夷陵长江大桥三塔斜拉桥施工监控

文章编号:1003-4722(2003)03-0022-03

桥梁建设 2003年第3期

夷陵长江大桥三塔斜拉桥施工监控

黄晓航

(中铁大桥勘测设计院,湖北武汉430050)

摘 要:夷陵长江大桥是一座采用平行钢绞线体系斜拉索的三塔混凝土单索面斜拉桥。由于桥梁采用了新结构、新工艺、新材料,因此在主梁架设中也碰到了很多新问题。主要对施工监控中斜拉索张拉次数、斜拉索自重对索力的影响、斜拉索索力测量问题进行详细的分析。

关键词:斜拉桥;斜拉索;施工监控;桥梁观测;分析中图分类号:U443.38;U445.1

文献标识码:A

ConstructionMonitoringandControlfor3-PylonCable-Stayed

SpansofYilingChangjiangRiverBridge

HUANGXiao-hang

(MajorBridgeReconnaissance&DesignInstituteofChinaRailway

EngineeringCorporation,Wuhan430050,China)

Abstract:YilingChangjiangRiverBridgeisa3-pylonconcretecable-stayedbridgewith

PPWScablesystemandsingleplanestaycables.Quiteafewnewproblemswereencounteredintheerectionof

themaingirderoftheBridgeowingtoutilizationofthenewstructures,workmanshipsandmaterialsontheBridge.Inthispaper,thetimesofcabletensioning,theinfluenceofdeadweightofstaycablesuponcableforce,andmeasurementofcableforceintheconstructionmonitoringandcontrolareanalyzedinconsiderabledetails.

Keywords:cable-stayedbridge;staycable;constructionmonitoringandcontrol;bridgeobservation;analysis1 概 况

夷陵长江大桥主桥为三塔混凝土箱梁单索面斜

拉桥,跨径布置为:(120+348+348+120)m=936m。桥面宽度23.0m。全桥建筑面积21528m。主梁采用单箱三室三向预应力混凝土箱梁,梁高3.0m。斜拉索采用外包PE注油性蜡镀锌钢绞线及VSL锚具,全桥共236根斜拉索,标准索距8m,部分索距5.5m。主塔为倒Y形钢筋混凝土结构。在施工过程中,当前张拉的斜拉索的索力一般控制在与理论值相差?1%范围内,测量的前5对斜拉索的索力与理论值一般控制在5%以内。在施工期间由于各种各样的原因(如张拉千斤顶校验出现

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较大误差、张拉操作方面出现偏差、预制块件混凝土收缩徐变与理论值的偏差等),结构状态也曾出现过与理论值偏离较大的情况,但在进行了结构调整后,整个结构的状态又回到了理论值附近。铺设二期恒载后进行了全桥测试测量。实测索力值与理论计算值吻合较好,在全部118对斜拉索中,有114对(占全部斜拉索的96.6%)的实测索力值与理论计算值相差在5%以内,4对斜拉索索力误差超过5%,其受力均在允许范围之内,经检算,结构受力满足规范规定。3个塔的塔顶偏位与理论值的差值都控制在1cm以内,其中4号塔塔顶偏位与理论值仅相差1mm。主梁合龙实现了毫米级的合龙精度。从以上

