试论斜拉桥施工控制研究

金绍英

中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司116033

摘要：本文基于目前斜拉桥施工控制思路，梳理了斜拉桥施工控制要素，介绍了斜拉桥在施工阶段监测监控的内容和方法。

关键词：斜拉桥施工控制监测监控

一、斜拉桥施工控制思路

斜拉桥施工控制的目的是保证桥梁在施工过程中和成桥后其线形和内力达到预期设计要求。斜拉桥由开始建造至最终成桥状态需要经历多种构件的安装、临时支架的安装拆除、体系变更，最后结构状态与理想计算状态存在一定的差异，因此在施工过程中应及时反馈测量数据，调整拉索参数和主梁标高，确保各施工阶段结构的应力变形及其稳定处于安全状态。

从施工过程中误差调整及施工思路来看，目前斜拉桥施工控制方法主要分为三种：开环施工控制法、闭环施工控制法和自适应施工控制法。

1、开环施工控制法。对于结构、施工简单、材质均匀的斜拉桥结构，其施工过程为:首先从预期成桥状态通过施工计算方法求解出各个施工阶段拉索、主梁的控制参数。在施工过程中只要将相应施工阶段中拉索及主梁按理想计算值进行安装，其成桥状态即可达到预期成桥状态，这就是所谓的开环施工控制方法。可以看出，开环施工控制法是单向性的。

对于早期的钢斜拉桥的施工，从理想的成桥状态通过施工过程的倒退分析，求得每个施工阶段主梁标高和索力，在施工过程中按这样的标高和索力安装，理论上即可达到理想的成桥状态，这也是一个开环控制过程。在各部件的制造和安装精度很高，且对结构的力学特性完全掌握的情况下，这种方法是可行的、方便的。

2、闭环施工控制法。对于预应力混凝土斜拉桥结构，当采用悬臂施工时，由于实际施工过程中影响因素较多，且理论计算模型中结构参数与实际不一致，造成施工阶段中结构状态偏离理想施工状态，随着施工过程的推进，这种误差不断累积，结构成桥后内力和线形可能远远偏离预期成桥状态，甚至危及结构的安全。因此对于此种施工状态与理想状态相差较大时，须对施工中结构的响应进行实时测量，将测得的数据进行分析，重新计算出主梁、拉索的调整量值，纠正实际施工的偏差，确保理论计算与实际施工结构的状态一致。此种控制方法称为反馈控制法，可以看出反馈控制法是一种闭环控制。

在出现误差之后就必须及时纠正，而纠正的措施和控制量的大小是由误差经反馈计算所决定的，这就形成了一个闭环反馈控制过程。目前钢斜拉桥施工控制大部分都采用反馈控制，对施工中的结构形状和内力状态进行调整的措施主要有:①斜拉索的张拉力;②以后新增构件的标高增量；③预应力索的张拉力。

3、自适应施工控制法。对于预应力混凝土斜拉桥，施工中每个工况的受力状态，达不到设计所确定的理想目标，其重要原因是有限元计算模型中的计算参数取值，主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数等，与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中的这些参数值，使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律，在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统辨识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。

二、斜拉桥施工控制要素

1、结构刚度误差。斜拉桥结构刚度是由主梁、索塔和斜拉索的刚度组合决定的。引起结构刚度误差的因素，对于主梁和索塔来说，除了混凝土弹性模量外，截面尺寸也对刚度有影响；对于斜拉索来说，主要是拉索垂度，会引起拉索有效刚度的折减。

2、浇筑混凝土误差。浇筑混凝土误差，即超方现象是浇筑混凝土过程中难以克服的误差，产生的原因有两方面。一方面是浇筑混凝土时，由现场施工人员估计顶、底板混凝土厚度而产生的误差，另一方面是由模板变形和混凝土容重变化而产生的误差。混凝土超方对斜拉桥施工阶段的内力和线型影响很大，特别是两侧出现不平衡超方时。当结构悬臂伸长时，影响急剧增加。所以，对于大跨径混凝土斜拉桥而言，在边跨设置辅助墩对于增加结构刚度，提高施工质量是有好处的。

3、桥面临时荷载影响。桥面临时荷载的影响类似于混凝土超方，既存在对称荷载，也存在偏载。桥面临时荷载可分为两类，第一类相对固定，如卷扬机、压浆机、吊索机、施工简易房等；第二类比较随机，如桥面上堆放的钢筋、型钢、锚具等。

4、挂篮及模板定位误差。由于挂篮是一个庞大的结构物，加上挂篮本身刚度的影响，实际施工时挂篮位置很难做到与设计一致。挂篮定位包括外模板和内模板的定位，外模板决定了梁底标高，而内模板决定了桥面的标高。挂篮定位是控制主梁标高的重要的也是最直接的手段。定位时只要态度认真，并且挂篮在设计上是合理的，挂篮定位误差能够控制在允许范围以内。由于桥梁工地一般都是24小时工作制，在挂篮定位时其它工序仍在进行，所以挂篮定位必须考虑温度和临时荷载的影响。

