斜拉桥施工控制技术特点研究

发表时间:2020/8/18   来源:《建筑实践》2020年39卷第8期   作者:徐于波
[导读] 斜拉桥主要由索塔、斜拉索以及主梁3部分组成,是一种组合体系的桥梁

        摘要:斜拉桥主要由索塔、斜拉索以及主梁3部分组成,是一种组合体系的桥梁。斜拉桥在运用过程中,其受力形式较为复杂。其中斜拉索的作用在于减小主梁的跨径,减小主梁内的弯矩,进而缩小梁体的尺寸,增强斜拉桥的跨度。主梁主要承受弯矩以及轴向力。也就是说,主塔承受着压力,而斜拉索则承受着拉力。随着我国经济的快速发展,斜拉桥以自身跨越能力强、外形美观等优势被广泛地运用在大跨度桥梁的修建中,满足了人们的出行要求,推动着我国公路交通事业的快速发展。
        关键词:斜拉桥;施工控制;技术特点;
引言
        建设斜拉桥时,部分杆件需利用铆接、螺栓、焊接等许多方法构成支撑衡梁结构,由于受拉应力的影响,采用桁架构件可以节省建筑材料,大幅减轻结构重量,桁架作为一种建筑结构构件,具有许多优点,应用广泛。
1斜拉桥施工控制技术概述
        为了适应大跨径、高强度、刚度好的桥梁建设需求,混合桥型结构应运而生,以斜拉桥结构和钢箱梁结构形式为例,通过二者的组合,不仅可以发挥斜拉桥大跨径、高承载性能的特性,还能发挥钢箱梁轻质、截面抗弯扭刚度强的特点,无疑是一种性能绝佳的桥梁结构组合模式。由于大跨径斜拉钢箱梁桥结构的设计跨径较大,在施工阶段势必出现长悬臂、长拉索的情况,由于悬臂及斜拉索施工周期较长,结构长期处于非成桥的不稳定状态,给正常施工埋下较大的安全风险。此外,由于斜拉桥结构从力学特性角度讲属于柔性体系,在斜拉索张拉过程中的结构非线性效应明显,严重影响结构的整体稳定性。
2斜拉桥施工控制技术特点
        斜拉桥施工控制的基本条件是结构在永久荷载和安全条件下的内力满足施工过程中的有关标准。在斜拉桥主梁悬臂施工中,在不考虑索力偏差的情况下,实现主梁的精确直线度是非常重要的。在斜拉桥施工中,应根据斜拉桥的结构特点和不同的施工方法,选择合理的质量控制措施。如果主梁有较小的刚度和变化。拉索的索力将引起悬臂梁端部挠度的大幅变化。电缆的张力应主要通过高程测量来控制。需控制张拉的吨位在合适的范围内,使斜拉桥施工具备的安全性得到确保。斜拉桥主梁刚度越大,索力变化越大。然而,悬臂梁端部的挠度变化是非常有限的,进行施工时展开有计划的质量控制。应该根据拉索张拉吨数执行,并做好具体测量的实际标高状况,适当地调整索力。控制线性与标高等,一般是利用浇筑混凝土前底模标高使调整完成。
3斜拉桥结构分析法
        在斜拉桥修建中,要注重有限单元分析法的有效运用,该种分析方法,将结构构件分为若干单元,且单元与单元之间通过节点相连接,通过计算单元位移量,将单元内力加以计算,最终实现对整个斜拉桥结构的计算。首先,建立模型。桥梁结构模型的建设影响着斜拉桥的分析计算结果,要模拟斜拉桥的各个构件,其会受到实际结构约束条件的影响。在模型建设过程中,可以按照桥梁实际的施工顺序激化模型相应的节点,进而实现对斜拉桥施工过程的有效模拟。其次,位移模式的选择。通过节点位移表征单元位移及应力,对单元位移分布做出相应的假设。同时,通过节点位移导出关系式计算出单位节点位移。
4斜拉桥施工控制技术分析
        4.1全桥施工控制技术
        针对大跨径斜拉钢箱梁桥结构,全桥结构施工监控全过程中必须做好结构应力、挠度、斜拉索力及温度等参数的实时监控。