收稿日期:2003-03-11

作者简介:黄晓航(1970-),男,高级工程师,1992年毕业于上海交通大学工程力学专业,学士学位。

夷陵长江大桥三塔斜拉桥施工监控 黄晓航

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2.2 斜拉索的自重对索力的影响问题

在以往的斜拉桥的施工监控中,施工指令中一般没有注明张拉索力是塔端张拉力还是梁端张拉力。这是由两方面原因造成的。第一方面是设计者没有考虑斜拉索自重的影响。第二方面则是由于索力测试手段的局限造成的。我国已建成的斜拉桥大部分是采用平行钢丝斜拉索体系。在平行钢丝斜拉索体系的斜拉桥施工中,普遍采用的又是频率法(又称振动法、激振法等)来测试斜拉索的索力。而根据频率法是无法准确测量出塔端和梁端索力的不同的。由于第二方面的限制,即使设计者考虑了斜拉索自重对索力的影响,在实际施工中也无法得到利用。根据简单理论推导(推导过程略)可以得知,塔端和梁端的斜拉索张拉力相差的数量不等于斜拉索本身的自重,而是等于斜拉索两个锚固点的垂直距离乘以斜拉索的线密度。从夷陵长江大桥的索力测量值,可以发现在成桥索力中,塔端索力与梁端索力的差值占本根索平均索力的百分比在0.5%~0.9%的范围内。可以看出在成桥索力中,斜拉索自重对斜拉索索力的影响是比较小的。在施工过程中,由于有的斜拉索的初始张拉力较小,塔端索力与梁端索力的差值占当时索力的百分比会较大,在夷陵桥中这个数值达到了2%。在实际安装控制中由于测试方法或测试仪器本身还有系统误差(大约在2%),如果再加上这2%,斜拉桥控制的精度就难以把握了。由于斜拉索自重在施工过程中对索力影响较大,因此在施工计算和现场监控时如果考虑这项因素对索力的影响会大幅度提高斜拉桥施工控制的精度。而且夷陵桥的斜拉索采用的平行钢绞线体系,索力测试是采用精确的单孔张拉千斤顶,测试在斜拉索塔端进行,测出的索力是塔端索力。表1是现场实际测量数据和理论计算数据的比较。

表1 5号塔安装完第16对斜拉索后索力测量结果

索号C16C15C14C13C12C16cC15cC14cC13cC12c

索力/kN

实测值6148.15985.9589957185619.67564.66959.663315233.2

5037

理论值6148.46144.15971.65749.55613.37575.87094.163425307.55010.3

实测值-理论值

理论值-0.005-2.575-1.216-0.5480.112-0.148-1.896-0.173-1.4000.533

/%

数据可以看出夷陵长江大桥斜拉桥的监控系统达到了很高的精度。

2 施工监控中的几个问题2.1 斜拉索张拉次数的问题

在现在桥梁界对斜拉桥施工控制有一种观念,认为在斜拉桥施工过程中如果对斜拉索的张拉次数越少越好,这样可以大幅度减少施工单位的工作量,对缩短工期是大有益处的。在这种指导思想的影响下,很多斜拉桥监控单位就以减少斜拉索张拉次数为目标,甚至把能够将斜拉索一次张拉到位作为一个监控水平高的标志。殊不知凡事有利必有弊。斜拉索张拉次数的减少,特别是一次张拉到位将会带来两个方面的问题。

(1)斜拉索一次张拉到位即是将斜拉索的无应力长度张拉至斜拉桥成桥时的无应力长度。由于在成桥时斜拉索承担了二期恒载的重量,而在施工过程中二期恒载的重量还没有加上,所以此时斜拉索张拉的力将大于平衡现有主梁重量所需要的力。这样在每对斜拉索张拉到位后,主梁会承担一个额外的弯矩,如果主梁截面足够承担这个弯矩,即施工过程主梁应力不控制的话当然没关系,比如钢主梁,但实际在大多数混凝土主梁斜拉桥中主梁应力在施工状态下是控制的,这样如果为了一次张拉到位而增加主梁截面就得不偿失了。

(2)在合龙前将斜拉索全部张拉到位后,合龙后增加的二期恒载的重量将全部由主梁和预应力承担。对于合龙段以外的梁段,这个影响还可以和(1)的影响抵消一部分,而对于合龙段来说,这部分额外的弯矩将是无法抵消的。而且这种影响将是永久地存在于结构当中。这必然会增加主梁和预应力的负担。

其实在实际施工中,斜拉索张拉次数的增加对工作量的增加和对工期的延误都是相当有限的,而对结构受力的影响却是很有利的。所以在对张拉次数的优化过程中要充分考虑对整体结构的影响,不能盲目地减少斜拉索的张拉次数。在夷陵长江大桥的施工中,在合龙前中塔的前8对索张拉2次,两边塔前7对索张拉2次,其余斜拉索张拉1次,在合龙后所有斜拉索再张拉1次。这样的张拉过程使斜拉桥主梁在施工过程中最大拉应力在1MPa以下,保证了一定的施工安全度。合龙后对主梁的整体预拉抵消了大部分二期恒载对主梁的影响,从而充分发挥斜拉索这种高强材料的作用。注:(1)实测值为上游索力和下游索力的和;

