斜拉桥结构设计

斜拉桥结构设计（通用12篇）

斜拉桥结构设计 篇1

1 概述

矮塔斜拉桥又称部分斜拉桥, 主要由桥梁的墩台、桥塔、主梁、拉索等组成的。作为一种新型的组合体系桥梁结构形式, 矮塔斜拉桥兼有斜拉桥和连续梁桥两种桥型的结构优点, 具有较大的刚度和较低的桥塔高度, 桥型美观, 跨越能力大, 在100~300 m跨径范围内具有很强的竞争力, 是一种很有发展潜力的桥型结构。近十年来, 其发展速度尤为迅猛, 在全世界范围内已有近百座矮塔斜拉桥建成, 其中有50余座在我国境内[1]。

研究发现, 具有单箱梁结构的单索面矮塔斜拉桥, 其单索面位于单箱梁结构的中线上。如果将2座单箱梁结构的单索面矮塔斜拉桥进行横向拼接, 即拼接合成后成为一座双索面矮塔斜拉桥, 不仅可以增加桥梁的通行能力, 而且可以进一步通过优化桥塔、主梁的结构设计来降低桥梁建设成本, 适用于一次性整体规划设计而分期加宽建设实施的公路或城市桥梁, 或为利用老桥位改 (扩) 建新桥时提供一种半幅施工半幅通车的建设方案[2]。

2 双拼式矮塔斜拉桥结构体系分析

双拼式矮塔斜拉桥的结构主要由塔、梁、索、横梁和墩组成, 它的总体特点是塔矮、刚度大、索集中布置, 属于高次超静定结构, 其成桥状态 (包括内力状态和线形状态) 由结构荷载布置方式、边界支撑条件、梁体内预应力布置及体外斜拉索索力分布共同决定。该类结构桥梁具有斜拉桥和梁式桥的双重特性, 其受力特性在很大程度上取决于四大承载构件的刚度, 即斜拉索、主塔、主梁及横梁的刚度, 或者更确切地说, 其受力特性主要取决于四大承载构件的相对刚度。

双拼式矮塔斜拉桥以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载。斜拉索的竖向荷载承担率不超过30%或斜拉索在活载作用下的应力变化幅度不超过50 MPa。双拼式矮塔斜拉桥的拉索更象体外预应力, 它的主要承重结构是主梁, 拉索只起辅助作用。当采用单索面时, 拉索对主梁抗扭不起作用, 主梁应采用抗扭刚度较大的截面;当采用双索面时, 作用于桥梁上的扭矩可由拉索的轴力来抵抗, 主梁可采用较小抗扭刚度的截面。

3 双拼式矮塔斜拉桥结构设计与计算

3.1 结构设计

双拼式矮塔斜拉桥由并排设置的2座独立的单索面矮塔斜拉桥, 通过横梁进行双拼而从结构上连接成整体。单索面矮塔斜拉桥的结构体系采用塔梁固结、塔墩分离体系, 在塔与梁下面的墩顶设置盆式支座, 选用预应力钢筋混凝土箱梁或钢箱梁。2座单索面矮塔斜拉桥之间采用钢筋混凝土横梁刚性连接 (也可采取预应力混凝土箱梁作为横梁刚性连接) , 即在2个单索面矮塔斜拉桥的箱梁之间增设横梁, 与斜拉索所拉箱梁内的横隔板 (梁) 、墩顶横梁、端横梁刚性连接。桥面宽度用两箱梁间增设的横梁的长短来调节, 可以做成双索面宽幅矮塔斜拉桥。桥梁的桩基础、墩台及墩台顶的盆式支座均由双索面 (宽幅) 矮塔斜拉桥结构状态来总体控制设计或选型, 分期 (或分幅) 建设实施。

(1) 主梁

主梁采用双箱梁加横梁组合体系的整体式断面, 采用预应力混凝土箱梁或钢箱梁。箱梁宜采用单箱双室或单箱三室结构, 且斜拉索索面位于单箱梁的中心线上。主梁梁底线形宜选用2次抛物线, 当跨径大于200 m时主梁底线形宜选用1.8次抛物线。

(2) 横梁

根据双拼式矮塔斜拉桥的桥宽和主梁的结构材料, 可以选用钢筋混凝土横梁、预应力混凝土横梁和钢横梁。

(1) 采用预制安装钢筋混凝土横梁, 吊模现浇其湿接头, 并对湿接头混凝土采取早强措施或者吊模现浇钢筋混凝土横梁。钢筋混凝土横梁可以与预应力混凝土箱梁悬浇施工同步悬浇或悬拼, 亦可待预应力混凝土箱梁悬浇合龙后进行悬浇或悬拼。

(2) 采用预应力混凝土横梁, 并与预应力混凝土箱梁悬浇施工同步悬浇, 然后再对其施加横向预应力。

(3) 采用钢横梁, 并与钢箱梁悬拼施工同步拼装。

(3) 桥面板

可以根据工程项目的实际情况选择预制拼装桥面板或者整体现浇桥面板。

(4) 墩台

双拼式矮塔斜拉桥的墩台宜在双箱梁下面对应地设置分离式墩台及其群桩基础。

3.2 结构计算

2座单索面矮塔斜拉桥之间采用刚性连接进行拼接后, 单索面矮塔斜拉桥结构转换为双索面矮塔斜拉桥结构, 双索面之间的主梁由空间双悬臂结构受力体系转变成了空间梁格结构受力体系。设计时根据受力体系转换前后的主梁受力状态及其受力大小, 拟定主梁各部位尺寸并对其进行配筋设计和验算。

(1) 斜拉索索力计算

根据双拼式矮塔斜拉桥主梁受力为主的特点, 考虑计算简便, 可按以下步骤确定斜拉索索力。 (1) 按构造布置索位; (2) 通过初定总索力竖向承担力不超过恒载的30%, 确定单根索的股数; (3) 建模计算。根据最大索应力、应力幅、梁受力适当调整单根索股数, 在充分发挥梁作用的前提下, 体现索的帮扶作用。

(2) 计算模型选择[3,4]

双拼式矮塔斜拉桥的桥面较宽, 双索面宽幅矮塔斜拉桥空间受力效应明显, 不宜按单梁法计算。而按空间有限元计算又过于繁琐, 为了能够兼顾分析横隔梁受力, 宜按梁格法建模进行总体受力计算, 既简便又不失精度。

3.3 实施步骤

(1) 按照双拼式矮塔斜拉桥方案, 即双索面宽幅矮塔斜拉桥一次性整体规划并设计拟新 (改) 建公路 (或城市) 桥梁;

(2) 对于新建桥梁工程, 先实施双拼式矮塔斜拉桥的半幅桥梁中的单索面矮塔斜拉桥, 采用单箱三室 (或多室) 箱梁、挂蓝悬浇法或预制悬拼法施工, 双拼式矮塔斜拉桥的另外半幅桥梁根据交通量增长等需要分期建设实施;

(3) 对于老桥改扩建工程, 先在老桥一侧实施双拼式矮塔斜拉桥的半幅桥梁中的单索面矮塔斜拉桥, 采用单箱三室 (或多室) 箱梁、挂蓝悬浇法或预制悬拼法施工, 待其成桥开放交通后再拆除老桥;

(4) 依据拓宽桥梁的需要, 拓宽实施双拼式矮塔斜拉桥的另半幅桥梁中的单索面矮塔斜拉桥, 同样采用单箱三室 (或多室) 箱梁、挂蓝悬浇法或预制悬拼法施工;

(5) 在两箱梁之间实施连接横梁, 采用吊架现浇法或预制安装法施工, 完成由单索面矮塔斜拉桥结构向双索面 (宽幅) 矮塔斜拉桥结构的桥梁结构受力体系的转换;

(6) 在已完成的连接横梁上采用承托模板现浇钢筋混凝土桥面板、调平层并铺筑桥面, 将分期实施的2座单索面矮塔斜拉桥拼成一座双索面 (宽幅) 矮塔斜拉桥。

4 工程案例

4.1 江苏省丹阳市齐梁路京杭运河大桥[5]

江苏省丹阳市齐梁路京杭运河大桥, 主桥为 (70+120+70) m双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥, 总体采用塔梁固结、墩梁分离的形式, 主梁采用双箱梁加横梁组合体系, 桥面全宽43 m, 采用整体式断面, 主塔 (即拉索区) 设于侧分带, 塔中间为双向6车道, 塔外侧为非机动车道和人行道。其主桥横断面布置图如图1所示, 于2014-12主体建成。

4.2 江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥拓宽工程[6]

205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥横跨淮安市区里运河和京杭大运河, 桥长1 207.53 m, 桥宽26 m, 按双向4车道标准建设, 主桥结构为单索面矮塔斜拉桥, 主跨175 m, 主塔高32 m。

以205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥进行双拼为例, 双塔中间设双向8车道, 双塔外侧设慢车道和人行道, 则其双拼式宽幅矮塔斜拉桥的横断面组成为:栏杆0.50 m+人行道5.00 m+慢车道7.50 m+侧分带2.50 m+快车道12.50 m+快速公交道BRT8.00 m+快车道12.50 m+侧分带2.50 m+慢车道7.50 m+人行道5.00 m+栏杆0.50 m, 桥面总宽达64.00 m。双拼加宽后的205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥的横断面图如图2所示。

4.3 江苏省淮安市武黄线京杭运河大桥[7]

江苏省淮安市武黄线京杭运河黄码大桥, 位于武黄线终点处, 于1992年建成通车, 桥梁跨越京杭运河。老桥主桥为预应力混凝土T形刚构桥, 主孔跨径40 m, T形刚构挂梁及引桥均为20 m预应力混凝土T梁。桥梁全长320 m, 全宽11.5 m。桥梁设计荷载等级为汽车-20级。主桥在汽车荷载作用下竖向变形较大, 行车舒适度较差, 且主孔跨径较小, 过往船只经常碰撞桥墩, 存在较大安全隐患。经检测, 该桥被评定为四类桥, 必须进行改建。

该桥改建方案设计时, 建设单位曾经推荐的主桥比选方案之一是采用 (85+145+85) m的双索面宽幅矮塔斜拉桥, 可由2座单索面矮塔斜拉桥进行双拼加宽而成。将老桥改 (扩) 建成双拼式矮塔斜拉桥, 其施工方法是先在老桥一侧建设一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的半幅, 先行使用, 再拆除老桥后建设另一座单索面矮塔斜拉桥作为新桥的另半幅, 最后将2座单索面矮塔斜拉桥拼接成为双索面宽幅的双拼式矮塔斜拉桥。此比选方案的显著优点是采取整体设计, 分期建设, 对于改 (扩) 建老桥能够满足施工期间不中断交通的需求, 同时节省施工期间便桥通行费用。

4.4 江苏省淮安市淮阴区承德北路改造工程盐河大桥[8]

江苏省淮安市淮阴区承德北路改造工程盐河大桥, 主桥为 (60+105+60) m双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥, 总体采用塔梁固结、墩梁分离的形式, 主梁采用双箱梁加横梁组合体系, 桥面全宽32.5 m, 采用整体式断面, 主塔 (即拉索区) 设于侧分带, 塔中间为双向6车道, 塔外侧为人行道。其主桥横断面布置图如图3所示, 该桥已于2014-12完成施工图设计。

5 技术特点

(1) 整体设计, 分期 (分幅) 实施。适用于一次性整体规划设计而分期建设实施的公路 (或城市) 桥梁, 可缓解一次性建设的投资压力, 并满足交通量增长的需求;对于老桥改扩建工程, 可节省搭设临时便桥的费用, 并满足施工期间半幅施工半幅通行而不中断交通的需求。

(2) 布跨灵活, 结构合理。主跨可在100~200 m选择, 甚至可以选择更大跨径;可布设单塔双跨、双塔三跨或多塔多跨连续结构的桥梁, 该类结构具有桥塔矮、主梁矮、跨径大、桥面宽、分期 (幅) 建等显著特点, 结构受力合理。

(3) 以单 (单索面矮塔斜拉桥) 拼双 (双索面矮塔斜拉桥) , 施工方便。主梁之箱梁和两箱梁之间的横梁可采用吊架现浇法或采用预制拼接法施工, 工艺成熟, 成桥便捷。

(4) 桥型美观, 经济性好。双拼式矮塔斜拉桥造型简洁流畅、桥面视野开阔、桥型轻巧美观, 该类较大跨径桥梁的造价低于挂篮悬浇预应力混凝土变截面连续箱梁桥、斜拉桥和悬索桥。

6 结语

双拼式矮塔斜拉桥作为一种新型的桥梁结构形式, 为大型宽幅桥梁建设提供了一种有效的技术途径。该桥型不仅可以一次性全幅整体建设, 还可以分幅分期建设, 适用于新建或改建的公路或城市桥梁工程。对于宽幅桥梁设计方案选型、缓解建设投资压力、满足交通量增长需求、保障改 (扩) 建老桥施工期的交通不被中断有着重要的现实意义, 值得进一步推广应用。

摘要：双拼式矮塔斜拉桥由单索面矮塔斜拉桥双拼加宽而成的, 采取整体设计, 分期建设的方式, 既可缓解建设投资压力, 又能满足交通量增长需求, 对于改 (扩) 建桥梁工程还能够减少施工期间对交通的影响。文章结合工程实例对其结构体系设计与施工进行探讨, 供类似工程设计与施工参考。

关键词：双拼式矮塔斜拉桥,结构体系,结构设计,技术特点

参考文献

[1]施文杰.矮塔斜拉桥在国内外的发展与实践[J].现代交通技术, 2012 (3) :22-25.

[2]陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[3]赵俊伟.双索面宽幅矮塔斜拉桥的动力特性及地震反应研究[D].南宁:广西大学2008.

[4]胡安林.拉索断落对某矮塔斜拉桥力学特性影响分析[J].公路交通技术, 2014 (5) :91-95.