应力监控主要借助应变传感器,依靠材料弹性模量值获取对应位置的应力指标,由于施工现场工况条件复杂,且施工周期较长,必须保证应变检测系统的可靠性,建议使用光纤传感器代替传统的应变片,根据全桥结构形式布置相应数量的应变监测点位,监测点位应覆盖全部潜在的危险截面,为了剔除温度效应对应变监测值的影响,建议在温差变化较小的时间段开展应变监测。形变指标是主梁在各种荷载作用下的刚度体现,因此必须重视各向形变的实时监测,形变监测涵盖悬索主塔形变和钢箱梁形变,其中钢箱梁形变包括竖向和横向两个维度,形变监测使用全站仪采集指标,形变监测也应在温度变化梯度较小的时间段进行,以剔除温度效应对数据采集的影响。斜拉桥斜拉索使用拉力和振动频率两个参数共同表征,以保证斜拉索监测精度,斜拉索拉应力通过张拉千斤顶的张拉应力获取,为了剔除因千斤顶机械原因引起的读数误差,使用振动频率参数作为斜拉索拉应力校核标准,斜拉索拉应力测定应保持在相同荷载工况下,也应在外界温度变化梯度较小的时间段进行,以剔除温度效应对数据采集的影响。斜拉索索力张拉应坚持均匀的原则,如果采用非均匀张拉方式,过大的张拉应力容易导致钢绞线受力不均匀,部分钢绞线面临张拉力超限的问题,一旦张拉应力超过抗拉极限,将导致钢绞线断裂,尤其在动荷载效应影响下,断裂病害愈加高发。斜拉索张拉应等值控制,在首根斜拉索端部安装应力传感器,张拉值锁定位置后,传感器记录实时张拉数值,后续斜拉索张拉应力均以传感器读数为基准,逐步张拉锁定直至张拉施工全部完成,随着张拉施工的推进,前序斜拉索应力逐步下降。除了明确各监测分项外,还应制定现场施工监控管理组织,保证现场施工监控工作的顺利、高效推进。作为第三方施工监控方,必须认识到桥梁施工监控是一项复杂的系统工程,尤其是对于大跨斜拉钢箱梁桥结构,其施工监控难度更高。
        4.2斜拉索制作长度
        斜拉索的无应力下料长度是加强项目施工质量控制的要点,需要对相关内容进行重点的管理与控制。具体工作中,应关注斜拉索下料制作标准、斜拉索索力、斜拉张力拔出量等要素,致力于在科学合理的管理机制下,对相关施工控制技术进行严格要求,使得项目桥梁中斜拉索制作长度,符合项目施工要求。实际计算中,应根据成桥后的结构状态,对相关控制要素进行参数实测,考虑到锚具位置、弹性拉伸长度和重力垂直效应对斜拉索索力的测量产生影响,因此,需要对相关要素进行重点控制,使得计算结果具有现实应用意义。
        4.3施工控制误差分析
        在斜拉钢箱梁桥整个施工进程中,不同施工阶段出现的组合施工荷载不尽相同,在自重荷载和施工扰动的联合影响下,容易引起结构自重误差、施工扰动误差、张拉应力误差及材料收缩误差。此外,由于斜拉钢箱梁桥属于较为复杂的组合结构形式,涉及的材料类型众多,尤其是桥面系中大量使用了性能离散性较大的混凝土材料,直接影响结构的整体荷载响应,材料差异反映到结构层面,导致主梁截面刚度也出现较大离散性,影响全桥的力学行为,进而影响施工控制决策精度。自然环境的影响也不容忽视,主要体现在温度效应和风荷载两方面,由于温度效应和风荷载的随机特性明显,且温度效应必然会影响材料的热胀系数,通过等效荷载法也无法完全模拟风荷载的影响,以上因素必然会对施工控制环节造成不同程度的影响。
结束语
        总之,斜拉桥结构通常是一座大桥的关键构成部分。首先,大桥作为道路的一部分,对道路交通安全起到直接影响;其次,大桥是地区与城市的重要风景点,须兼顾其优质、实用以及美观的特点。
参考文献
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