5、挂篮变形误差。浇筑混凝土过程中，挂篮会发生变形，这包括纵向变形和横向变形，也包括弹性变形和非弹性变性。挂篮非弹性变形对施工控制质量有较大影响，特别是后支点挂篮，由于无拉索帮助，挂篮受力较大。前支点挂篮由于拉索帮助，其纵梁的受力得到很大改善，但是对于宽桥，前支点挂篮优点不明显，其主要受力在横向，所以前支点挂篮的横向受力更为重要。

6、斜拉索张拉力误差。由于目前张拉斜拉索控制索力均由油压表读数控制，所以油压表以及张拉系统的误差决定了斜拉索的张拉力误差，另外锚具变形也会影响索力的数值。斜拉索张拉力误差通过现场测试，可以将其减小到5%以内。斜拉索索力增加后对主梁标高有一定程度的影响，且岸侧斜拉索张拉误差只影响岸侧主梁标高，对河侧主梁标高影响较小。

7、温度影响。温度影响是施工控制中较难掌握的因素，温度影响产生桥梁挠度变化有四种情况：均匀温差、索梁温差、桥面上下温差、塔两侧温差。温度变化虽然随时存在，但其对施工控制的危害主要表现在挂篮定位时，选择夜间进行挂篮定位比较合适。温度影响变化无常，所以施工控制前必须加强观测，及时掌握规律，尽可能排除温度影响。

三、斜拉桥施工监测监控

斜拉桥是高次超静定结构，它对成桥线形有较严的要求，每个节点坐标的变化都会影响结构内力的分配。桥梁线形一旦偏离设计值，势必导致内力偏离设计。在进行施工时，由于设计时所采用的计算参数诸如材料的弹性模量、构件重量、混凝土的收缩徐变系数、施工中温度变化以及施工临时荷载条件等与实际工程中所表现出来的不完全一致所引起的。斜拉桥在施工中表现出来的这种理论与实际的偏差具有累积性，如不加以及时的有效的控制和调整，随着主梁悬臂施工长度的增加，主梁标高最终会显著偏离设计目标，造成合拢困难，并影响成桥后的内力和线弧。因此，斜拉桥施工监测监控是保证斜拉桥达到设计要求的重要手段。

1、主塔变位测量。主塔变位测量包括顺桥向和横桥向两个方向变位值的测量。主塔在施工和成桥状态通过斜拉索均匀承担相当部分的梁体重量，在不平衡荷载和大气温差及日照影响下，均会使主塔产生不同程度的变形，为了不影响主梁的架设施工，必须研究掌握主塔在自然条件下的变化规律以及在索力影响下偏离平衡位置的程度。

2、梁体线形测量。主梁线形测量包括高程测量和中线测量。高程线形测量采用几何水准测量法，测出已施工各节段的节段控制水准点的绝对标高，再根据各节段竣工时测得的与其梁底的高差，推算出相应节段的梁底标高，为消除日照温差引起的梁体的不规则变化，线形测量应选择在温度变化小、气候稳定的时间段进行，测量工作持续的时间越短越好。

3、索力测量。拉索索力的准确与否直接关系到主梁的线形，乃至施工安全。因此，在施工中必须确保索力测试结果正确可靠。索力测量一般采用脉动法(或称频谱分析法)，利用附着在拉索上的高灵敏度传感器拾取拉索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、放大和频谱分析，再根据频谱图来确定拉索的自振频率，然后根据自振频率与索力的关系确定索力。

4、温度测试。温度变化，特别是日照温差的变化，对于斜拉桥结构内力和变形的影响是复杂的。在施工阶段，日照温差对主梁挠度和塔柱水平位移的影响尤其显著，温度的影响总体上可分为两种：一是昼夜温差；二是季节温差。前者是指太阳每日的起落对桥梁各部位的日照变化，在混凝土结构内形成由表及里，且深度一般不超过40厘米的浅层温度梯度，使混凝土产生非均匀变形。后者则是由于长期的昼夜变化，使混凝土结构产生基本均匀的伸长和缩短。

5、应力测试。斜拉桥应力监控测量包括梁的安装应力监测和塔的施工应力监测，两大类主要目的是了解梁塔控制截面的应力状况，并对梁体重量及其它荷载变化情况进行判断，确保结构施工安全。

结语

斜拉桥施工控制是一个系统工程，既是一个技术上的问题，又是一个管理上的问题，斜拉桥成桥状态与施工过程密切相关，设计上在确定一个合理的成桥状态后，按一定的施工工艺流程和计算方法来确定斜拉桥的施工状态，任何变动都将对实现成桥状态产生不利的影响。

参考文献

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