[5]杨曙岚.宽幅矮塔斜拉桥抗震分析与设计[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2012 (12) :257-261.

[6]江苏省淮安市公路管理处.205国道江苏省淮安市西绕城公路京杭运河特大桥施工图设计[R].2011.

[7]江苏省淮安市公路管理处.江苏省淮安市武黄线京杭运河大桥方案设计[R].2012.

[8]江苏省淮安市淮阴区住房和城乡建设局.淮阴区承德北路改造工程盐河大桥施工图设计[R].2014.

斜拉桥结构设计 篇2

为了将模糊可靠性设计理论应用于桥梁主梁的截面设计,利用ANSYS有限元软件对一双索面斜拉桥进行了静力分析,找出了该桥主梁弯矩效应最大的截面,同时分析了影响弯矩效应与主梁抗弯承载力的`模糊因素,并利用模糊可靠度公式对主梁的正截面进行抗拉钢筋的配置,通过验算表明结果符合设计要求.

作 者：郭炽斌 尹益辉 GUO Chi-bin YIN Yi-hui 作者单位：郭炽斌,GUO Chi-bin(西南科技大学土木工程与建筑学院,四川,绵阳,621010)

尹益辉,YIN Yi-hui(中国工程物理研究院四川绵阳中物院,四川,绵阳,621900)

双拱塔斜拉桥施工控制 篇3

【摘要】荔波官塘大桥为双圆环独塔斜拉桥，其结构复杂，施工监控难度大。本文介绍了该桥的仿真计算，现场实测，参数识别，索力调整等内容，简单阐述了卡尔曼滤波法在施工控制中的运用，并给出了该桥施工控制所取得的有关成果。

【关键词】斜拉桥；施工控制；索力

1. 工程概况

（1）荔波县官塘大桥位处荔波县城区东面，樟江大桥下游800m官塘大道上，是连接荔波县城时来坝片区与老城区的重要桥梁。桥长180m，桥梁起点桩号K0+030.5，终点桩号K0+210.5。跨径布置为85+85m双拱式独塔双索面PC双主梁式斜拉桥（无引桥）。桥梁设计等级为公路-Ⅰ级，桥面总宽32m，双向四车道。

（2）主梁采用C55混凝土，为实体双主梁截面。全桥采用等高度截面，截面高度均为2.24m（主梁中心线处）。标准截面纵向每隔8m设一道横隔板。桥面划分为8个施工梁段，标准节段长8m，合龙段长2m，采用后支点挂篮悬浇施工。主塔为Q345D级钢结构，截面轮廓尺寸为3200×2500mm（横桥向×顺桥向），钢箱壁厚J0-J2段为40mm，其余段均为30mm。钢塔施工采用节段悬臂拼装。全桥共设置2×9根水平索和4×9根斜拉索。桥梁的总体布置见图1。

图1桥梁立面布置图2. 斜拉桥施工控制的一般方法

2.1事后调整控制法。事后调整控制法是指在施工过程中，当发现已成结构状态与设计要求不符时，可以通过一定补救措施对其进行调整，使之达到设计要求的方法。但是这种方法仅适用于那些结构内力与线性能够调整的特殊情况，斜拉桥可算是其中的一种。

2.2预测控制法。预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工节段形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定的轨道进行，直至施工阶段顺利完成的方法。这种方法适用于所有类型的桥梁，那些对已成结构的状态具有不可调整性的桥梁，其施工控制必须采用此种方法。如预应力混凝土连续刚构桥采用悬臂施工时，其已成节段的状态是无法进行调整的，只能对待施工的节段状态进行调整。由此可见，预测控制法是桥梁施工控制的主要方法。

2.3根据官塘大桥结构和施工方法的特点，本桥采用事后调整法和预测控制法相结合，遵循“预测——施工——实测——对比——调整——预测”的方法系统的对其进行施工控制。

3. 施工控制的工作内容

3.1官塘大桥施工控制的工作内容主要有一下四点。

（1）施工过程的仿真计算，目的是得到施工过程中全桥的理论数据。

（2）施工过程的现场监测，目的是得到施工过程中全桥的实测数据。

（3）施工过程的参数识别，在（1）和（2）所获取的数据的基础上即可对大桥的有关参数进行识别得到每一施工阶段的标高和索力。

（4）施工过程的索力调整。

图2全桥模型图3.2施工过程的仿真计算。

（1）官塘大桥的仿真计算采用的是Midas-Civil结构计算软件建立的有限元模型，主要是依据设计院所提供的图纸，并在适当的地方进行了必要的简化。在建模过程中，考虑到划分网格的便利和以后观察结果的需要对模型的块体进行了合理的划

（2）将结构划分为183个平面梁单元， 217个节点。其中主梁96个单元，塔座6个单元，主塔48 个单元，斜拉索27个单元用拉索单元模拟，桥墩6个单元。塔座与桥墩固结。挂篮利用软件中的挂篮系统模拟，每套挂篮划分为2个单元。在原已有结构分析计算的基础上，采用三维实体单元对结构的细节进行了真实的模拟按照施工和设计所确定的施工工序以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行了实时仿真计算，由此得到相对详精确、详尽和可靠的分析结果和控制数据。

3.3施工过程的现场监测。为了随时掌握在施工过程中的主梁和索塔的实际应力、位移、斜拉索的索力，检验和指导结构计算，就必须在施工的过程中埋置应力传感器、拉索中的拉力传感器，设置位移观测点。但在考虑这些元件的布设位置时，同时注意到今后全桥测试也能够应用。索力、应力、温度和位移观测一般应同时进行，即是说每次都要将所有的可测点进行观测，并且是定时（在温度相对稳定的时刻，即如日出之前的早晨7点～9点，进行测试）测量，形成一套完整的观测资料。

3.4施工过程的参数识别。由于设计时所采用的许多设计参数，如材料的弹性模量、结构自重、混凝土收缩徐变参数等与实际工程中所表现出来的参数不完全一致，以及施工中存在的各种误差都会导致施工过程中主梁标高、斜拉索索力偏离设计目标，而且会随着斜拉索悬臂的不断延伸而逐渐累积，如果不加以及时有效的控制和调整，最终会造成合拢困难，影响成桥后的内力和线形。为消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，在施工过程中应采用最小二乘法和自适应卡尔曼滤波法对这些参数进行识别和调整。

4.1卡尔曼滤波法。本工程采用卡尔曼滤波法进行偏差的处理和索力调整。卡尔曼滤波法类似一次张拉法，但当前阶段的张拉力不是原来的计算索力，而是根据变位的实测数值经过滤波和反馈控制计算后给出的索力修正值。它把梁的扰度X看作随机状态矢量，索力U作为外加控制矢量，通过适当的选择索力以控制最后梁端或塔顶位置达到某一指定值δ。因此，它对位置的控制是绝对的，对于索力的控制则是在满足设计位置的基础上，以结构内能为最小条件下的最优。

4.2索力测试。测试方法。 本桥采用微振法对索力进行实测，该法测试速度快、设备简单，综合误差可控制在5%以下。

微振法是通过测定拉索的自振频率，由下式计算索力：

T=4W1gl2〔fn1n〕2=4W1gl2F2

式中： T——索力（N）

W——单位索长的重量（Kg/m）

fn——索的第n阶自振频率（Hz）

l——索的计算长度（m）

n——索自振频率阶数

g——重力加速度（9.81m/s2）

F——索自振基频

由于待测斜拉索数量多、索力大、并有多种规格， 因此拟采用微振法（也称弦振法）进行测试， 以满足对现场索力测定快速、准确的要求。

4.3索力对比分析。

（1）本桥的仿真计算采用的是Midas-Civil结构计算软件建立的有限元模型，以设计成桥索力为合理成桥索力的目标值，用倒拆——正装迭代法反复调试确定初始张拉索力，最终计算成桥索力与设计索力如表1、表2。

（2）经过一次调索后实测索力与设计索力见表3、表4。

（3）索力最大差值发生在水平索上游侧Z4，大于设计索力225KN，偏大4.64%，小于设计要求5%的容许偏差值。

5. 结论

（1）针对官塘大桥的施工工艺，以有限元理论为基础，应用土木工程专用的结构分析与优化设计软件MIDAS-Civil建立全桥模拟分析模型。并对斜拉桥施工控制的分析方法进行了一定阐述。

（2）运用事后调整法和预测控制法相结合，遵循“预测——施工——实测——对比——调整——预测” 的方法，把仿真计算、施工、测量、参数识别、误差修正有机的结合起来，有效的控制索力和标高及主梁应力，并能及时的修正各阶段的误差，避免误差积累最终获得了较好的结构内力状态和主梁线形。

参考文献

[1]向中富.桥梁施工控制技术（第1版）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]陈湛荣.混凝土斜拉桥仿真计算与施工控制[硕士学位论文].重庆交通大学，2008.

[3]徐君兰.大跨径桥梁施工控制[M].人民交通.

[4]邵旭东.桥梁工程（第1版）[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

[5]王成发.斜拉桥成桥索力的探讨及施工过程分析[硕士学位论文].长安大学，2008.endprint

【摘要】荔波官塘大桥为双圆环独塔斜拉桥，其结构复杂，施工监控难度大。本文介绍了该桥的仿真计算，现场实测，参数识别，索力调整等内容，简单阐述了卡尔曼滤波法在施工控制中的运用，并给出了该桥施工控制所取得的有关成果。

【关键词】斜拉桥；施工控制；索力

1. 工程概况

（1）荔波县官塘大桥位处荔波县城区东面，樟江大桥下游800m官塘大道上，是连接荔波县城时来坝片区与老城区的重要桥梁。桥长180m，桥梁起点桩号K0+030.5，终点桩号K0+210.5。跨径布置为85+85m双拱式独塔双索面PC双主梁式斜拉桥（无引桥）。桥梁设计等级为公路-Ⅰ级，桥面总宽32m，双向四车道。

（2）主梁采用C55混凝土，为实体双主梁截面。全桥采用等高度截面，截面高度均为2.24m（主梁中心线处）。标准截面纵向每隔8m设一道横隔板。桥面划分为8个施工梁段，标准节段长8m，合龙段长2m，采用后支点挂篮悬浇施工。主塔为Q345D级钢结构，截面轮廓尺寸为3200×2500mm（横桥向×顺桥向），钢箱壁厚J0-J2段为40mm，其余段均为30mm。钢塔施工采用节段悬臂拼装。全桥共设置2×9根水平索和4×9根斜拉索。桥梁的总体布置见图1。

图1桥梁立面布置图2. 斜拉桥施工控制的一般方法

2.1事后调整控制法。事后调整控制法是指在施工过程中，当发现已成结构状态与设计要求不符时，可以通过一定补救措施对其进行调整，使之达到设计要求的方法。但是这种方法仅适用于那些结构内力与线性能够调整的特殊情况，斜拉桥可算是其中的一种。

2.2预测控制法。预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工节段形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定的轨道进行，直至施工阶段顺利完成的方法。这种方法适用于所有类型的桥梁，那些对已成结构的状态具有不可调整性的桥梁，其施工控制必须采用此种方法。如预应力混凝土连续刚构桥采用悬臂施工时，其已成节段的状态是无法进行调整的，只能对待施工的节段状态进行调整。由此可见，预测控制法是桥梁施工控制的主要方法。

2.3根据官塘大桥结构和施工方法的特点，本桥采用事后调整法和预测控制法相结合，遵循“预测——施工——实测——对比——调整——预测”的方法系统的对其进行施工控制。

3. 施工控制的工作内容

3.1官塘大桥施工控制的工作内容主要有一下四点。

（1）施工过程的仿真计算，目的是得到施工过程中全桥的理论数据。

（2）施工过程的现场监测，目的是得到施工过程中全桥的实测数据。

（3）施工过程的参数识别，在（1）和（2）所获取的数据的基础上即可对大桥的有关参数进行识别得到每一施工阶段的标高和索力。

（4）施工过程的索力调整。

图2全桥模型图3.2施工过程的仿真计算。

（1）官塘大桥的仿真计算采用的是Midas-Civil结构计算软件建立的有限元模型，主要是依据设计院所提供的图纸，并在适当的地方进行了必要的简化。在建模过程中，考虑到划分网格的便利和以后观察结果的需要对模型的块体进行了合理的划

（2）将结构划分为183个平面梁单元， 217个节点。其中主梁96个单元，塔座6个单元，主塔48 个单元，斜拉索27个单元用拉索单元模拟，桥墩6个单元。塔座与桥墩固结。挂篮利用软件中的挂篮系统模拟，每套挂篮划分为2个单元。在原已有结构分析计算的基础上，采用三维实体单元对结构的细节进行了真实的模拟按照施工和设计所确定的施工工序以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行了实时仿真计算，由此得到相对详精确、详尽和可靠的分析结果和控制数据。

3.3施工过程的现场监测。为了随时掌握在施工过程中的主梁和索塔的实际应力、位移、斜拉索的索力，检验和指导结构计算，就必须在施工的过程中埋置应力传感器、拉索中的拉力传感器，设置位移观测点。但在考虑这些元件的布设位置时，同时注意到今后全桥测试也能够应用。索力、应力、温度和位移观测一般应同时进行，即是说每次都要将所有的可测点进行观测，并且是定时（在温度相对稳定的时刻，即如日出之前的早晨7点～9点，进行测试）测量，形成一套完整的观测资料。

3.4施工过程的参数识别。由于设计时所采用的许多设计参数，如材料的弹性模量、结构自重、混凝土收缩徐变参数等与实际工程中所表现出来的参数不完全一致，以及施工中存在的各种误差都会导致施工过程中主梁标高、斜拉索索力偏离设计目标，而且会随着斜拉索悬臂的不断延伸而逐渐累积，如果不加以及时有效的控制和调整，最终会造成合拢困难，影响成桥后的内力和线形。为消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，在施工过程中应采用最小二乘法和自适应卡尔曼滤波法对这些参数进行识别和调整。

