自锚式悬索桥施工控制技术图文并茂

自锚式悬索桥施工控制技术早在1859年，奥地利工程师约瑟夫·郎金就写出了悬索桥“自锚”的设想，美国工程师查理斯·本德在1867年申请了自锚式悬索桥构思的专利。1915年德国建成主跨185m的科隆-迪兹桥，它是采用木脚手架先架钢梁，后挂主缆的。选择这种桥式的主要理由除美观外，是担心地质条件不允许修建锚碇。基于同样理由，德国在1929年建成主跨315m当时欧洲跨度最大的科隆-米尔海姆自锚式悬索桥。后来的发展，除了因为它没有锚碇，还因为它按弹性理论假定进行设计比较简单。1990年日本建成主跨300m的北港桥，1999年韩国建成主跨300m的永宗桥。我国在2002年建成主跨70m的桂林丽君桥，它是我国第一座自锚式悬索桥，2002年7月开工的苏州竹园桥（40+90+40m）我国第二座，天津子牙河桥（46+115+46m）是第三座。“自锚”即不需要一般悬索桥的巨大锚碇，主缆锚固于边跨主梁的跨中或端部，由主梁承担主缆的水平分力和竖向分力。为此必须先架梁，后挂索。它的主要优点除美观外，节省了巨大锚碇的工程费用，也给软土地基不便建造锚碇的桥址提供了修建悬索桥的方法。由于它的施工程序与悬索桥恰恰相反，主梁又要承担主缆传递的力，故只能达到中等跨度。跨度再大就不经济了。

自锚式悬索桥的另一特点：即为了减小主梁承担主缆的水平分力,往往加大主缆的矢跨比,例如北港桥(日)为1:6；永宗桥(韩)为1:5；中国丽君桥为1：5.49，这显然大于有锚碇悬索桥1:10的矢跨比。由于跨度较小和主缆直径相对较小及主缆如此陡峻的纵向坡度，不可能采用常规的紧缆机、缠丝机、缆载吊机等大型机具进行施工；先架梁，后挂索，可以不必采用传统悬索桥的猫道进行挂索。

1、万新大桥主桥概况

抚顺市浑河万新大桥主桥是一座自锚式混凝土吊桥，主跨为160m，边跨70m，锚固跨15m，全长15+70+160+70+15＝330m，主梁为五跨连续箱梁，主缆中心距26.5m，吊索沿顺桥向间距5m。主梁为钢筋混凝土箱梁，箱梁标准断面为单箱五室，梁宽41m，梁中心高度2.5m，箱梁内每5m设一道横隔梁。索塔为H型，塔柱为矩形截面，尺寸为，基础为扩大基础。主缆中跨矢跨比为1/6，主缆直径54.3cm，由85根φ54mm镀锌钢丝绳组成，钢丝标准强度为1960Mpa，主缆由单根连续的钢丝绳绕过全部索鞍形成。吊杆采用121根φ7.1mm镀锌高强平行钢丝，强度为1670Mpa。塔顶设可滑动索鞍，锚固跨主梁内设两个可滑动索鞍和一个固定索鞍。可滑动鞍座下设聚四氟乙烯滑板，塔顶设置顶推钢结构装置，施工时利用千斤顶实现索鞍偏移。

2、施工监控的意义

自锚式吊桥为高次超静定结构，主缆和吊杆为主梁的主要承重结构，主缆线形和吊杆拉力决定着主梁和塔柱的受力状态以及桥面线形，主缆和吊杆必需严格按照一定的安装和张拉顺序、张拉力进行施工，才能实现设计状态。但是施工必然存在误差，因此施工需要专门的施工控制，施工控制人员在现场对主缆线形、吊杆索力、主梁应力、主梁线形、塔柱变形、塔柱应力和索鞍偏位等进行量测和计算分析，给出施工必需的各项控制数据，对该桥施工过程进行严格、科学的监测和控制，及时调整由于各种不定因素引起的索力和线形的偏差，避免误差的积累，使成桥状态的结构内力和主梁、主缆线形满足设计要求，保证施工期间结构的安全。3、初步拟定的施工程序

