自錨式懸索橋施工監控研究

薛晶

（河北工程大學 河北邯鄲 056038）

自錨式懸索橋的主纜直接錨固在錨錠橫梁的兩端上，利用板式橡膠支座支撐在橋臺上，進而平衡主纜與主梁的水平力，主纜的拉力由主梁直接承受，無需龐大的錨旋，該方法解決了地基較差、錨碇修建困難的懸索橋，是橋梁設計方案的最佳選擇，是普遍應用于城市地區的新橋型。

1 自錨式懸索橋特點

①從外形結構上看，占地面積較小。②從受力結構上分析，主纜的水平拉力取決于橋梁橋面的平衡度，懸索部分和鋼桁梁形成一個相互關聯的整體，在上部結構中無論是固定存在的荷載，還是位置、大小不確定的荷載，都需要通過纜索系統傳遞給索塔，然后由索塔傳力于地基。③從施工步驟來看，自錨式懸索橋不同于其它懸索橋，先對鋼桁梁進行施工，而后安裝主纜，而其它懸索橋則是先安裝主纜再進行梁體的施工。④從施工監測監控上分析，自錨式懸索橋精度高，所有的拼裝、調整、安裝施工都需要在嚴格的監控下進行，目的是為了提高橋梁整體質量。

2 橋梁施工監控

橋梁施工監控是在監控系統作用下，對施工整個過程進行全程監控，如：測量、計算、分析、調整等過程，借助傳感器、測試儀獲取塔、梁、拉索等部位性能的各種數據信息、力學參量、幾何參量等，然后通過計算機程序對收集的數據信息進行分析處理，最后根據處理結果確定精準的施工參數，以便隨時準確地對橋梁的內力和線形變化作出調整控制，進而達到設計預期值，確保橋梁的正常施工操作以及優美外觀。自錨式懸索橋的主纜直接錨固在橋梁上，在板式橡膠支座的作用下錨固在橋臺上，進而平衡主纜與主梁的水平力，如果主纜張拉力過大，都會造成主梁局部失穩，形成施工過程的不安全。

3 建立模型

在施工過程中，需要確定成橋狀態，作為監控計算的初始狀態，這是建立模型的主要步驟。

成橋狀態的確定，需要以主纜一端作為原點，平行橋跨縱軸方向作為x軸，建立坐標，利用拋物線方程，并根據跨度L、垂度f、荷載ω值，參照設計規定的成橋線形來計算：

式中：α——主纜兩端點所連直線與x軸的夾角；

H——主纜水平拉力，H=ωL2/8f。

計算假定，是對全橋豎向恒載、溫度變化采用有限元分析方法，根據橋梁施工周期、構件自重、結構溫度、施工載荷等一系列施工控制參數，建立起全橋計算模型，進行非線性的結構分析，輸出的主纜內力即為二根主纜之和。

4 施工監控的主要內容

自錨式懸索橋的施工監控，其主要內容有以下五項：

4.1 主塔塔偏測量

在橋梁施工和投入使用后的不同狀態下，主塔都承擔著較大部分的載荷，特別是吊桿和主纜的作用較為突出，而在應力不均、氣溫差別、日光照射等因素的影響下，主塔都會產生不同程度的變形。為了不影響索力調整，就需要了解主塔在自然條件影響下的變化規律，以及在索力影響下發生位置偏離的幅度。

測量主塔塔偏的方法，通常是測距法，即使用全自動的安平水準儀、全站儀等測距儀，測量順橋向、橫橋向兩個方向的變位值。測量時，通常在橋梁軸線上選取合適的測站點，比如塔樁側壁、塔樁頂部，并可根據測試過程中的情況作相應的適量調整，最終可測得橋梁主塔在索力調整過程中的塔柱位置變化以及隨氣溫變化所發生的橋向偏移曲線。

4.2 加勁鋼桁梁線形測量

鋼桁梁線形測量，主要包括有高程、位置、中線三個部分的測量。

在拼裝鋼桁梁時，由于各個構件之間客觀上存在一些極小的誤差，容易導致梁體發生偏離軸心、傾斜等情況。因此，為了確保梁預拱度滿足設計規范，必須進行主梁位置測量和中線測量，以保證中跨跨中合攏。位置測量、中線測量，都是將全站儀設置在橋梁軸線上，或者是主縱梁軸線上，隨后以軸線上任意一點為后視點，采取視準線方法，利用小鋼尺測量每一片橫梁的偏離值，利用小垂球測量鋼斜桁梁的垂直度。而高程測量的方法，主要是使用水準儀，測量每一片鋼桁梁的標高，并與設計規范中的數值進行對比，相應調整至允許的誤差幅度之間。

中線測量、高程測量，這兩種方法的測點，通常都布置在橋軸線的頂面上。位置測量的測點布置在橫梁與主縱梁的交叉點上。這三個測量方法，可以同步推進。

加勁鋼桁梁的線形測量，可以測得各個施工狀態下主梁的高程、中線等實際數值，可以測得主梁線形在氣溫影響下的變化曲線。

4.3 索力測量

自錨式懸索橋的主梁、主纜絲形，施工過程中的安全程度，都與其拉索索力有直接關系。因此，施工同時必須進行索力測量，測量結果也應達到規定要求。

索力測量方法，主要是測量不同階段下的索力值、以及隨氣溫變化而產生的曲線，隨后，根據結構施工情況，對吊索在不同情況下的索力進行相應的調整。

在進行測量索力時，通常需要使用靈敏度較高的傳感器，采集攔索在環境影響下的振動信號，在經過濾波、頻譜分析后，根據頻譜圖的變化規律來確定拉索的自振頻率，最后結合索力關系確定索力值。在測量開始前，應提前進行標定工作，以排除拉索彎曲剛度的影響，在測量開始后的進程中，逐步加以修正。測量換算索力時，要符合基頻要求，并使用前3階的頻率進行驗證。

4.4 溫度測量

溫度因素，通常有晝夜、季節兩個類型的溫差。晝夜溫差，是指日光每天對橋梁不同位置的照射，這會導致鋼桁梁結構的伸縮變化；季節溫差，是指晝夜溫差日積月累，使鋼桁梁結構產生有一定規律的伸縮變形。溫度變化，對自錨式懸索橋梁結構的變形影響機理是較為復雜的，特別是日照溫差的變化，這是最為主要的一大因素。在橋梁施工階段，溫度變化會不同程度地影響到主梁撓度、塔柱水平位移。

4.5 應力測量

應力測量，主要是監測橋梁不同結構部位在不同施工狀態下的截面應力值，以及橋梁在投入使用后的載荷應力值，這個測量結果可以更為精準地了解塔柱截面的應力狀況，并為判斷施工過程中不同工況載荷下應力變化提供依據，確保施工安全。

應力測量，是一項基于現場的監控方法，可以采取手持應變計測量的方法，隨時滿足對施工監控的要求，是一項可以長期進行的工作。

在確定測量應力的截面時，可依據施工計算的控制數據進行確定，原則上考慮幾個因素：一是橋體上部結構在施工過程中、成橋狀態后的最大正、負彎矩截面，以及主塔和橫梁的應力截面。這一測量方法，在施工過程中進行的成本較高，因此，為了最優成本地滿足施工監控的要求，可選擇5個左右的梁體應力監控截面和4個主塔測量截面，在鋼桁梁結構中選擇適于使用手持應變計的測量站點，以便讀取到相應數值。

5 結論

伴隨著交通事業的大力發展，自錨式懸索橋的優點不斷得到認可，各地廣泛使用。本文分析了施工過程中的監控內容，為同類橋梁的建設施工，提供一定的借鑒。