4.1卡尔曼滤波法。本工程采用卡尔曼滤波法进行偏差的处理和索力调整。卡尔曼滤波法类似一次张拉法，但当前阶段的张拉力不是原来的计算索力，而是根据变位的实测数值经过滤波和反馈控制计算后给出的索力修正值。它把梁的扰度X看作随机状态矢量，索力U作为外加控制矢量，通过适当的选择索力以控制最后梁端或塔顶位置达到某一指定值δ。因此，它对位置的控制是绝对的，对于索力的控制则是在满足设计位置的基础上，以结构内能为最小条件下的最优。

4.2索力测试。测试方法。 本桥采用微振法对索力进行实测，该法测试速度快、设备简单，综合误差可控制在5%以下。

微振法是通过测定拉索的自振频率，由下式计算索力：

T=4W1gl2〔fn1n〕2=4W1gl2F2

式中： T——索力（N）

W——单位索长的重量（Kg/m）

fn——索的第n阶自振频率（Hz）

l——索的计算长度（m）

n——索自振频率阶数

g——重力加速度（9.81m/s2）

F——索自振基频

由于待测斜拉索数量多、索力大、并有多种规格， 因此拟采用微振法（也称弦振法）进行测试， 以满足对现场索力测定快速、准确的要求。

4.3索力对比分析。

（1）本桥的仿真计算采用的是Midas-Civil结构计算软件建立的有限元模型，以设计成桥索力为合理成桥索力的目标值，用倒拆——正装迭代法反复调试确定初始张拉索力，最终计算成桥索力与设计索力如表1、表2。

（2）经过一次调索后实测索力与设计索力见表3、表4。

（3）索力最大差值发生在水平索上游侧Z4，大于设计索力225KN，偏大4.64%，小于设计要求5%的容许偏差值。

5. 结论

（1）针对官塘大桥的施工工艺，以有限元理论为基础，应用土木工程专用的结构分析与优化设计软件MIDAS-Civil建立全桥模拟分析模型。并对斜拉桥施工控制的分析方法进行了一定阐述。

（2）运用事后调整法和预测控制法相结合，遵循“预测——施工——实测——对比——调整——预测” 的方法，把仿真计算、施工、测量、参数识别、误差修正有机的结合起来，有效的控制索力和标高及主梁应力，并能及时的修正各阶段的误差，避免误差积累最终获得了较好的结构内力状态和主梁线形。

参考文献

[1]向中富.桥梁施工控制技术（第1版）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]陈湛荣.混凝土斜拉桥仿真计算与施工控制[硕士学位论文].重庆交通大学，2008.

[3]徐君兰.大跨径桥梁施工控制[M].人民交通.

[4]邵旭东.桥梁工程（第1版）[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

[5]王成发.斜拉桥成桥索力的探讨及施工过程分析[硕士学位论文].长安大学，2008.endprint

【摘要】荔波官塘大桥为双圆环独塔斜拉桥，其结构复杂，施工监控难度大。本文介绍了该桥的仿真计算，现场实测，参数识别，索力调整等内容，简单阐述了卡尔曼滤波法在施工控制中的运用，并给出了该桥施工控制所取得的有关成果。

【关键词】斜拉桥；施工控制；索力

1. 工程概况

（1）荔波县官塘大桥位处荔波县城区东面，樟江大桥下游800m官塘大道上，是连接荔波县城时来坝片区与老城区的重要桥梁。桥长180m，桥梁起点桩号K0+030.5，终点桩号K0+210.5。跨径布置为85+85m双拱式独塔双索面PC双主梁式斜拉桥（无引桥）。桥梁设计等级为公路-Ⅰ级，桥面总宽32m，双向四车道。

（2）主梁采用C55混凝土，为实体双主梁截面。全桥采用等高度截面，截面高度均为2.24m（主梁中心线处）。标准截面纵向每隔8m设一道横隔板。桥面划分为8个施工梁段，标准节段长8m，合龙段长2m，采用后支点挂篮悬浇施工。主塔为Q345D级钢结构，截面轮廓尺寸为3200×2500mm（横桥向×顺桥向），钢箱壁厚J0-J2段为40mm，其余段均为30mm。钢塔施工采用节段悬臂拼装。全桥共设置2×9根水平索和4×9根斜拉索。桥梁的总体布置见图1。

图1桥梁立面布置图2. 斜拉桥施工控制的一般方法

2.1事后调整控制法。事后调整控制法是指在施工过程中，当发现已成结构状态与设计要求不符时，可以通过一定补救措施对其进行调整，使之达到设计要求的方法。但是这种方法仅适用于那些结构内力与线性能够调整的特殊情况，斜拉桥可算是其中的一种。

2.2预测控制法。预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工节段形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定的轨道进行，直至施工阶段顺利完成的方法。这种方法适用于所有类型的桥梁，那些对已成结构的状态具有不可调整性的桥梁，其施工控制必须采用此种方法。如预应力混凝土连续刚构桥采用悬臂施工时，其已成节段的状态是无法进行调整的，只能对待施工的节段状态进行调整。由此可见，预测控制法是桥梁施工控制的主要方法。

2.3根据官塘大桥结构和施工方法的特点，本桥采用事后调整法和预测控制法相结合，遵循“预测——施工——实测——对比——调整——预测”的方法系统的对其进行施工控制。

3. 施工控制的工作内容

3.1官塘大桥施工控制的工作内容主要有一下四点。

（1）施工过程的仿真计算，目的是得到施工过程中全桥的理论数据。

（2）施工过程的现场监测，目的是得到施工过程中全桥的实测数据。

（3）施工过程的参数识别，在（1）和（2）所获取的数据的基础上即可对大桥的有关参数进行识别得到每一施工阶段的标高和索力。

（4）施工过程的索力调整。

图2全桥模型图3.2施工过程的仿真计算。

（1）官塘大桥的仿真计算采用的是Midas-Civil结构计算软件建立的有限元模型，主要是依据设计院所提供的图纸，并在适当的地方进行了必要的简化。在建模过程中，考虑到划分网格的便利和以后观察结果的需要对模型的块体进行了合理的划

（2）将结构划分为183个平面梁单元， 217个节点。其中主梁96个单元，塔座6个单元，主塔48 个单元，斜拉索27个单元用拉索单元模拟，桥墩6个单元。塔座与桥墩固结。挂篮利用软件中的挂篮系统模拟，每套挂篮划分为2个单元。在原已有结构分析计算的基础上，采用三维实体单元对结构的细节进行了真实的模拟按照施工和设计所确定的施工工序以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行了实时仿真计算，由此得到相对详精确、详尽和可靠的分析结果和控制数据。

3.3施工过程的现场监测。为了随时掌握在施工过程中的主梁和索塔的实际应力、位移、斜拉索的索力，检验和指导结构计算，就必须在施工的过程中埋置应力传感器、拉索中的拉力传感器，设置位移观测点。但在考虑这些元件的布设位置时，同时注意到今后全桥测试也能够应用。索力、应力、温度和位移观测一般应同时进行，即是说每次都要将所有的可测点进行观测，并且是定时（在温度相对稳定的时刻，即如日出之前的早晨7点～9点，进行测试）测量，形成一套完整的观测资料。

3.4施工过程的参数识别。由于设计时所采用的许多设计参数，如材料的弹性模量、结构自重、混凝土收缩徐变参数等与实际工程中所表现出来的参数不完全一致，以及施工中存在的各种误差都会导致施工过程中主梁标高、斜拉索索力偏离设计目标，而且会随着斜拉索悬臂的不断延伸而逐渐累积，如果不加以及时有效的控制和调整，最终会造成合拢困难，影响成桥后的内力和线形。为消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，在施工过程中应采用最小二乘法和自适应卡尔曼滤波法对这些参数进行识别和调整。

4.1卡尔曼滤波法。本工程采用卡尔曼滤波法进行偏差的处理和索力调整。卡尔曼滤波法类似一次张拉法，但当前阶段的张拉力不是原来的计算索力，而是根据变位的实测数值经过滤波和反馈控制计算后给出的索力修正值。它把梁的扰度X看作随机状态矢量，索力U作为外加控制矢量，通过适当的选择索力以控制最后梁端或塔顶位置达到某一指定值δ。因此，它对位置的控制是绝对的，对于索力的控制则是在满足设计位置的基础上，以结构内能为最小条件下的最优。

4.2索力测试。测试方法。 本桥采用微振法对索力进行实测，该法测试速度快、设备简单，综合误差可控制在5%以下。

微振法是通过测定拉索的自振频率，由下式计算索力：

T=4W1gl2〔fn1n〕2=4W1gl2F2

式中： T——索力（N）

W——单位索长的重量（Kg/m）

fn——索的第n阶自振频率（Hz）

l——索的计算长度（m）

n——索自振频率阶数

g——重力加速度（9.81m/s2）

F——索自振基频

由于待测斜拉索数量多、索力大、并有多种规格， 因此拟采用微振法（也称弦振法）进行测试， 以满足对现场索力测定快速、准确的要求。

4.3索力对比分析。

（1）本桥的仿真计算采用的是Midas-Civil结构计算软件建立的有限元模型，以设计成桥索力为合理成桥索力的目标值，用倒拆——正装迭代法反复调试确定初始张拉索力，最终计算成桥索力与设计索力如表1、表2。

（2）经过一次调索后实测索力与设计索力见表3、表4。

（3）索力最大差值发生在水平索上游侧Z4，大于设计索力225KN，偏大4.64%，小于设计要求5%的容许偏差值。

5. 结论

（1）针对官塘大桥的施工工艺，以有限元理论为基础，应用土木工程专用的结构分析与优化设计软件MIDAS-Civil建立全桥模拟分析模型。并对斜拉桥施工控制的分析方法进行了一定阐述。

（2）运用事后调整法和预测控制法相结合，遵循“预测——施工——实测——对比——调整——预测” 的方法，把仿真计算、施工、测量、参数识别、误差修正有机的结合起来，有效的控制索力和标高及主梁应力，并能及时的修正各阶段的误差，避免误差积累最终获得了较好的结构内力状态和主梁线形。

参考文献

[1]向中富.桥梁施工控制技术（第1版）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]陈湛荣.混凝土斜拉桥仿真计算与施工控制[硕士学位论文].重庆交通大学，2008.

[3]徐君兰.大跨径桥梁施工控制[M].人民交通.

[4]邵旭东.桥梁工程（第1版）[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

斜拉桥结构设计 篇4

惠平路蕴藻浜大桥位于上海市嘉定区。是沟通蕴藻浜的大型结构,线路与河道顺交23.66°。蕴藻浜在工程范围内的河宽约62 m,常水位标高2.6～2.8 m。地基土在钻探深度80 m范围内属第四纪全新世Qundefined—上更新世Qundefined的沉积层,主要由人工回填土、黏性土、粉性土和砂性土等组成[1]。

大桥由主桥、引桥组成,引桥采用预应力混凝土等高度连续梁。主桥为(35+35+158+40) m独塔空间索面混合梁斜拉桥,位于设计道路中心线直线段内,跨越蕴藻浜及北侧规划亚钢路,标准段桥面总宽35.5 m。主梁为混合梁,即:主跨采用钢箱梁、锚跨采用混凝土箱梁,钢混结合段位于锚跨侧距主墩10 m位置处,主梁与主墩固结;桥塔总高111 m,布置在中分带内,向主跨倾斜18°,塔梁铰结;主跨斜拉索布置在中分带内、锚跨斜拉索锚固在人行道外侧。下部主墩为钢筋混凝土墙式墩,其余采用门型框架墩,均采用钻孔灌注桩基础。主桥立面布置见图1。

2 主要技术标准

1)道路等级:

城市次干路Ⅰ级。

2)设计车速:

40 km/h。

3)桥面坡度:

南北侧最大纵坡均为4.0%;横坡2.0%。

4)设计荷载:

汽车荷载为公路-Ⅰ级,人群荷载为2.875 kN/m2。

5)水利航道标准:

蕴藻浜规划为内河Ⅲ级航道,规划河口宽120 m,河底宽80 m,河底高程-3.26 m。河道两岸各设15 m宽陆域控制线,其中包括6 m防汛抢险通道。航道要求桥梁一跨过河,水中不设墩。通航上底宽≥90 m,通航净空高≥7 m,设计最高通航水位+3.8 m。

6)抗震设防标准:

地震动峰值加速度0.1g(基本烈度7度),抗震设防类别A类,抗震设防措施8级。

7)桥面宽度:

近期为双向4车道,远期为双向6车道,全宽35.5 m。

3 结构设计

3.1 支承体系

主墩处采用墩梁固结、塔梁铰接,其余墩柱处设LUB纵向速度锁定竖向支座,墩柱横向设抗震挡块。辅助墩两侧各15 m范围的箱体内灌注压重混凝土,以解决辅助墩顶负反力问题。

3.2 主梁

本桥采用针形斜塔、塔底铰接方案,为改善主塔受力,主梁采用钢—混凝土混合梁,即主跨采用钢箱梁、锚跨采用预应力混凝土箱梁,梁高3.0 m;结合段位于锚跨侧距主墩10 m位置处,钢箱梁总长208 m,混凝土箱梁总长60 m。

1)钢箱梁。

钢箱梁采用上、下行分幅布置,2幅箱梁之间间隔12 m,以箱形连接横梁连成整体,主体结构采用Q345qD钢。单幅箱梁为单箱3室断面,顶宽16.500 m,底宽11.473 m。标准段钢梁车行道顶板厚16 mm,采用U形闭口肋加劲,顶板U肋高280 mm、标准间距600 mm;人行道顶板厚12 mm,采用一字加劲肋,标准间距350 mm。底板厚12 mm,在中腹板附近加厚至16 mm,采用U形闭口加劲肋及平钢板加劲肋,底板U肋高250 mm、标准间距800 mm。钢箱梁在支承、结合段区域,顶底板作加厚处理。