根据施工单位提出的本桥施工方案，经过对本桥施工过程进行仿真模拟计算，并结合正在进行的模型实验已取得的成果，初步拟定了该桥主缆架设至成桥的施工程序，该程序大致可分为以下四个阶段：（1）主缆架设及索夹安装

在各索鞍按照设计位置安装后，开始进行主缆索股的架设，各根索股必须严格按照其编号顺序架设，并使索股上的标记与相应索鞍一一对应。1#索股（基准索股）钢丝绳架设完毕后，需严格检查各控制标记点的位置，在稳定的气温下测量主缆线形，根据测量获得的误差结果，进行索形的调整，并查明产生误差的原因，为以后的索股架设积累经验，最终使其线形满足设计要求。

基准索股架设后，其它索股应同时利用控制点标记和基准索股的线形进行架设，各索股的接头放在准确的位置上，各索股的线形与基准索股应协调。

主缆全部索股架设完毕后，进行紧缆。

主缆紧缆后，开始安装索夹和吊索。索夹位置应按照设计编号和位置准确安装，索夹的高强螺栓应确保达到设计预拉力并使各螺栓受力均匀。（2）主梁脱模的吊索张拉

吊索安装完毕，可进行主梁脱模的吊索张拉。由于受到各种因素的限制，如吊索长度、吊索承载力、张拉设备的能力和数量、索塔受力、主梁受力等，需要对吊索进行多次反复张拉，才能使主梁安全脱离支架。为了尽量减少吊索反复张拉次数、减少张拉接长杆的数量和长度、降低吊索的最大张拉力，并结合吊索和主梁的承载力，初步拟定张拉过程中采用8套张拉设备，吊索的最大拉力不超过300t，在此基础上，计算和实验表明，通过对全桥吊索进行四次张拉，然后对中跨的部分吊索进行调整，可以使主梁脱离支架。具体工作如下：

1）首先将1#～13#吊索下端的螺母刚好完全戴到锚杯上。

2）利用4套千斤顶对称依次张拉14#～28#吊索，完成吊索的第一次张拉。张拉过程中14#～20#吊索需要临时接长，张拉到位后可将螺母完全戴到锚杯上；21#～28#吊索（共30根）在第一次张拉结束后，仍需要接长杆，接长杆的长度约在12～80cm范围内（该值以温度15度为准，随施工温度不同而不同）。3）对全桥吊索进行第二次、第三次、第四次张拉，这三次张拉过程中，并非每根吊索均需张拉。全桥吊索四次张拉完毕并对中跨的部分吊索索力调整后，中跨主梁和边跨的大部分主梁已经脱离支架，边跨主梁在塔柱附近仍与支架接触，但支架的支承力已很小，可以安全拆除。

4）在四次张拉过程中，需对塔顶索鞍顶推，经过6次顶推后，索鞍移动37cm，达到设计位置。5）整个张拉过程中，需对索塔变形、主缆线形、吊索拉力和伸长量、主梁标高进行严格的测量和记录。并安排固定人员，负责随时对索夹的高强螺栓的拉力进行严格地检查，发现有较大变化后，应及时施拧，确保索夹不发生滑移。（3）预制构件安装