(2)带c号的为边跨索,标准工作循环只测前5对斜拉索索力。24

从表1中可以看出施工中的前5对斜拉索的索力与理论索力的差值都在3%以内,其中9根在2%以内。在合龙前的全桥索力测量中,全部118根斜拉索中有74根斜拉索实测值与理论值的差异在2%以内,这占了全部斜拉索的62.7%。只有6根索误差超过了5%,这只占全部斜拉索的5.08%。这些误差较大的索基本集中在短索上,因为短索索力对索的长度很敏感,而当时控制二次拔出时只控制拔出量没有同时控制索力,所以导致误差。(由于篇幅所限,无法将合龙前的所有实测值和设计值的比较结果附上)可以看出,考虑了斜拉索自重的影响后,斜拉索索力控制达到了很高的精度。这种高精度不仅大大超过了平行钢丝拉索斜拉桥的施工控制精度,即使在平行钢绞线拉索的斜拉桥中也是不多见的。

2.3 斜拉索索力测量的问题

斜拉索的索力是斜拉桥的灵魂,也是施工监控中最为关心的因素。因为索力的变化不仅影响到桥梁线形的变化,而且还会引起桥梁内力的变化。一座设计上很合理的斜拉桥,如果成桥时的索力无法和设计吻合,那整座桥的内力状态就和设计时不同。也就是说建成的桥不是设计的那座桥,其安全性、耐久性就无法得到应有的保障。和其他内力变量相比,索力是相对容易测量出并且可以测量准确的变量,所以一般通过控制斜拉索的索力以达到控制整座桥内力的目的。因此,斜拉索索力的测量是十分关键的工作。

夷陵长江大桥3号墩在第11对索安装完毕后的索力监测数据出现异常,其中7,8,9,10号索的索力比理论值偏差较大。7,8,9,10号这几根索的索力在10号索安装后的测量过程中是正常的,在上次测量后这几根索没有进行张拉。在排除了温度、荷载等因素的影响后,最后发现测量用的千斤顶在这次测量前重新标定过。拿出此次标定的回归方程与千斤顶进场后所有的回归方程比较,发现此次的回归方程比上次标定相差4.8%。最后监理要求对千斤顶重新标定后,重新进行测量。重新测量后发现第11对索超张拉,对第11对索索力进行调整后又进行了第3次测量,最后一次的测量数据与设计值的偏差又回到了允许范围之内。具体数据见表2。

3 结 语

索号 C11C10C9C8C7C11cC10cC9cC8cC7c

/-1.119-2.687-0.1740.039/-0.333-1.3241.120-4.888

桥梁建设 2003年第3期

表2 测量索力与理论索力差值

实测值-理论值 /%

理论值

10号索安装后11号索安装后(1)

-0.439-6.060-6.276-4.540-4.204-0.544-5.106-3.751-3.350-5.777

11号索安装后(2)

-0.046-1.712-1.1691.4472.3250.148-0.8511.4812.797-1.126

注:带c号的为边跨索,标准工作循环只测前5对斜拉索索力。

从表2数据可以看出,利用小吨位千斤顶测量索力的精度还是比较高的,但是由于标定或测量方法的问题也会产生一些偏差,所以在利用小千斤顶进行索力测量时,对于千斤顶的标定和测量方法上一定要严格要求,避免测量出错误的索力,给监控人员造成错觉。要注意的是表中第1次测量的11号索的索力与设计值偏差不大,这是因为由于条件所限,张拉和测量使用的是同一套千斤顶,实际上此时的11号索力是偏大的。从表中还可以发现中跨索力比边跨索力与理论值吻合得好些。其实在整个监控过程中中跨索力比边跨索力都吻合得好些,这是因为整个边跨是在支架上现浇后随着斜拉索的张拉逐步拆除支撑的,而这些支撑的刚度在计算中无法模拟准确,导致边跨受力计算有一些误差。

夷陵长江大桥三塔斜拉桥从设计角度来看是一座设计新颖,造型独特,技术难度相当大的大型桥梁,其中运用了很多新技术、新材料、新工艺,这也给斜拉桥施工监控工作增加难度。在实际监控工作中监控人员发扬创新精神,克服了一系列困难,使监控系统达到了较高的水平。参 考 文 献:

[1] 秦顺全,林国雄.斜拉桥安装计算[A].92年全国桥梁

结构学术大会论文集[C].1992.

[2] 尼尔斯丁吉姆辛.缆索承重桥梁[M].姚玲森等译.北

京:人民交通出版社,1992.