钢箱梁纵向共设4道腹板:外侧腹板厚12 mm,采用U形闭口加劲肋,U形肋高250 mm、标准间距800 mm;内侧腹板在主跨拉索区采用厚30 mm钢板;其余采用厚12 mm钢板,设一字加劲肋;2道中腹板采用三角形桁架式,节间长度3 m;上、下弦杆采用T形钢板,板厚12 mm;斜腹杆采用ϕ219 mm×12 mm钢管,竖腹杆位置为箱梁横隔板。

12 m标准梁段上设置1道斜拉索锚点横隔板、2道连接横梁横隔板和1道普通横隔板,横隔板间距3 m。横隔板均采用实腹式,普通横隔板板厚10 mm,锚点横隔板、连接横梁横隔板厚12 mm,板上预留过人孔。2幅箱梁之间的连接横梁为箱形断面,主跨标准宽度3 m。钢箱梁一般断面见图2。

钢箱梁在支承、结合段区域,横隔板加密、板厚增加。P7号墩顶端部设置牛腿,以搁置南引桥箱梁;顶部机动车道范围内预留伸缩缝槽口。

2)混凝土箱梁。

边跨混凝土主梁考虑斜拉索面造型布置需要为变宽段:辅跨采用2箱断面,宽度35.500～38.444 m,2箱之间以顶板相连;锚跨采用单箱多室断面,宽度38.444～45.102 m。箱梁的顶、底板厚250 mm,腹板厚350～400 mm,整体断面最外边腹板厚2 m以锚固拉索。P3号墩顶端部设置牛腿,以搁置北引桥箱梁;顶板预留100 mm深槽口,以埋设伸缩缝。在P4号墩顶设横梁,宽2.5 m;与结合段相接的梁端设横梁,宽2 m。混凝土主梁采用C50混凝土,体内设置纵、横向预应力钢束,其中桥面板横向束为扁锚体系。混凝土梁一般断面见图3。

3)钢—混凝土结合段。

结合段的设计采用承压板方案,即通过钢梁端部的超厚承压板将钢梁端部的力传递给混凝土横梁,承压板厚60 mm。结合段钢箱梁顶板厚20 mm、底板厚25 mm,采用U形肋上加焊T形肋的方式加劲,通过T形肋高度的改变,与标准梁段加劲肋相匹配,以保证传力的连续性。为了保证混凝土梁及钢梁之间的剪力传递,以及防止钢板与混凝土之间的剥离,除在顶底板、外侧腹板、承压板上布置ϕ22 mm×200 mm圆柱墩头剪力钉外,还在中腹板、内侧边腹板处加焊PBL传剪板埋入混凝土内。结合段预应力设计采用预应力钢绞线,混凝土梁纵向预应力束锚固在端承压板上。结合段的混凝土采用钢纤维混凝土,并加入微膨胀剂。结合段构造见图4。

3.3 主塔

主塔为针形,布置于中分带内,向主跨倾斜(18°),主塔总高111 m(垂直高度,下同),分为3段,主塔布置见图5。

下塔柱为铸钢构件,高17 m,采用ZG275-485H一次整体铸造。截面为弧边三角形,壁厚由上向下从100 mm线性增加至150 mm,柱底板厚500 mm,顶板厚300 mm,顶板设置100 mm井字形加劲。柱底开槽口,与铰支座顶部共同形成铰接构造,槽口宽630 mm,

深100 mm。柱底在槽口上部开有2排ϕ25 mm维护孔,不定期注油,以保证铰构造的正常工作。

中塔柱为格构柱,高76m。断面呈等边三角形,由3根外径为1 300 mm、壁厚50 mm的钢管组成,钢管内设置竖向加劲肋和环向加劲肋,竖向加劲肋沿管壁均匀布置8道,环向加劲肋厚50 mm,竖向间距2 m。钢管弯曲成圆弧线,钢管间设置横平联,竖向间距6 m。平联钢管与格构柱各肢钢管间焊接1块厚30 mm钢板,该钢板需采用Z向钢。设置斜拉索锚箱的横平联采用ϕ1 200 mm×50 mm钢管,管内灌注C40补偿收缩混凝土;其余横平联采用ϕ900 mm×20 mm钢管。

上塔柱为装饰结构,采用无缝钢管拼接成格构柱结构,高度为18 m。

塔底设钢铰支座,用锚栓锚固于墩顶的混凝土内。铰支座底板厚100 mm,基座高380 mm,顶部设宽600 mm、高225 mm凸块,并在两侧设有卡口。铰支座的上凸块与下塔柱的柱底槽口一起工作,实现塔底顺桥向铰接功能。

3.4 斜拉索及其锚固

斜拉索采用不对称布置,主跨采用双排索单索面,共11对斜拉索,布置在中分带内;边跨采用空间双索面,每个索面共11根斜拉索,呈扭转状(即梁上距桥塔近的拉索锚点与塔上最高点锚点相对应,依此类推)布置在人行道外侧。

斜拉索采用ϕ7 mm镀锌平行钢丝成品索,标准强度1 670 MPa,采用双层PE护套,内层为黑色,外层为彩色。斜拉索在梁上的锚固构造采用2种形式:混凝土梁上锚固于梁底,钢梁上锚固于钢锚箱[2]。混凝土梁的边腹板按斜拉索的倾角设置管道,拉索通过管道锚固在梁底张拉槽口的锚垫板上。钢锚箱焊接在钢箱梁边腹板外侧,拉索锚固在锚箱的承压板上。由于拉索与外腹板存在偏心距,外腹板受到一个面外的弯矩,因此外腹板需采用Z向钢。

斜拉索在塔上锚固于横平联上,锚固基准点凸出横梁钢管表面200 mm。锚垫板通过承锚板将拉索力传递给横联钢管,钢管内灌注C40补偿收缩混凝土。

3.5 梁墩固结构造

为了增大主梁的刚度,减少边跨的受力和配重,本桥采用梁墩固结。主墩顶钢梁节段在底板下缘焊接纵向耳板,耳板纵向位于薄壁墙式墩两侧,横向间距约1 200 mm;薄壁墙式墩身、墩顶、顶面及侧面预埋钢板,钢板通过圆柱头焊钉及锚筋与墩身混凝土牢固连接,侧向钢板外侧焊接纵向耳板,耳板横向与梁底耳板对应。梁、墩耳板之间设拼接板,用高强螺栓连接,由拼接板承受墩顶的弯矩和剪力。

3.6 下部结构

主墩墩身断面(P5)呈“十”字形:支承钢箱梁梁底部分墩身为薄壁墙式,壁厚3.5 m,长11.45 m;支承主塔铰支座部分墩身呈实体棱台式,台底宽6.7 m,长约12 m;主墩高约7 m。主墩墩身按设计道路中心线径向布置,承台作斜向布置,群桩采用37根ϕ1 500 mm钻孔灌注桩。为了防止墩身表层开裂,要求在墩身混凝土中掺入聚丙烯纤维,含量0.9 kg/m3。

其余墩身采用柱式墩,矩形断面,尺寸有2.00 m×2.00 m、1.60 m×1.60 m和2.00 m×1.60 m等3种,四周设R=150 mm圆角。立柱之间设横系梁。承台厚2.50 m,群桩采用ϕ1 000 mm钻孔灌注桩。

4 结语

惠平路蕴藻浜大桥采用针形斜塔、空间异形索面斜拉桥,满足了该地块对景观的要求。为了减小主塔受力,增加锚跨自重,主梁采用钢—混凝土混合梁,结构受力合理。

参考文献

[1]曹海顺,陈玮,彭俊,等.全焊连续桁梁—桁拱组合钢结构桥设计[J].桥梁建设,2010(4):57-60.

斜拉桥总结 篇5

施

工 总

德州市新河路岔河大桥项目经理部

二○○五年十一月

结

德州斜拉桥自2004年8月开工后,于2005年11月10日正完成。在大桥施工一年多的时间内，在德州市指挥部、总监处监理处的直接领导下，无论是地方协调还是工程施工，在方方面面都给予我们极大的关心和支持。我项目部全体人员本着“高起点、严要求、争一流、创精品、守合同”的原则，通过全体职工的共同努力下，保质保量地完成了工程施工任务。现将工程施工情况总结如下：

一、工程概况及完成的主要工程量

新河路岔河大桥是德州市规划道路（新河路）上，跨越漳卫新河的一座城市桥梁，该桥处在德州市城区和开发区之间。主桥为独塔双索面双跨式预应力混凝土斜拉桥，半漂浮体系，跨径组合90m+90m，桥面总宽31m；引桥为预应力混凝土连续梁，跨径组合为3×30m，桥面总宽28m。主桥主墩基础采用φ150cm钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩长63m，共38根桩。上部结构采用双索面斜拉桥的型式，主梁采用双主梁（π型）截面，预应力混凝土结构，混凝土标号C50，梁上索距8m；主塔为钻石型的钢筋混凝土结构，混凝土标号C50，塔座混凝土标号C30，系梁混凝土标号C30。主塔对称中心线桩号为K1+276，坐标系统设置：坐标原点位于塔对称中心线，X轴位于设计桥梁中心线上，正方向由小桩号直指向大桩号，Y轴垂直于X轴，其正方向由南指向北；Z轴垂直向上，XY坐标系统由右手螺旋法则构成。塔高75m，两侧塔柱在桥面以上向内1：4倾斜，在塔顶合龙。

二、精心组织

1、施工准备

（1）合同签订后，我公司立即成立了项目经理部。下设综合办、总工办、财务科、中心试验室、机料科等五个科室及施工处

（2）进驻工地后，项目总工组织全体技术人员认真学习规范及合同文件，审核施工设计图纸，认真做好施工预算并重新编制施工组织设计，工程总体施工进度计划和材料供应计划。

（3）进驻工地后，为保证精度要求，测量工程师对所有的水准点及导线点进行反复测量，并将测量成果及时上报，确保工程的顺利进行。

（4）进驻工地后，我部根据各种材料的需求量、合同及规范的要求，安排专职材料及实验人员对当地及周边地区进行了详细的考察、取样及试验工作，确定了进料的时间、地点，并签定了材料供应合同，有力的保证了连续施工的要求。

2、施工组织 项目部在项目经理、项目总工的带领下，全体人员在思想上保持一致，充分认识到确保工程质量、创精品工程、加快工程进度是工程施工的重中之重，项目部的工作应始终服务并服从于各分部的施工需要。为此，项目部健全了各科室，并充实了技术力量，做到了分工明确，责任明确。项目部要求各科室的技术人员每天检查工地不少于两次，及时把各分部存在的问题反映上来，及时做出决策，这样大大提高了项目部的工作效率。综合办负责施工所需的各项后勤服务及外围协调保卫等工作；总工办负责具体安排整个工程的工程测量、生产调度、施工组织、变更设计等技术管理工作及整个合同段的计量支付、计划进度编制及各种报表的上报汇总，同时还负责整个工程的质量自检工作，具有一票否决权；财务科负责工程及各种费用的开支、结算；中心试验室负责整个工程实施过程中各种原材料、试件的试验检测工作；机料科负责整个工程的全部材料的采购及机械的配置等工作。其次，项目部加大了对各分部的管理力度，对那些工程质量存在隐患、施工进度较慢、工程报表不及时的分部和班组，项目部视情节轻重，采取口头批评、通报批评等方法进行处罚，并制定了奖惩考核办法，根据平时抽查和统一检查的结果，月底进行奖惩。通过采取以上措施，一方面杜绝了工程隐患，确保了工程质量；另一方面也树立了项目部的核心地位，使项目部的各项指令都能得到落实，工作效率有很大的提高。在施工中，由于各分部相互独立，因此，项目部注意充分协调各分部的关系，使分部在施工中，能做到以大局为重，相互支持，相互配合，这样也就保证了工程施工的正常进行。

组织机构图见附件

三、严格管理

1、制度建设

完善的制度是有效管理的保证，项目部从一开始就建立《项目经理岗位责任制》、《项目总工岗位责任制》、《施工技术人员岗位责任制》、《测量人员岗位责任制》、《机械管理人员岗位责任制》、《试验人员岗位责任制》及《计划统计人员岗位责任制》

等合理有效的制度，为工程顺利完成打下了坚实的基础。

2、人员管理（积极落实各项制度，健全奖惩措施）

为调动全体施工人员的劳动积极性，项目部与施工处、施工队及生产班组分别签订了劳动承包协议，该协议从工程质量、工程进度、现场文明施工管理等诸多方面综合评定承包人当月的承包费用。每七

天组织一次检查评比，月终进行总评，奖优罚劣，极大地调动了施工人员的劳动积极性，强化质量意识，加大质检力度。质量是公路的生命，是公路建设永恒的主题。在施工中，项目部始终把工程质量放在首位，强化管理，创建精品工程。一是加强质量教育，强化质量意识，项目部经常组织学规范、学合同，学指挥部、总监处、监理处下发的关于质量方面的文件，使全体施工人员达到“质量就是效益、质量就是生命，质量责任重于泰山”的共识。二是建立健全质量保证体系。项目部建立了以技术室、质检室、中心试验室为质量控制中心的管理体系，实行三级质量保证体系，具体是：分项工程完工后，由各分部质检员自检，然后交项目部质检工程师检验，再由质量领导小组报请监理验收。三是加大质检力度，项目部针对全段点多、线长、面广的特点，加大检查力度，发现质量问题，坚决推倒重来，决不姑息迁就，建立建全质量保证体系，推行质量问题终生责任制，积极配合监理，严格按规范操作，以高质量、高标准、高速度为宗旨，严格工序控制，推行工序“三检”制（自检、交检、互检）。工程合格率100%，优良频率达95%以上。