主梁脱模的吊索张拉过程完毕后（可拆除或不拆除支架），可以进行主梁预制悬臂梁和预制板的安装施工，安装顺序根据结构受力计算给定。实际上可以细分为13步

1）主塔、边墩的施工

2）主梁逐段浇注（包括锚固跨）2）主梁逐段顶推3）主简梁合浮拢施冈工4）猫道胳、主缆茎安装4）猫道痛、主缆伤安装4）猫树道、极主缆艘安装4）猫菌道、堂主缆阔安装4）猫导道、搞主缆谎安装4）猫缎道、禁主缆议安装4）猫令道、殊主缆特安装4）猫益道、吓主缆鹊安装4）猫贴道、因主缆袋安装4）猫道篮、主缆争安装4）猫北道、碑主缆互安装4）猫咐道、橡主缆匙安装4）猫道回、主缆袭安装4）猫道止、主缆咳安装4）猫道你、主缆怠安装4）猫道幅、主缆需安装4）猫扔道、甘主缆肌安装4）猫道夸、主缆废安装4）猫课道、灭主缆泉安装4）猫骑道、等主缆蜻安装4）猫程道、银主缆况安装5）索泊夹安旋装索夹的晴同主缆膏间的摩息阻力、继握裹力献试验5）索旧夹安药装5）索截夹安朵装6）吊阳索安拒装6）吊索物安装6）吊索启安装6）吊消索安趴装7）张拉暂吊具（茧多次反蚕复张拉躬，多次宝顶推索蜡鞍）7）张暮拉吊卸具（奏多次肃反复确张拉吴，多知次顶赌推索费鞍）段（???）索鞍殃顶推搭滑移浆可以怖利用粒右图晋简化量分析所模型畜实现妻，节陈点1、2为主获缆与惯鞍座丢切点厨，3、4分别阻与5、6为主从蹈关系，3、4位于索率鞍底两戴端，5、6与3、4横坐标戏相同，齿并位于逼塔顶位氧置。初泳始时刻滋，3、4位于独空缆鉴状态复索鞍取位置造，随拖着施艺工过妨程中乌索鞍架顶推寄，3、4坐标唤发生昼变化劈燕，变袖化值附与顶贩推量富相同包，同用时5、6坐标也尽发生响猎应变化沉，节点7为塔碗顶中翅心。畜单元第①-⑤构成坊稳定桁循架结构俊，模拟画索鞍，报单元⑥暑、⑦为爆刚臂，喊为支承荷结构，冤将索鞍偏作用转走化为轴锤力与弯滑矩传递蛙给主塔桨。单元夹⑧模拟躬索鞍与维塔顶座脏板间摩浊擦力，称并通过予⑥将索蚕鞍两侧孔不平衡压水平力本转化为荡塔柱单辽元剪力号，单元钳⑧轴力净即为主哭缆不平普衡水平曲力。主梁胀脱模问问题荒：两种巩状态担：（1）主透梁各莫处恰劳好脱脊离支革架，亚全部念支反驾力为满零，幻玉且主耽梁与杰支架字间间歌隙为行零。（2）使部哥分主梁父脱离支遭架，出便现一定彻间隙，亡其余部枪分尚由期支架支碰承，但崖支承力木很小，笑强行拆壮除后对寒结构安塌全无影当响。优缺拒点：方法（1）可祖做到没拆除撑支架盘后对哄结构次无影匆响，皮而且哪在理之论上并这一谜状态卫唯一裕，但概由于酒主梁宇重力颜等各圈方面晋参数普误差茂，实狸际很澡难达击到。落方法干（2）拆除原支架对谁结构有争影响，佳且状态早不唯一厕，但可飞直观判却断主梁饥与支架兼是否脱也离。万新姑大桥史如采掠用方勾法（1）各领吊索宾力不姿相等欢，如汪采用勤相等泪吊索谊力，井则中锄跨先再脱离睡支架意，边保跨部封分临朽时支筛墩仍缎存在荣压力逢。方法（1）控呈制主梁冈受力T与主屡缆拉疲力T相同，阶则主梁财各支承唯反力Ri即相应相的吊索飞拉力。棉但主缆等拉力与宝吊索力美有关，贤因此需厌要迭代盐逼近。方法（2）控话制全部吊搬索拉力T脱相等，县当吊索牙力达到T脱时，中喷跨主梁逃与边跨期大部分划主梁脱取离支架核，最大刊间隙为fmax，支恩反力粉最大尽值Rma智x，此外置还有另螺一个约静束条件款，索塔平处支反痒力大于取零。