wire strands became closer to the theoretical elevation；through the new construction methods for cable strand erection，it improved the wire strand erection quality；through the jack tensioning after high-precision calibration and post-tensioning monitoring test and adjustment measures，the linear of actual erected cable became closer to the theoretical cable linear，and the linear and internal force were consistent with the design after completing the structure construction.

Ma’anshan Yangtze River Highway Bridge；Suspension bridge；Main cable；Linear control；Strand erection；Anchor span tension

U448.21+4

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.08.014

1673-4874(2016)08-0053-03

2016-06-05

朱瑞允(1984—)，工程師，碩士，研究方向：橋梁工程及項目管理。