四、现场施工

（一）主塔施工

1、塔吊与电梯预埋件布置

塔吊操作严格按作业要求进行，由专人负责，操作手经考核合格后方可上岗。在索塔的正面靠西岸向，偏离塔中心线6米安装QTZ80型塔吊,解决索塔施工中的起重工作,塔吊附着在下横梁、中塔柱横撑、竖向支撑杆件和上塔柱上，每25米设置一道附着.电梯安装

索塔采用QQQ-QQ型电梯，最大载重2吨。电梯附着在塔吊上，每9米设一道附墙。电梯出口接设置在塔吊上的移动通道。

电梯由专人操作，在电梯内设置电铃，上、下端设置按钮。

2、劲性骨架

2.1加工：劲性骨架按《劲性骨架》设计图在加工场分节加工，场地上用型钢焊出定位框，防止骨架焊接时变形。劲性骨架竖向立筋的加工、下料误差不超过2mm，劲性骨架起到复核塔柱标高的作用。

2.2索塔劲性骨架安装由于劲性骨架直接影响着斜拉索预埋套筒的安装精度，因此必须保证其位置的准确。劲性骨架是由角钢焊接成型的钢桁架，每节6m。第一节骨架安装前，先在其下一节混凝土内按骨架尺寸预埋定位角钢，保证其位置和高程准确，骨架吊装后直接放置在定位框内

4，骨架下部可用全站仪每次算出坐标定位，骨架上部定位可用两台经纬仪在塔柱的纵横两条轴线上穿线，通过调

整骨架使索塔下部轴线 劲性骨 架 点与设在骨架上部横撑

骨架横 向 上的中心点对齐。即可 中心线 确保骨架定位准确。位置 准确后与下部骨架焊牢。

骨架纵 向 索塔横经纬仪在横桥向可设置距 中心线 向轴线 塔柱较远的轴线上，纵桥 索塔纵向轴线 向在下部浇筑段时可设 在地面上，上部时可设 在引桥上观测。

索 塔 横 向

3、爬模施工 3.1 砼浇筑节段的划分 3.2 爬模工艺

经纬仪 索 塔纵向 轴 线 点 轴 线 点 经纬仪 附图 1 ： 劲 性骨架安装 定位示意图根据塔柱的截面形状特点下塔柱采用翻模施工，塔柱爬模自中塔柱开始施工，在下横梁第一施工节段上组装，中间经过中塔柱上塔柱，直至塔顶。中塔柱四侧布置爬架，上塔柱三侧布置爬架。3．2．1下塔柱翻模施工

下塔柱翻模模板提升和安装用塔吊完成，并利用已浇砼段顶节模板作为嵌固段，以其作为支撑依托，在其上面安装另外两节模板，通过测量模板上口平面位置，顶面高程控制定位，这样确保塔柱施工接缝平顺，外形美观。3．2．2中、上塔柱爬模施工

中、上塔爬模为架体式脚手架、模板、升降系统。

a.工作原理:架体式（脚手、模板）升降架系统，由爬架、模板或已浇砼墙体，提升动力三大部分组成。其工作原理为架体和模板以混凝土墙体、柱、梁，作为固定支承体。其与无架体式爬模相同之处为：模板也为三节，每节模板高2m，总高度6m，砼每次浇筑4m,为两节模 板高度.模板工作原理也与无架体式爬模相同,其不同之处为架体与模板(或下降吊挂件)之间利用提升动力,互为支承相互交替上升。b、安全措施和操作注意事项: ⑴.爬升架模提升作业应组织专业队施工，按前述工艺和劳动组织分工，做到定岗、定位，并对各自承担的工作负责。

⑵.在每个提升过程中安全质监部门应派人对一些重要的部位进行检查（如定位螺栓螺母是否滑牙，提升吊点焊缝是否损坏等）。每浇注三节砼，要对爬模进行一次全面彻底检查。

⑶.爬升架体时必须挂设安全保险钢丝绳，钢丝绳应抱住二道模板回檀，或其它牢固吊点。

⑷.爬升架外侧周边每层设置踢脚笆和扶手。并满挂安全网兜底封闭。

⑸.内埋螺杆应抽检合格后才能使用。内螺杆上的剪力板，应放置在墙体内侧，不得放反向，否则螺杆锚固抗剪力不够要出严重安全事故。

⑹.架体上的施工集中荷载应靠承力架片均布。不得集中在一个架体上。在同一垂直立面内不得同时布置2个以上的集中荷载。二组爬升架顶面作为平台堆载时不得超过二吨（如成捆钢筋）。⑺.爬升架提升前，应清除每层操作平台上的临时堆放物，必须随架体上升的物体（例：电焊机、配电箱等）应有牢固的固定措施。风力大于6级时不宜进行提升架体的作业。

⑻.施工中操作人员不得随意割断爬升架的杆件、随意割孔、扩孔；若确需修改应得到总工办的同意。

⑼.施工中应注意用火安全，爬升架体每个操作层至少放一个灭火器。

爬升架为悬臂结构，钢架片立柱不得作为强行校正外模的支承点，校正外模必须依靠内模。

4、塔座及系梁施工

塔座及系梁予埋钢筋在承台钢筋绑扎定型后，用φ6厘米钢管搭设支架，一次予埋成型。

塔座及系梁砼分两次浇注，每次3米；模板采用木工字梁新型木模板分两次支立。

5、下横梁施工

5.1下横梁浇筑方法简介

5.1.1： 横梁和横梁部分塔柱同时浇筑。5.1.2： 3m高横梁一次浇筑。

5.1.3 支架采用在塔座与系梁上支立满堂式碗扣支架

6、中塔柱施工： 6.1设计要求

塔柱斜度和高度较大,施工过程中须设置横向水平支撑, 横向水平支撑采用两根φ529钢管每20米设置一道，钢管两端焊接在塔柱内侧预埋钢板上。6.2施工方法

中塔柱施工拟采用架体式的爬模施工分节浇注的施工方法。6.3 水平支撑的布置、安装

⑴考虑爬架尺寸影响，砼须浇到水平撑位置以上7.5m安装水平撑，水平撑的布置每隔20m设一道，每道水平撑由2根φ529mm，壁厚8mm的钢管构成，中间用型钢连接。(2)φ529mm钢管在与塔内予埋钢板焊接时采用环形焊接，钢管下料应在两侧设变形接头。

(3)施工工艺流程

施工工艺流程

劲性骨架安装钢筋安装模板安装砼浇注爬架爬升养生水平撑安装重复以上步骤

7、上塔柱施工

⑴工艺流程

上塔柱施工工艺流程凿毛、清理劲性骨架安装劲性骨架制作预应力管道安装预应力材料的准备斜拉索索管的安装就位绑扎钢筋钢筋制作内外模的安装内外模测量验收砼的浇注养生预应力张拉质量验收重复以上操作

(2)斜拉索索管的安装

A、斜拉索索管在工地现场的加工车间精确加工组装验收 B、现场精确测量定位空间位置，可用∠80×80×8角钢或[20槽钢借助倒链先精确测量定位并焊牢。

8、上横梁施工 8．1施工要求

上横梁一次浇注，一次张拉。8．2 支架设计

根据上横梁砼一次浇注预应力一次张拉的施工要求，上横梁施工采用在索塔上埋设刚牛腿，底板处下设I55工字钢，上设脚手架作为主要承重结构，对支架进行强度、刚度、稳定性计算，确保上横梁施工安全可靠。

9．索塔钢筋制安

9．1主筋依靠劲性骨架安装定位

9．2主筋全部采用墩粗直螺纹套筒连接并注意按施工图配筋下料时保证断面接头数量不大于50%。

9．3 由于索塔钢筋网密集，且在砼表层设有防裂钢筋网，适当用短钢筋拉接，保护层砼由垫块支垫保证。

9．4 为保证预应力筋、斜拉索索管等的准确位置，普通钢筋与之相碰时，以预应力管道、索管位置优先，但必须保证主筋的连续。10．砼供应与运输 10．1砼性能要求与试验

索塔砼设计标号为50号，不但需要满足高强、早强、耐久性要求，还要满足最高达75M的泵送要求,同时兼顾外观要求。通过大量的试验，精心选择砼组成的材料包括对骨料的碱活性试验，整个组成材料的含碱量试验，采用高效减水剂，改善砼性能。

10．2砼生产与运输

砼输送管设立在塔吊排架上，用上海TB-60泵泵送砼。

11．索塔预应力施工 11．1预应力操作工艺 11．1．1钢绞线下料

钢绞线下料时，同束钢丝下料长度的相对差值，当长度≤20m时，不宜大于1/3000，当长度>20m时,不宜大于1/5000。

钢绞线的下料长度要结合穿束工艺考虑，如采用先穿束法，钢绞线下料长度可按图纸提供尺寸加加工长度下料，如采用后穿束法，由．．．．于牵引端需用气氧焊（铜焊）结头，则下料长度应再增加20cm。

钢绞线下料时，先在每端离切口5cm处用铁丝绑扎，再用高速砂轮切割机切割。11．1．2 钢绞线编束

预应力束采用先穿法时，沿长度方向每隔1-1.5m用一道细铁丝由里向外编织成束，保证钢绞线平行不交叉扭转，采用后穿法时，中间可不用铁丝绑扎，只须在其端部编束。

钢绞线编束后须挂牌编号堆放，以免误用。11．1．3 管道安装 1).定位骨架施工

上塔柱骨架主要用作斜拉索索管定位，同时兼作竖向主筋的定位骨架。上塔骨架竖向约6m／节，在现场制造成形，用角钢连成整体。塔劲性骨架安装时,为保证精度,在已安装节段的上口焊接就位导向用的角钢(长≥20cm),由于每节段划分时保持下口50cm,防止了就位时的变形,上口为1.0m的自由段,以便于对接调整,必要时亦可焊接斜撑。骨架对中时先用测距仪精确测出一条十字线，然后用大垂球控制四个边的中线进行校正。骨架焊接时先点焊后满焊，或不放松吊勾（塔吊）。骨架的吊放采用四点系扣法吊装。

2).斜拉索索管定位

上塔斜拉索索管的定位误差不大于5mm，施工时斜拉索索管采用坐标法定位，即以控制索管的锚固点和出口点来保证索管的空间位置。为确保索管的定位符合设计要求，具体操作时按下列步骤进行控制。(l)初步定位，在定位好的骨架上放出主塔的纵横向中心线，并按事先计算好的坐标值在定位骨架的内外型钢上放出两个控制点，以此为准吊装索管初步定位。

(2)精确定位：使用 SET2B-Ⅱ型全站仪对索管精确定位并反复测量不断调整直至索管的锚固点和出口点的实测坐标值符合精度要求时方能将索管可靠地固定在定位骨架上。

(3)复测：复测是在浇注混凝土前选择温度和大气对测量影响较小的早晨对索管的锚固点和出口点进行一次全面的检查，以消除索管精确定位后的后续工作对其位置的影响。

对于横梁,管道由钢筋骨架固定，铁丝绑扎，防止管道浇砼时产生移位，骨架间距1m。对于塔柱预应力束，根据试验模型确定采用的管道采用Ф10钢筋“ # ”字架，以间距60cm与塔柱内主筋焊接定位，用铁丝绑扎，并要求在其半圆弧段处，设拉筋，防止变形。

管道安装时，对其竖弯或平弯应严格按照图纸精确施工，检查不合格时必须予以改正。

管道安装前，应先检查其无裂、无变形方可使用，施工中要特别注意保护管道不受破损，并在预应力束安装完毕后，指定专人检查管道，一旦发现管道有损或穿孔，必须用接头或黑色绝缘胶布缠裹。防止水泥浆进入管道，对管道接头处要缠裹密实，同时要注意锚垫板与模板、锚垫板与套管之间的密封情况，勿使水泥浆进入管道。浇砼时，振动棒要避免震裂管壁，浇砼完毕后要及时通水清洗管道。

11.1.4砼浇注

塔柱砼浇注，拟采用拖式泵泵送砼施工。浇注准备工作：

（1）对模板钢筋、预埋件、索管、锚垫板进行全面检查；（2）检查机械设备的机械性能，采用泵送时应检查泵送管道；（3）对现场人员进行技术交底。

塔内砼振捣尽量采用长芯棒插入式振捣器，同时采用边浇注边绑扎箍筋的方法，以保证塔内上下人通行的需要。（4）塔顶预埋

预埋避雷针，航空标志等预埋件时，应先了解厂家及型号，征求业主、监理意见并符合设计及相关部门的要求。11．1．5 穿束工艺

横梁预应力束，采用先穿法，即用高强钢丝牵引钢丝绳通过管道，再用钢丝绳牵引整束穿束。

11．1．6锚具、夹片、千斤顶的安装

锚具安装时要与锚垫板孔对中，安装夹片前先用人工将钢绞线拉直，安装夹片时要均匀，用小钢管击紧夹片后，夹片的高差值不得超过2mm。千斤顶安装要注意其作用力线与钢绞线轴线保持一致。11．1．7 张拉作业程序

两端同时张拉至初应力，测量记录伸长量后、再同步张拉至1.0σk,稳压5分钟后锚固,并量测最终伸长量,即0→15%σK→30%σK→1.03σk持荷5分钟→锚固。

对于较长的直束，如下横梁直束由于其延伸量较大，可采用两次张拉的方法进行。张拉时要做好“预应力张拉原始记录表”的记录，校核引伸量，检查钢绞线断丝滑丝情况，并经监理检查验收同意后，切 13 割多余的外露预应力筋。此时，必须用砂轮锯，严禁使用电焊，切割后预应力筋的外露长度不得小于3cm。然后在锚座上安装压浆密封盖帽。

11．2压浆工艺

按稀浆配比，拌制稀浆，由压浆机将稀浆压入预应力管孔道。压浆前，须将孔道冲洗干净、湿润，如有积水应用吹风机排除。压浆时应缓慢、均匀地进行。水泥浆自调制至灌入孔道的延续时间，一般不宜超过30-45min，水泥浆在使用前和压注过程中应经常搅拌。用活塞式压浆机压浆最大压力一般为0.5-0.7Mpa。每个孔道压浆至最大压力后应有一定的稳定时间，一般在5分钟左右，压浆应达到孔道另一端饱满和出浆为止。11．3 封锚

