大跨度钢斜拉桥施工精度控制目标值的建议

大跨度钢斜拉桥施工精度控制目标值的建议史永吉曾志斌白玲（铁道部科学研究院）【摘要】斜拉桥为内外高次超静定结构，在架设过程中其施工管理的复杂性是不言而喻的。据文献报道，斜拉桥施工因产生较大误差而影响结构机能，甚至垮桥事故，已不鲜见；另一方面，因计算的假定、制造和组装的误差，施工荷载及位置的误差，索、塔、梁的架设误差等因素的影响，要想使斜拉桥在架设各阶段的索力和主梁线形与设计值相同，几乎是不可能的，这就需要设定一个合理的施工管理精度目标控制值。本文概要介绍了通常的斜拉桥施工管理方法，并根据近年施工的大跨度钢斜拉桥的施工实绩，提出了钢斜拉桥施工管理精度目标控制值的建议，供今后大跨度钢斜拉桥施工参考。【关键词】钢斜拉桥架设施工精度控制目标值一、前言作为索支撑结构之一的斜拉桥，由斜拉索、主塔和主梁组成，为内外高次超静定结构。斜拉桥一般采用平衡悬臂架设法施工，从架设开始到中跨合龙，其结构体系在不断变化，斜拉桥的施工是一个比较复杂的过程。由于设计的假定、制造和安装的误差，临时施工荷载及其位置的不精确性，以及温度差的影响，这些因素将导致从悬臂架设到合龙各架设阶段的误差和误差的累积。所以，斜拉桥架设的施工精度管理是非常重要的，对其主要项点如几何线形（主梁拱度、主塔垂直度）和索力、主梁应力等应施以有效控制。斜拉桥的架设精度管理方法是通过架设计算和测量，对两者进行比较分析和判断，调整至符合设计要求的施工精度管理目标控制值。成桥后再根据测量的实际几何尺寸进行内力和应力修正。由此可见，事先设定合理的斜拉桥施工精度目标控制值是十分必要的。既可避免架设阶段无止境的调整索力和线形，又可避免过大的施工误差累积而影响斜拉桥的耐久性和安全性。本文概要介绍了斜拉桥施工管理方法，依据近年来大跨度钢斜拉桥的施工实绩，提出了钢斜拉桥施工管理精度控制目标值的建议，供今后大跨度钢斜拉桥施工参考。二、斜拉桥架设及施工管理1.架设步骤以三跨连续双塔钢斜拉桥为例，通常的架设步骤如图1所示。2.施工管理概要斜拉桥架设过程施工管理的重点是架设计算和线形、索力、主梁应力等的施工测量，并适时地对计算值和测量结果进行分析比较，判断是否需要对索力和线形进行调整。如需调整，则通过调整索长即调节承压螺母或加垫片的方法使线形和索力的误差控制在设定的合理目标值以内。图2为斜拉桥施工管理流程。三、架设计算1.影响架设精度的因索斜拉桥技术设计时，要想准确掌握架设各阶段的临时施工荷载及其位置，以及索、塔、梁等预制构件的状态等是非常困难的。所以，需在现场按图1和图2所给框图建立能及时提高误差分析结果的计算机分析系统。（1）影响斜拉桥架设误差的因素作为斜拉桥架设计算的计算机误差分析系统，在各架设阶段需要考虑的因素很多，主要有：·斜拉索矢度的影响；·施工中临时增设的支点、绞、支承排架、构件和节点，及其拆除后等引起结构形式的变化；·相应于斜拉索制作的无应力长度、主梁、主塔制作的无应力形状；·索、塔、梁的温度、重量、断面等的变化。2.斜拉桥架设误差分析概念斜拉桥架设计算与设计计算的不同点是误差分析。近期斜拉桥架设的误差分析通常是模拟分析法和基于模糊理论的分析法。模拟分析法是把结构误差、形状误差、架设误差等误差因素作为概率变量，借用蒙特卡罗法（Monte-CarloMethed）和模拟分析而求出斜拉桥建成后的残留误差，从而对架设的管理精度及其对结构产生的影响作出评价。这一架设管理精度就是本文所指的斜拉桥施工管理精度目标控制值。