优牲化极值绪问题计算求忙得逼近寄于最优仔解的近兼似解8）主咬梁脱纤模，事拆除票临时刊支架9）安装喂预制悬香臂横梁10）安装凤人行道创板和非朵机动车犯道预制窗板11）桥肾面铺猎装及热附属差设施揉施工12）主缆馅缠丝、碎防护13）吊索需索力误此差调整新（不一舅定只在沸最后一系步）13）吊索叉索力误旨差调整砖（不一腾定只在弦最后一才步）13）吊索薄索力误倦差调整谈（不一毯定只在停最后一帖步）自锚式绝悬索桥拢的非线勿性（1）荷政载作斥用下晕的结删构大离位移夏作为府柔性忆结构杂的最雨主要踩的非抖线性爱影响序因素肝，悬术索桥料在受驳到外汗荷载爽作用郑时，白不仅蹲缆索材及加仙劲梁覆发生哥下挠欠，吊解杆也喊将伸帐长，厌索塔非会压摔缩，角吊杆传还将男发生肺倾斜泪，节符点还乎有水中平位产移。宇都会哈对悬雷索桥揭内力菠产生双影响杰。因坑此在块结构撒分析国时，吗力的佣平衡慎方程扛应根炎据变零形后数的结枝构几第何方横程来丝式建立夕，力赖与变虽形的马关系图是非横线性里的。（2）缆索肤自重垂玻度的影富响摆在有限馅元分析赔中，缆添索单元悄的计算僵模型取纠为直杆掘单元，彻而实际斧缆索具派有垂度霞。在单宪元两端燃受力时望，实际酸缆索单知元的变评形是由登弹性变任形及垂结度变化循的非线徐性变形喜两部分汇组成，剖其变形酬值比直凑杆单元静的大，析与缆索致的弹性顶模量、敞自重及拦张拉力侍等因素剂有关。（3）缆证索初现始内咬力的衬影响窃在进色行悬辣索桥已的非芬线性员分析蝴时，惑因恒园载产府生的杨初内冒力影饥响必水须计辰入。己即由宋于叠疮加原器理不乘适用浴于非爹线性荐结构约，为出了得凯到在扩外力狂作用育下的梳大跨格度悬稿索桥征结构悉的平场衡状趴态，威应将缩慧结构气的初荐内力协、引亲起初嘉内力狼的荷韵载（踩或其役它因疯素）堆及新逝增加拖的活乱载一酬起考贤虑，粮算出脑结构窃在新仁的变巴形状稼态下猜的平饭衡，拒以得蝇到结贞构真物正的托变形纤和内浅力。（4）混凝钉土收缩溪徐变的左影响凡由于混民凝土具惑有收缩棵和徐变探特性，务收缩和筛徐变与楼时间是其非线性哪的关系狡。一般苹来讲，吹混凝土京索塔和尼混凝土摩加劲梁茂随时间炊增长，虾长度会遇变短，银由此会摄引起结悔构的附少加内力卵和变形诞，会对岩整个悬朋索桥的搞受力产膨生不利薯影响，醒同时引妨起桥面梁线形变员化。4、施工耳控制指轿导方案4-1控制目持标距本桥满施工控重制的目馋标主要文有如下柏四个方饰面：佳（1）主韵梁标抓高控同制太通过唐调整浊立模第标高亏和准拨确控晌制吊免索拉测力，详严格验控制洪主梁旺线形素，使酸桥面割线形练在经屋过若傻干年斤的混愧凝土绕收缩宣徐变乌后也辟符合果使用茎要求损。霞（2）主茂缆线扑形控受制骗通召过准两确计船算主响缆索肺股的碧无应饭力长柔度和攻控制牢点位寒置，考严格趴控制歌主缆耽索股忽的架诊设精泼度，际特别狱是基烛准索井股的芳架设新精度雨，准尘确控晒制吊助索拉飞力，吵达到晶严格局控制紧主缆咐线形傻的目这的。（3）吊索腰拉力控丧制已使成桥歌状态的华实际吊肥索索力溜与设计蚀索力的锁误差控求制浴在容许随范围之敌内，以严保证成丧桥状态倾主梁和殖索塔受今力扩的合理者性。同窜时在张基拉过程抹中，应庭对吊索价索力进公行裁严格控栏制，以扇保证主甲梁安全成脱模和窄后期荷碰载安全宁施拌加。棋（4）结骑构应身力控背制大在施调工过薄程中正，保俱证各圣主要畜受力弓部位粪的应届力在执预想肢和脾容许萍范围压内，超以保并证结病构在罗施工扒期间锅的安寄全性刻，钳测量染的应搂力同撞时可叫以校注核理象论分适析的书准确庸性。4-促2检测项蜜目斤本桥书的检测恳项目主援要有：杀主梁标嗽高、主允缆线形资、索塔酱变位、异吊索拉孤力、主句梁应力绑、索塔殖应力、盯索鞍偏蓝位，梁蠢端变形央。

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