预应力筋张拉锚固及灌浆完毕后，对暴露于结构物外部的锚具须尽快封锚，防止水分和其他有害介质侵入，封锚砼要注意与结构表面保持一致，以确保整洁、美观。11．4 安全注意事项

11．4．1 预应力束张拉场地或平台应稳固可靠，非操作人员不准进入。11．5．2张拉时千斤顶后面严禁站人，以免钢绞线飞出伤人。11．5．3钢绞线在封锚前严禁敲打夹片。11．5．4张拉作业人员在张拉时不得擅离岗位。

11．5．5高空作业时必须注意安全，须系上安全带及安设安全网等。12．斜拉索张拉

（1）标校张拉设备，作好材料试验，并根据设计张拉力计算延伸量；（2）制作展索用小平车；

组织专业施工人员（60人），并配备劳保防护用品。

12.1.索的存放保管： 待用部分缆索临时存放在0-1#段上，两端对称布置，在进行挂索前应用篷布进行苫盖，注意防火、防水、防潮，并派专人看管，对缆索进行编号、核对。12.2.展索,挂索

平行钢丝束的展放：自行加工的水平放料盘，用塔吊吊在盘上，慢慢展放，间隔4-5m，固定在落地平车上，以避免缆索落地拖磨破损拉索，[1]、用卷扬机起吊已装好连接器张拉杆的斜拉索的上端吊点，吊至塔柱上锚管下口处，上好引出杆；

[2]、当卷扬机牵引到底后，在索塔两侧分挂两只3T倒链，将锚环向锚管内推进，按设计要求将下螺帽安装到指定位置；

[3]、根据下锚管的长度确定吊点，用塔吊（或吊机）吊启，将下锚环缓缓放在下锚管中，随着张拉端张拉引出杆向外拖出；

[4]、张拉杆顺序先放锚环大螺帽，再放大垫板，其次是大螺帽、反力架、千斤顶，油泵开动少许供油，千斤顶张拉缸保持适量的油压后（约1-2Mpa）调整千斤顶、反力架使之与锚管在同一轴线上。12.3.张拉： 根据工程特点及施工方便采用下端张拉方案。

(二)主梁施工

1、工程概况

本桥主梁采用双边箱梁预应力混凝土主梁，主梁全长180m，梁高2.3m，主梁在塔柱处扣除了锚索区，横隔梁与斜拉索对应布置。

1.1 砼：采用C50预应力砼，砼总数量为4178M3。

1.2 斜拉索：斜拉索采用平行钢丝斜拉索，斜拉索上端先锚固，下端张拉。

1.3 梁体预应力：主梁的桥面板、边主梁内设置纵向预应力，横隔梁内设置横向预应力。

2、施工方法及施工顺序

2.1 施工方法：采取落地支架现浇。

2.2 施工顺序简述（详见设计图纸主梁施工工艺流程）。

3、施工工艺

3.1 施工工艺 3.1.1支架

主梁段位于河道内，根据地形及地质条件，拟采取梁柱式支架进行施工。支架应具有足够的刚度和强度，支架立模标高应计入预拱度、支架的弹性变形等。支架采用Φ529mm钢管搭设，钢管每排设8根，间距为5m，排距为7.5米。基础采用Φ529mm钢管桩基础，桩长10米。为保证钢管的稳定性，钢管之间采用小型槽钢设置剪刀撑。钢管顶面搭设横向2I56工字钢，顶面设置砂箱，用以落架。砂箱上面搭设纵向I56工字钢，间距3.0m～3.5m，边梁下面加密至间距1.5m。I56工字钢上面铺设20×20cm方木，间距60cm，方木顶面架设碗扣支架。碗扣支架上铺设方木模板。

支架应具有足够的刚度和强度，支架立模标高应计入预拱度、支架的弹性变形等。支架采用Φ529mm钢管搭设，钢管顶面设置桩帽及砂筒，用以落架，砂筒与纵横梁间设置型钢底托。为保证钢管的稳定性，钢管之间采用设置槽钢剪刀撑。支架上面设置模板系统。

3.1.2 模板

边箱梁底、侧模板、行车道顶板及横隔梁模板采用大型钢模板；边箱梁内模采用定型钢模和钢木组合模板。底 模局部调高采用木契进行。

3.1.3 预压

为消除支架的非弹性变形、检验支架的稳定性及消除其他不利影响、确定预拱度设置，支架须进行预压。为提高工效，预压方案采用砂袋进行，压重为梁体重量的1.1—1.2倍。预压时检查支架稳定情况，同时进行沉降观测，并对观测数据进行分析，计算出弹性和非弹性变形量。预压满载时至少要观察72小时。

3.1.4 钢筋施工

3.1.4.1 钢筋制作前，熟悉图纸和规范要求，按设计长度下料，考虑主梁钢筋规格多、数量大，为避免使用混淆，按不同等级、牌号、直径、长度分别挂牌堆放。

3.1.4.2钢筋在加工场内制作，现场安装成型。钢筋施工时注意控制好电焊机焊接作业，避免引起预应力管道穿孔导致漏浆。焊接作业要尽可能在预应力管道安设之前完成，且焊接时地线联接牢固，并派有专人检查。波纹管安设后，尽可能采用绑扎的方式。

3.1.4.3 钢筋墩粗直螺纹套管连接工艺为：施工时须首先清除钢筋连接位置的铁锈、油污、砂浆等附着物。端头若影响套筒安装，必须矫直、修磨；马蹄形端头应用切割机切除，然后将钢筋用墩粗机加粗端头，之后用套丝机两端套丝。墩粗直螺纹套管连接工艺实施前须进行接头试验，套管进行质量检验，合格后，经监理工程师认可方可使用。

3.1.4.4 钢筋保护层的控制：采用聚脂塑料垫块。砼保护层的厚度要符合设计及规范要求。

3.1.4.5 箱梁内[型钢筋的上下弯钩钩在外层钢筋上，定位要准确，安装要牢固。当预应力钢束与普通钢筋位置发生干扰时，可适当 17 调整钢筋位置，并取得监理工程师和设计代表的认可。

3.1.5 预应力束制作及安装

钢绞线进场后，必须对其强度、弹性模量、外形尺寸等有关材料指标进行严格检测。除松驰试验委托具有资质的单位进行外，其他材料指标试验均由中心试验室进行。钢绞线应放置在室内以防止锈蚀，施工期间的外露钢绞线采取遮盖或包裹措施，保证钢绞线不得锈蚀和污染。

钢束制作：钢绞线下料长度=孔道长度+工作长度。钢绞线下料不得使用电弧焊或气割进行切割，只允许使用切割机或砂轮片，并应使钢绞线的切割面为与轴线垂直的平面，以便张拉时检查断丝。

钢绞线编束：长束采用铁丝进行绑扎编束，短束不进行绑扎，只进行梳理使其自然平顺即可。

预应力管道：根据设计要求采用金属波纹管及塑料波纹管。波纹管的连接采用套管连接，连接处应平齐，不破裂，不变形，接口处用胶布缠裹后再加缠一层透明胶带。在钢束曲线的最高处设排气孔道。锚垫板与波纹管连接采用内穿式，即直接将波纹管穿入锚垫板内部，接口处用胶布缠绕。为防止预应力管道漏浆，管道内加设PVC内衬管道，该管道在砼浇筑过程中进行悬转和反复抽拔，砼初凝后将PVC管道抽出。

钢束定位：钢束定位架严格按照规范和设计要求定位，直线段一般每延米设置一个定位架，曲线段适当加密。要确保钢束平、纵曲线位置坐标符合要求，锚垫板位置正确及钢束的平顺性。

钢束穿束：钢束穿束在混凝土浇筑后进行，在浇筑混凝土过程中，避免踩压波纹管，以防止变形和破裂而影响穿束和张拉。穿束前采用压缩空气或高压水清除管道内杂质。对设置连接器的预应力束，采用 18 先穿束的工艺进行施工，即在浇砼前将钢束穿入波纹管，此时应对接头及管道进行严格检查，确保管道不漏浆。

3.1.6 预留孔道及预埋件：对进行安装张拉设备所需的预留孔道及预埋件进行设置，设置位置要正确、固定要牢固。

3.1.7 砼浇注：

3.1.7.1砼配合比：砼配合比由供应方委托铁十四局中心试验室进行配制。经材料试验，选择能够满足高标号砼的各种材料，并通过试验室确定C50可泵送砼的配合比，报监理工程师批准后方可使用。

3.1.7.2砼浇筑前的准备工作

1)、砼浇注前，首先进行泵送试验，测得施工参数后，才能进行主梁砼施工。

2)、检查维修施工机械，保持良好的运行状态。3)、浇注砼前，用空压机吹净模板内杂物。

4)、现场施工人员合理分工，并做好人员组织协调和设备材料的及时调度。

3.1.7.3砼浇筑顺序：主梁位拟分三段浇注，先浇注中间60m注梁，再浇注两端各60m主梁。主梁段由塔柱端对称向两端浇筑，在横向应先对称浇筑两侧边主梁，然后由边主梁向桥轴线浇筑桥面板。

3.1.7.4砼浇筑：砼由拌和站集中拌和，砼搅拌运输车运至现场，采用两部砼拖式泵进行泵送浇筑。为了施工方便，泵管沿支架固定，到箱梁顶上面50cm，再用软管引到箱梁模板内。

砼浇注分层应水分层，阶梯分层。

砼的现场振捣严格按照规范进行，要求表面泛浆，不再冒气泡，砼不再下沉为止。因波纹管较密集，现场准备四条ф30mm振动棒，配合大振动棒的施工。砼浇完后，表面及时进行整平、压实、二次收浆 19 及养护处理。

3.1.7.5养护：砼浇注完成后在收浆前要抹压一遍，收浆后再抹压一遍，以防止收缩裂纹的产生。砼抹平后用麻袋覆盖洒水养生。

3.1.8 预应力施工

3.1.8.1预应力张拉设备：15-15及15-19钢束采用600T千斤顶进行张拉，15-7及15-6钢束采用300T千斤顶进行张拉。

3.1.8.2 准备工作

1)、检查梁体有无蜂窝麻面、孔洞、露筋、露钢束，锚垫处有无空洞等情况，若有采用监理工程师认可的材料和工艺进行处理，然后再张拉。

2)、清除钢束外露部分的污物，清除锚具上面的油污及卡片的毛刺。

3)、对锚头进行裂缝检查，对夹片进行硬度检查，对扁锚连接器在使用前进行必要的试验，以保证该连接器能满足相关技术要求。

4)、计算引伸量。5)、标校千斤顶

6)、凿除锚垫板孔内波纹管，以防在张拉过程中损伤钢绞线。3.1.8.3 预应力延伸量计算

采用公式：ΔL=PL[1-e-（kx+110）/（kx+μQ）]/kyEg 3.1.8.4 预应力张拉：

1)、预应力张拉严格按照设计要求的张拉顺序和张拉控制吨位进行。

2)、实测引伸量应扣除非弹性变形，具体办法如下：张拉到15%设计张拉吨位开始测量引伸量，张拉到设计张拉吨位后测得引伸量为Δ1，则实际引伸量Δ=Δ1/0.85-δ, δ为夹片回缩值，由实测确定。20 张拉步骤为：张拉到15%设计控制吨位→持荷3分钟→开始量测引伸量→张拉到控制吨位→持荷3分钟→测量引伸量→回油锚固→量测引伸量。保证张拉到控制吨位量测的引伸量与回油后的引伸量之差不大于7mm，否则确定为整体滑丝。同时检查钢绞线尾端标记张拉完毕是否仍为一个平面，如有变化，表明出现了滑丝，必须对滑丝进行处理。

3)、张拉采用张拉力和引伸量双控制，当实测引伸量与计算引伸量相差值超过±6%时，应停止张拉并分析原因，对存在的问题进行彻底解决后方可进行张拉。

3.1.8.5 张拉安全

1)、张拉现场应有明显警告标志，严禁非张拉工作人员接近。张拉两端设有安全防护措施，张拉千斤顶对面严禁站人，以防意外。

2)、张拉操作人员，由熟悉本专业的人员参加，培训合格者方可上岗，并有技术熟练的人员负责指挥。锚固后，严禁摸、踏、撞击钢绞线或卡片，以免滑丝。

3)、工具锚、工作锚的卡片要分别标示、存放和使用。4)、拆卸油管时，先松开解压阀，以免油压喷出伤人。5）、严格控制张拉顺序，需要同时张拉时，必须设专人负责协调指挥。

3.1.8.6 压浆操作： 1)、吹净孔道并疏通孔道。

2)、用高标号水泥砂浆封锚头（或采用专用的封端套筒），强度满足压浆强度后进行压浆。

3)、安装阀门、检查排气孔、压浆孔。

4)、每束孔道从一端压浆，水泥浆自进浆口压入，直到压出稠浆后，关闭出浆口再继续压浆，压浆的最大压力为0.5-0.7Mpa，保持至 21 少5分钟，使水泥浆完全填充管道空隙。

5)、每次压浆完毕后应立即对机具、阀门进行冲冼。3.1.9 落架

梁段落架程序为：沿纵桥向按设计要求的顺序依次对称循环落架，在横桥向每排支架应同时一起卸架，达到同步、均衡的要求。落架时分三次落完，第一次先落1.0—1.5cm，使梁体受力体系逐渐转换，第二次可落3—5cm，使梁体基本脱离底模，第三次可全部落完。落架过程中要做好变形观测工作。

