悬索桥的施工误差控制

曾志愿

(贵州锦航工程技术咨询有限公司)

1 悬索桥施工控制的重要性

悬索桥在施工过程中不仅容易产生各种施工误差，而且容易出现风的不稳定性和局部应力超限。

(1)悬索桥抵抗变形的刚度主要来自主缆的重力刚度。当加劲梁尚未架设时，主缆是很柔的。随着加劲梁的架设及温度变化，主缆的几何形状变化很大。以虎门大桥的施工过程为例，当跨中已吊装部分梁段，设温度降低20℃、升高25℃或为基准温度时，主缆及部分加劲梁相充分于全桥完成(基准温度)时的竖向位移如图1 所示。从图1 中可以看出，四分点处的主缆比全桥完成时主缆的位置高出6 ～7m，其纵向的位移也相当可观，因此索夹在主缆上的位置必须有一适当的预偏量。

(2)悬索桥施工各阶段中消除误差比较困难，一旦施工完毕，不但主缆长度无法调整，就是吊索也无法像斜拉桥的拉索那样可重复张拉进行调整。悬索桥的主缆和吊索长度在施工过程中只能通过垫片微量调整。

(3)吊装若干主梁节段后就要用千斤顶调整塔顶鞍座与塔顶之间的相对位置以释放塔根弯矩。何时释放塔根弯矩必须通过施工控制确定。

(4)为了减少最终吊装完毕时现场焊接的工作量及提高施工阶段抗风稳定性，常常部分梁段吊装完毕时就焊成刚性连接段。但如果一次刚性连接的长度太长，则其最外侧的吊索可能超载。加劲梁的弯曲应力可能超限。允许多少个节段先部分刚性连接必须进行科学细致的工程控制。

(5)其他一些随机因索的影响。

图1 施工过程中主缆相对于全桥完成时主缆的位移

2 悬索桥施工误差控制的内容

悬索桥的施工误差控制由施工前控制和施工中的控制两大部分组成。为达到施工误差控制的目的，国内外有关学者先后研制出各有特色的计算机软件，其内容大同小异。所谓大同，是都按有限位移理论考虑了悬索桥的几何非线性;所谓小异，是各家思路不同，考虑的因素繁简不一。以下介绍施工控制的主要问题。

施工前误差控制包括确定主缆和吊索的无应力长度、加劲粱的无应力三维尺寸、鞍座的预偏量、索夹的预偏量等。那么，在仅有成桥状态时的桥面竖曲线、吊索(索夹)位置、鞍座中心位置和主缆跨中矢高的情况下，如何确定这些尺寸使成桥状态时结构的几何形状满足设计要求?再则，对主缆的线形而言，在刚架设就位之后是一根悬链线，但经过作用一期恒载(索夹、吊索、铰接的加劲梁段)和二期恒载(桥面铺装、防撞墙等)之后，主缆究竟呈现怎样的线形就不得而知。因此必须采用逐步逼近的前进分析法确定施工前控制的尺寸。

计算分为两个阶段，第一阶段计算一期恒载的作用，此时加劲梁尚未刚接，荷载全由主缆承受。第二阶段计算二期恒载的作用，荷载由已经刚接的加劲梁和主缆共同承受。两个阶段各有其初始态、荷载态和目标态。初始试算时(ICVC=1，KCVC=1)，取目标态二时的几何(也就是成桥时的几何)为目标态一的几何(框1)，此时需要假定一个初始态一，为方便起见，可以同样取目标态一的几何(框2)。在初始态一上作用一期恒载，计入所有非线性因素就可以得到荷载态(框3)，拿荷载态一与目标态一比较(框4)，初次试算肾定是误差较大的，于是修正初始态一(框A)，重复框3 的计算(kCVC=KCVC +1)，如此类推直至误差小于某一指定值(例如ctolen=0.01 m)为止，接下来计算第二阶段。

第二阶段的计算最初(ICVC =1)以目标态一的几何为初始态二(框5)。在初始态二上作用二期恒载，计入所有非线性因素就可以得到荷载态二(框6)，拿荷载态二与目标态二比较(框7)，初次计算时误差较大，于是修正初始态二，也就是修正了目标态一(框B)，这样就同到了框1(ICVC =ICVC+1)，重复计算，如此类推，直至满足荷载态二与目标态二的误差小于某一指定值为止。在程序的后处理中就可以输出我们感兴趣的施工前误差控制的内存。

以成桥状态为初始态，可以通过倒拆分析对各种施工方案进行计算机模拟，得到每一施工阶段的结构几何和内力，从而据此选择台理的施工方案。根据计算机模拟结果，有几点值得注意。

(1)加劲梁的吊装，每吊装一段立即予以刚接直到桥跨全长，是通不过的。由于主缆几何形状在施工中变化很大，这样刚接若干段后，某一吊索和加劲粱的内力都会超过限值。

(2)合理的方法是将几段加劲粱刚接在一起，形成一不长的刚性连接段，各刚性连接段之间以临时铰相连，这样可以释放加劲粱和吊索巾过高的内力，并且对施工过程中抗风稳定性有利。

(3)主缆架设完毕后，猫道的重量悬挂在主缆上，它对悬索桥结构构件的无应力尺寸没有影响，但对架设过程的计算机模拟影响较大，主要会影响到加劲梁下翼缘的闭合，应予以重视。

(4)鞍座弧而与主缆相切点的运动对倒拆分析影响不火，可以忽略不计。