基于模糊理论概念的误差分析法是把主梁、塔、索的制造误差视为变量，并作为制约条件给出上、下限值和设计者希望的中间值，应用非对称元函数法求出设计者满意的最小值。就斜拉桥而言，是在架设各阶段（包括中跨合龙后），求得对梁、塔线形和主梁断面力影响最小的最合适的斜拉索预拉力调整量。四、斜拉桥施工测量1.测量项目及方法斜拉桥架设各阶段施工测量的主要项目及其内容如表1所示。测量方法及设备如表2所示。2.测量的注意事项（1）测量时间为避免日照变化引起结构线形及应力的变化，线形和应力的测量应在温度相对稳定的日出前短时间内完成。因此要求建立自动检测和输出系统。（2）重点测量的工况·悬臂架设时（斜拉索张拉完成以后）；·线形调整前后；·边跨合龙前后；·中跨合龙前后。（3）线形测量中应适时地进行两岸通测，以使校核。调整索力时，应考虑对未调索的影响。主梁应力测量时，在架设全过程中，应力测试设备应有长时间累加测试性能。五、斜拉桥施工管理精度目标控制值1.近期建造桥梁的施工管理精度控制实绩（1）主梁拱度表3表示近期建设的斜拉桥主梁拱度架设精度控制实例。（2）塔顶变位控制精度表4表示近期施工的斜拉桥塔顶变位控制精度。（3）索力斜拉索索力施工精度目标控制值为±0.1To（To——恒载时的计算拉力）。2.大跨度钢斜拉桥施工管理精度控制目标值的建议为了缩短大跨度钢斜拉桥的架设工期，并使架设误差控制在合理范围内，根据过去斜拉桥施工实绩及其模拟分析，特提出钢斜拉桥施工精度控制目标值的建议，供今后斜拉桥施工精度管理参考。（1）主梁拱度Sg=±[25+0.5（X-25）]（l）式中Sg——主梁拱度控制误差（mm）；X——距最近支点的距离（m）。（2）上梁塔顶变位St=±H/2000（H≥100m时）St=±H/1000（H＜100m时）（2）式中St--主梁塔顶沿桥轴向控制变位（mm）；H——塔高（自支承横梁顶计算，mm）。（3）斜拉索顶拉力Sc=±0.1To（H≥100m时）（3）式中Sc--斜拉索拉力控制误差；To--恒载情况下斜拉索计算拉力。六、结束语斜拉桥建成以后的施工误差控制不仅影响结构的设计内力的变化，也对施工工期产生很大影响。我国已建成百余座斜拉桥，至今仍没有建立合理的施工精度控制标准。本文建议的大跨度钢斜拉桥施工精度控制目标值也可适用于PC梁斜拉桥的施工管理。参考文献[1]星野正明.斜拉桥の构造系と设计一般.桥梁と基础，1985.8[2]野中幸治.钢斜拉桥の架设.桥梁と基础，1985.8[3]前四研一斜拉桥の施工管理システム.桥梁と基础，1986.1[4]龟田正博.Accuracycontrolforerectionofsteelcable-stayedbridgebysimulation,桥梁と基础，1995.2[5]谷川和夫.Trialcalculationofconstructionaccuracyofcable-stayedbridgebysimulation,横河桥梁技报，1988.1[6]钱广幸壮.岩黑岛斜拉桥架设における精度管理.横河桥梁技报，1988.1[7]加地健一.斜张桥の架设精度管理システム.三菱重工技报，1987.7[8]Masakatsu,etal.Practicalcabletensionadjustmentbasseduponthesatisfactionconceptofbridgedesigners,土木学会论文集（日）。1998.7