4、主梁施工测量控制

测量内容包括：控制网的复核、加密控制点的设置、梁体轴线及高程控制、塔顶偏位的观测。

4.1 控制网的复核：

对原设控制网进行复测，并将复测结果上报监理工程师批准后方可作为施工控制测量的依据。

4.2 加密控制点的设置

在原设控制网的基础上加密控制点，以利通视、互检、校核和方便施工，对主梁上部结构的施工进行全面测量控制，保证主梁上部结构的施工精度。

4.2.1 主梁轴线控制点的设置：

由两边主梁中心线及桥轴线设置三条轴线，以便主梁分段施工时线型顺直。

在进行主梁施工时，将□200×200×10mm钢板预埋在主梁顶面，与砼面平齐。钢板一定要预埋牢固。为防止钢板下面出现空洞，施工时可在钢板上预留适当的排气孔。

4.2.2主梁水准控制点的设置： 采用水准仪通过控制网将主梁水准点设置在塔柱侧面，并通过不同的控制点进行校核，确保水准点高程准确。

4.3 梁体轴线及高程的控制： 4.3.1 梁体轴线的控制

轴线控制均以辅助墩上的轴线点作为控制点，该控制点须进行定期复核。

4.3.2 高程控制

高程观测点每一横断面设置五个，4米一个横断面，与4m一道横隔梁相对应，以便于控制，具体位置为：从各梁体断面接合处后移5cm，在桥中线、两侧边箱肋板及梁体外缘处设置，其中梁体边缘处的观测点距离边沿20cm，预埋钢筋伸出顶板2cm。边箱肋板位置：为了梁底高程测量方便，在肋板一侧钢筋处预埋钢筋，钢筋下端与底板平齐，上端伸出顶板2cm，测量出钢筋的顶高程，根据钢筋的长度推算出梁体底面的高程。

4.4 塔顶位移观测

在主梁施工过程中，每施工四对斜拉索，测量一次索塔偏位，同时同步测量主梁标高。测量方法为在塔顶设反光棱镜，利用全站仪和导线控制点进行观测，并与原位置进行比较，即可得出塔顶偏位。施工过程中，要注意观测温度变化对塔身变形的影响。同时塔座上一边布置两个水准点随时观测塔柱沉降。

五、新工艺、新材料的应用

在斜拉桥施工中，主塔施工采用了爬模，显著提高了施工的质量和安全。

六、施工中的安全控制

工程施工，安全为本。制定安全管理办法，签订全员安全责任书，成立安全专职机构；定期检查处理违章事件，制定高空、交叉施工、雨天、夜晚、冬季等特殊季节的施工安全管理办法。在用电方面，加大检查力度，电缆一律采用地下埋管的方法埋设，更换旧的自行加工 的配电盘，采用专业厂家订做的标准配电盘。要求施工人员进入施工现场一律佩带安全帽，并设专人负责安全。对劳务队一律签订安全责任书，切实落实安全措施，确保安全施工。

七、施工中的问题与不足

在主塔施工过程中，由于倾斜40度角的特殊结构，存在支立模板时，板端部接缝处砼不平整的问题;同时由于主筋较密,存在砼漏振的现象,在以后的同样结构施工中应克服，确保外观质量。

工程项目在竣工验收和交付使用后，按照合同有关规定，在缺陷责任期内，由我部组织原项目部人员主动对已付使用的工程进行回访。以便发现问题，获取科学依据，对回访中发现的质量问题，我部将及时组织有关人员进行分析，并制定解决方案以便及时解决。

斜拉桥结构设计 篇6

【关键词】海上斜拉桥；工序；成本；构成

引言

本文通过对海上斜拉桥主要工序工法的总结和提炼，以及相应施工成本的实践及分析，将海上工程项目的施工组织及成本构成进行深入浅出的阐述，作为类似项目施工的有益参考。

一、海上斜拉桥施工工序

海上斜拉桥基本施工工序如下：

（一）钢管桩制造与打插；（二）钻孔平台施工；（三）海上桩基施工；（四）承台钢套箱施工；（五）海上承台施工；（六）索塔施工；（七）钢箱梁安装；（八）斜拉索安装。

二、基本施工工序工法及施工成本构成控制

（一）钢管桩制造与打插

1.1基本施工工艺

海上桥梁基础一般设计有钢管复合桩，即由钢管桩制造、钢管桩打插和在钢管桩内进行钻孔灌注桩施工而成。以港珠澳大桥为例，其钢管桩直径2.8米至3米，长40至60米，壁厚25mm，单根重量往往超过100吨，且精度要求较高，下沉后中心偏差不大于10cm，倾斜度不大于1/200。

1.2钢管桩制造及运输

钢管桩制造由具有钢管卷制设备、及配套防腐涂装设备的工厂进行生产。该部分成本包括钢管卷制费用、防腐涂装费用，施工界面为钢管生产成品在运输码头完成落驳为止。落驳后的运输由承包人另行组织租赁船舶运输。

1.3钢管桩打插

海上钢管桩插打一般有两种方案：①采用导向架+振动打桩锤进行插打施工。②使用大型打桩船进行进行插打施工。由于打桩船具有插打速度快（根据地质情况不同每天插打钢管桩可打2-4根）、精度高的特点，目前普遍成为承包商选用的方案。

1.4钢管桩制造与打插成本构成

钢管桩制造：①钢管桩卷制。②防腐涂装内壁（或涂装内外壁）。③运输。④其他施工船舶费用摊销、间接费及税费。

钢管桩打插：①钢管桩直径1.2米；②钢管桩直径2.0米以上。 ③进场调遣费，其他施工船舶费用摊销、管理费及税费。

（二）钻孔施工平台

2.1钻孔施工平台施工工艺

钻孔平台是桥梁基础施工的重要设施，也是主要成本项。钻孔平台采用永久性钢管复合桩的钢管桩加长后作为主平台基础，采用直径1米-1.5米的钢管桩作为辅助平台基础，采用型钢平联焊接，上部结构采用贝雷片架设、钢板铺装。

2.2钻孔施工平台成本构成

钻孔平台是桥梁基础施工主要造价项目，该造价计入海上桩基单价中。以港珠澳大桥青州航道桥现有的钻孔平台为例，单个主墩钻孔平台设计：长135米，宽49米，面积6615m2。主墩单个平台钢结构重量为2000吨，单个平台辅助钢管桩重量为1400吨。全桥6个钻孔平台钢结构重量约为12200吨。

（三）海上桩基施工

3.1基本施工工艺

海上桩基施工是在已经搭建好的钻孔平台上进行。

海上桩基一般长度超过100米，并具有较深的入岩深度，强度一般达到70～140兆帕。为保证成孔质量，应选用大于350型大型回旋钻机进行施工，并需根据不同地层条件，采用刮刀钻头、滚刀牙轮、孕镶牙轮钻等钻进工艺，采取气举反循环钻进成孔

3.2海上钻孔灌注桩施工成本构成

3.2.1钻孔施工成孔造价构成①钻孔成孔；②钻孔用自发电用柴油。3.2.2桩基混凝土灌注造价①拌合船费用，劳务配合费用。②泥浆清运费用。3.2.3钻孔施工平台费用及混凝土材料费用。3.2.4发电机、其他施工船舶摊销费用、管理费及税费。

（四）承台钢套箱施工

4.1基本施工工艺

桩基施工完成后，应进行钢套箱加工及安装施工。钢套箱作为承台施工的围堰与模板，是桥梁永久性重要钢结构组成部分。钢套箱兼具防撞功能。钢套箱采用工厂化分段制造，拼装成整体，工厂化涂装防护，整体吊装装船运输到现场，采用大型吊机整体吊装就位，具有单件重量大，海上运输困难，吊装方案复杂等特点，是海上桥梁施工的重点难点工序之一。

4.2钢套箱施工成本構成

4.2.1钢套箱加工①钢套箱实际钢材使用重量大于可计量钢材重量，包括内部支撑、悬挂系统及损耗等，这些钢材无法回收。因此计算钢套箱造价时不能漏掉此部分钢材造价。②钢套箱加工、涂装、运输造价。4.2.2钢套箱安装 港珠澳大桥青州航道桥主墩钢套箱重量超过1000吨，需要两台1000吨以上的浮吊抬吊安装，难度大，由于大型浮吊资源缺乏，一般费用较高。4.2.3其他施工船舶摊销费用、管理费及税费。

（五）海上承台施工

5.1基本施工工艺

封底施工：承台施工之前先实施封底混凝土施工。为确保承台封底混凝土的质量，需要根据潮水涨落情况，在钢套箱内封底按分层分块施工，第一层封底混凝土采取水下浇筑的方式，第二层采取干浇施工。封底成功后，开始进行承台混凝土施工。承台施工：以港珠澳大桥主墩为例，主墩承台高9m，单个承台混凝土方量15000多方，属典型的大体积混凝土施工。承台混凝土分层分四次进行浇注，单次浇注最大混凝土数量超过5000m3。项目部委托专业单位进行承台混凝土内部温度监控；通过布设多层冷却水管，控制混凝土内部温度；使用两艘拌合船同时进行浇注确保浇注质量、浇注安全；为保证混凝土外观质量，承台顶层模板加贴模板布。

5.2承台施工成本构成

5.2.1承台混凝土施工构成①混凝土劳务操作；②混凝土搅拌船拌合；③混凝土表面硅烷涂装。5.2.2冷却水管、冷却淡水、施工柴油。5.2.3混凝土材料。5.2.4施工船舶摊销、管理费及税费。

（六）索塔施工

6.1基本施工工艺

斜拉桥索塔的施工工艺基本类似，以宁波象山港大桥为例，主塔采用钻石形混凝土索塔，索塔总高度为226.5m。索塔塔柱包括下塔柱、下横梁、中塔柱、上塔柱、塔顶装饰段。锚固形式为钢锚箱。模板采用液压自爬模体系，整个塔柱共分49层浇注，其中下塔柱分9次浇注，下横梁分2次施工，中上塔柱分38次浇注；标准节段高度为4.5m或6m。

6.2索塔施工成本构成

6.2.1索塔混凝土施工造价①混凝土劳务操作；②劲性骨架劳务操作；材料费（按每立方混凝土45kg计算）。③混凝土搅拌船； ④混凝土表面硅烷涂装。⑤塔柱施工期间自发电柴油。6.2.2钢锚箱安装1200型大塔吊租赁费用。施工船舶摊销、管理费及税费。

（七）钢箱梁安装

7.1基本施工工艺

钢箱梁分塔区（墩顶）钢箱梁和标准段两类别考虑安装方式及费用。塔区钢箱梁施工完成后，利用浮吊起吊桥面吊机构件到箱梁0#块顶面，在0#块顶面拼装桥面吊机（或后场预拼装好吊机整体上桥）。钢箱梁标准段采用桥面吊机安装。

7.2钢箱梁安装成本构成

7.2.1钢箱梁安装施工造价①塔区、墩顶安装钢箱梁大浮吊费用，需要根据使用大浮吊的实际情况确定，大浮吊应为1000吨以上才能满足吊高、吊距，使用费用差别较大。②港珠澳大桥有大节段安装，重量超过3600吨，现场采用4000吨及2600吨大型浮吊抬吊安装，费用大。7.2.2钢箱梁安装施工造价③标准段梁段钢箱梁安装，主要考虑桥面吊机费用。7.2.3施工船舶摊销费用、管理费及税费。

（八）斜拉索安装

8.1基本施工工艺

斜拉桥斜拉索安装的施工工艺基本类似，斜拉索通过水运至现场，采用梁上放索方案，按先塔端、后梁端进行挂索，斜拉索张拉及索力调整统一在塔端对称进行，采用桥梁构件几何控制法进行施工控制。斜拉索施工完成后，按设计要求安装阻尼器。

8.2斜拉索安装成本构成

8.2.1斜拉索安装施工。8.2.2施工船舶摊销费用、管理费及税费。

三、海上施工基本船舶配置

3.1施工船舶基本配置

根据实际施工经验，以建造斜拉桥两塔（一般含6个墩）为例，桥梁施工船舶最低限度配置为：①拖轮2艘，2000hp-3000hp。②驳船6艘，1000吨-2000吨。③抛錨艇2艘，2000hp-3000hp。④水上拌合船1艘，100m3/h。⑤浮吊2艘，100吨-200吨（不包括短期吊装大浮吊）。⑥交通船1条，载人100人以上。⑦粉料运输船1艘（用于拌合船粉料补给）。⑧泥浆船4艘。⑨送水船1艘。

3.2施工船舶成本估算

由于船舶使用类型、数量都较多，大部分船舶必然需要外租，这部分成本是海上桥梁施工的主要成本，应摊入各清单细目成本单价。

四、结语

海上桥梁施工技术和施工组织历来是施工企业的重点关注和研究的施工难点，外海施工更是难上加难，港珠澳大桥位于珠江口外海，施工难度大，且现有公路定额难以测算施工成本，但是掌握了一定规律的施工步骤和工序后，其施工成本可以取得有效控制。

参考文献

城市斜拉桥景观设计探讨 篇7

关键词：城市桥梁,斜拉桥,景观设计

1 概述

随着社会经济的不断发展, 国民素质的不断提高, 以及发展新型战略生态化城市的持续推进, 新时代城市桥梁不仅仅承载了满足基本交通舒畅的功能, 同时城市桥梁的景观性规划也是很需要考虑的, 因此城市桥梁景观设计也成为城市规划设计中的重要一环。

城市桥梁进行景观性规划设计的过程中, 需要根据桥梁审美二元论, 将桥梁建设成当地独特的风景线, 既创造美的过程, 也使其符合当地人民的桥梁审美, 即迎合人们的鉴赏美的过程。在新时代城市桥梁进行修建中, 会着重的考虑新建的城市桥梁与周边景观是否和谐, 是否符合当地的人文特点以及是否符合该城市建筑群的总体和谐度。

2 城市斜拉桥的景观特征

城市桥梁景观设计是指设计的桥梁是具有美感的, 具有较好的视觉效应, 能与城市周边环境共同构成风景。城市桥梁景观设计最早源于国外, 于20世纪70年代提出桥梁景观设计的观念, 近年来, 由于我国城市化进程的不断推进, 城市桥梁景观设计在我国也越来越受到重视。

城市桥梁景观性主要体现在三个特征, 首先设计的城市桥梁造型符合基本的审美原则, 其次桥梁的整体造型与城市整体是相协调的, 有较好的融入感, 同时城市桥梁的景观还承载了当地的历史文化景观的使命以及人文景观的使命。

根据城市景观桥梁的基本特征, 综合斜拉桥的特点, 可以得到城市斜拉桥的景观特征。斜拉桥作为一种基本桥型, 在跨越较大的河流或障碍物时, 具有较广泛的使用。城市斜拉桥景观性特征主要包含三个方面:

1) 造型优美, 比例协调。

整体上, 城市斜拉桥的造型是一种以直线刚性为基调的, 较长的梁体沿着某一轴向直线伸展, 桥梁耸立向上给城市斜拉桥增加了挺拔之上的气势, 同时桥拉索刚劲有力, 使得桥梁在立面上有较强的力度感。城市斜拉桥的整体造型构成了稳定简洁的三角形几何形态。

斜拉桥的主体有三部分:桥塔, 梁体以及拉索。在斜拉桥造型设计的过程中一定要考虑到各个主体的比例, 首先桥塔与主梁的比例应该协调, 在视觉效果上, 桥塔高于主梁跨径的比值在1/4~1/7具有较好的效果, 同时主梁跨径与边梁跨径的比例在1∶2∶1时候会有较好的效果, 造型对称且使得主跨梁表现更加纤细。

2) 尺度合理, 融入城市。

桥梁的尺度是指桥梁在建设好后给人的感官尺寸与其真实尺寸之间的比例关系, 一般可以分为宏伟尺寸, 自然尺寸以及亲切尺寸。作为城市斜拉桥, 多数是建设于大型城市或者港口海湾城市, 因此作为城市中地标性的建筑物, 可以优先考虑宏伟尺寸, 使其与周边的高楼相映生辉。如果是在城市风景区中, 考虑到桥梁不能破坏整体风景的完整性, 可以采用自然尺寸以及亲切尺寸, 这样就可以与周边的背景更好的结合。

3) 结合历史文化背景与人文背景。

由于每个城市都有其独有的历史背景、地方风俗特点以及人文风情, 因此在城市斜拉桥建设过程中一定要很好地考虑到与该城市的风土人情以及人文历史特点相结合, 可以更好的凸显城市特色。如黑龙江哈尔滨的太阳桥 (见图1) , 建于太阳岛风景区内, 采用无背索斜拉形式, 桥塔高96 m, 桥跨228 m, 采用亲切尺度, 既显示出了桥梁的独有面貌, 又不破坏景区的风景, 与天鹅湖相互呼应。同时建筑涂装为白色, 就好像湖中的白天鹅, 充分结合了当地的民族特色, 具有很好的景观性。

3 实例分析

以惠州市下角东江大桥为例, 对城市斜拉桥景观性分析。下角东江大桥效果图如图2所示。

惠州位于广东省中南部东江之滨, 是一座典型的风景宜人的山水园林城市, 又称鹅城, 具有丰富的人文历史背景以及风景资源。惠州市下角东江大桥建于2005年, 全桥桥长1 400 m, 下角东江大桥的主桥形式是180 m+104 m+46 m的多跨连续双面索斜拉桥, 位于惠州市中心, 与惠州大桥相距500 m, 在建设下角东江大桥的时候除了考虑对交通能力的贡献以外, 同时对其景观性有较高的要求, 希望其能成为当地独特的景观性桥梁, 为惠州这个风景园林城市再增添一道风景线。

根据需求, 对于惠州下角东江大桥的基本设计原则与普通的大桥有一定的区别, 在满足大桥交通能力的前提下, 需要重点考虑大桥的景观性, 大桥的造型应该与当地的人文景观和自然环境融为一体, 使其成为惠州的地标性建筑物, 同时还应该满足技术可行性以及经济性等设计原则。

根据图2可以看出, 大桥的建筑涂装主要是白色, 其中斜拉桥塔高121 m, 为鹅头造型, 与大桥的高跨比为1∶10, 符合风景区城市中斜拉桥应采用亲切尺寸的原则。远处望去, 大桥风景别致, 呈现出一种对称的韵律以及挺拔向上的朝气, 简洁明快, 同时为了不破坏大桥桥塔的景观性, 攻克了技术难关, 采用了无斜撑的桥塔, 就像两个白天鹅仰头朝天歌, 为鹅城增光添色。

4 结语

城市斜拉桥是由于跨越能力大, 是一种常见的桥型, 是城市交通的重要部分。城市斜拉桥由于其独到的造型越来越多的作为景观性桥梁, 在设计的时候除了考虑交通能力, 还应该结合城市的整体风格以及人文特色, 把握好城市斜拉桥景观设计的各项原则, 使城市斜拉桥成为现代城市中一道靓丽的风景线。

参考文献

[1]贾艳敏, 林选泉.松花江斜拉桥夜景景观设计[J].公路, 2003 (9) :118-123.

[2]于松楠.风景区景观桥梁设计研究[D].哈尔滨:东北林业大学, 2006.

[3]林选泉, 张芳途, 刘月琴.斜拉桥主体构件景观设计[J].城市道桥与防洪, 2005 (5) :1, 8-11.

[4]彭桂瀚, 王卫涛, 陈宝春.部分斜拉桥景观设计[J].福建建筑, 2006 (3) :39-40, 46.

[5]徐风云, 陈德荣.桥梁审美原理[M].北京:人民交通出版社, 2007.

[6]贾艳敏, 唐军斌, 于广龙.园林中拱桥的景观设计研究[J].桥梁建设, 2013, 43 (1) :94-98.

斜拉桥结构设计 篇8

1 准备以及绘图设置

在绘图之前首先需要在大脑中形成对图形对象的一个比较清晰的认识,能基本知道其基本的形态,当然,如果有现成的图纸,就首先读懂其中的各个部分的含义。这一步在绘图中非常重要,而且有助于在后面绘图中减少错误以及加快绘图速度。接着可以考虑好采用多少比例绘图,使绘图对象与出图的图纸进行协调,并计算好各部分尺寸在缩放后的值。当然在很多的情况下,往往喜欢以1:1的比例绘图,然后在出图的时候再考虑将图形缩放,不过此时要特别注意标注中数值的变化。然后要考虑好坐标轴的放置位置,尽量方便绘图,将坐标原点放置于绘图的关键部位。

为了以后的绘图以及修改的方便,需要设置好图层并进行线型设置。点击图层特性管理器按钮,打开【图层特性管理器】对话框,可见其中只有默认的0号图层,点击【新建】命令,在其中的名称栏中输入相应部分的名称,根据需要可建立主塔、主梁、斜拉索、边墩、标注文字、标注线、中心线、图标题栏、图框线、图纸边界线等几种图层。其中将【中心线】图层的线型修改为【center】线型,颜色设置为黄色;将【标注线】的图层颜色设置为绿色;将【图标题栏】图层颜色设置为红色;将【图框线】图层设置为蓝色;将【图层边界线】图层颜色设置为绿色;将【斜拉索】图层的颜色改为红色。

2 主梁的绘制

设置好图层以后,就可以进行实际的绘图工作了。根据实际的图形对象的特点,先绘制半桥的主梁,考虑将坐标原点放在左主塔中心线与桥面线的交点O上。以顺桥向为X轴,竖向为Y轴,采用米制单位进行绘图。

首先绘制主塔的中心线,绘制完直线后,将直线定义为【中心线】图层,方法为:选中绘制好的直线,在图层工具栏的下拉框中选中【中心线】层即可。绘制主梁的桥面线,首先绘制半中跨线,后绘制边跨的部分。绘制主梁的底面线,采用偏移命令OFFSET,因为主梁梁高为2.9m,设置偏移为2.9m,先将主梁部分进行偏移(不将边主梁与引桥短直线以及引桥主梁偏移,以利于后面的边墩处的细部绘制)。再对边主梁与连接线主梁接头构造做细部绘制。再接着做出引桥主梁的其余部分梁底线。做完以上的边跨主梁与连接线的接头细部绘制以后,可以将其中的辅助线以及多余线段都删去。先运用剪切命令,将主梁的多余部分截去,再将前面所做的辅助线删去即可。

完成整半个桥主梁的绘制后,将部分的线段都设置为【主梁】图层,颜色以及属性按默认的随层。

3 主塔的绘制

下面开始绘制主塔部分,先做上塔柱垂直部分,考虑做一半,再用镜像命令。接着进行下塔柱的绘制,同样只进行右半个的绘制。将以上绘制完成的上塔柱与下塔柱图形进行镜像操作,以绘制出塔柱的轮廓线。然后进行承台的绘制,采用矩形绘制命令。

下面开始桩柱的绘制,考虑采用先绘制单根桩柱,再采用阵列命令完成整个桩柱的绘制。对前面绘制的桩柱左轮廓线进行复制以得到右轮廓线。再用直线命令对桩柱底部两端点进行连线。接着进行桩柱截断线的绘制,因为比较细致,所以建议将图形放大以方便绘图。使用圆弧分段进行绘制(当然也可以用样条曲线拟合多线段的方法进行粗略绘制)。再对以上的部分截断线进行复制操作就可以得到右半部分的一条截断线。再进行右半个另一条截断线圆弧的绘制,采用镜像操作。下半部截断线的绘制,基本方法同以上的绘制过程,当然还可以分部分复制前面做完的上部分的截断面线,即将上截面右边的圆弧截断面线复制到下边的左半边,将上截面的左半截面复制到下右半截面就可以了。

以上就已完成单个桩柱的绘制,再进行阵列ARRAY命令,完成这个塔柱的四个桩柱的绘制,过程如下所述。激活ARRAY命令,弹出【阵列】对话框。点击对话框右侧的【选择对象】按钮,在屏幕上框选前面绘制完成的单个桩柱,返回对话框,设置其中的参数值点击确认,完成阵列命令。接着绘制完成整个主塔,其图层的属性设置为【主塔】层,方法同前。

4 斜拉锁的绘制

下面进行斜拉索的绘制,因为此斜拉桥的中跨与边跨的拉索是不同的,所以还不能直接用镜像命令来简化绘图过程,为了方便作图,考虑采用绘制辅助线的方法来确定拉索点的位置。先确定主梁上的拉索点位置,用绘制辅助线的方法,先通过坐标原点O绘制一条辅助线。完成塔中心处的辅助线后,再进行偏移OFFSET命令,将画出的辅助线进行偏移,以得到拉索点的位置,偏移的位置根据图中标注的值进行选取。对中跨,第一拉索点离塔柱中心的距离为16m。以后主梁上的拉索点间的间距都是8m,为方便,后面可以用阵列ARRAY命令:激活ARRAY命令,出现【阵列】对话框,选择刚才偏移好的辅助线作为阵列对象。接下来进行边跨的拉索点辅助线的绘制,方法同前,只是间距不同而已,其中靠近主塔拉索点的间距为16m,向外分别是9个8m间距的拉索和5个4m间距的拉索。接着开始进行主塔上拉索点辅助线的绘制,首先绘制通过塔顶平面的一条辅助线。接着就可以对这条辅助线使用偏移命令,以达到获得拉索点定位的目的。因为上、下的拉索点间距不同,所以不能运用阵列ARRAY命令,只能直接用偏移命令得到这些拉索点的位置。后面的辅助线的绘制同上,只是拉索点间距作相应的修改即可,往下的拉索点间距分别为1.5294m,1.5317m,1.5344m,1.5374m,1.6390m,2.1485m,2.1834m,2.2324m,2.3038m,2.4143m,3.0568m,3.3750m,4.4075m,6.1750m。

经过以上的辅助线绘制,主梁上以及主塔上的拉索点已经全部绘制完成,所以可以进行斜拉索的绘制工作,我们所需做的只是半主塔的拉索点与主梁上的相应拉索点连接起来。以中跨为例先用直线将中跨主梁跨中位置的拉索点(辅助线与主梁上顶面的交点)与主塔上的相应拉索点(主塔右轮廓线与靠近塔顶的第一根辅助线的交点)连接就可以了。其他的斜拉索的绘制类似于前面,当然为绘图方便可将对象捕捉设置为只捕捉交点的模式。再将前面所做的辅助线删除即可,并将绘制好的斜拉索设置为【斜拉索】图层。

5 边墩的绘制

绘制完以上的图形后,就可以进行边墩的绘制,先绘制支座,使用矩形命令,以边墩处主梁的下底面中心为基点进行绘图。再用矩形命令绘制边墩的墩身。再继续用矩形命令绘制承台。

下面开始绘制边墩的桩柱,可以采用绘制主塔桩柱的方法来进行绘制,但是比较繁琐,所以在此考虑采用复制后修改主塔桩柱的方式来简便绘制。因为边墩的桩柱比主塔的桩柱短,所以不能直接从主塔处复制过来,但是因为其截断面以下部分以及截断面完全一致,所以只要修改上部的尺寸就可以了,方便的方法就是采用指定特定复制的基点就可以了。绘制完成后运用剪切命令进行修改,就可以完成边墩桩柱的绘制。选择要修剪的对象,或按住Shift键选择要延伸的对象(选择桩柱上伸入承台的左轮廓线)。选择要修剪的对象,或按住Shift键选择要延伸的对象(选择桩柱上伸入承台的右轮廓线)。选择要修剪的对象,或按住Shift键选择要延伸的对象(回车确认)。边墩的第二根桩柱的绘制可以采用以承台中心线为基线的镜像命令进行。

6 整桥的绘制与标注

完成半个桥型的绘制后,只要对半轿进行镜像操作就可以得到整个桥型的图形,当然还需要对局部的图形进行修改。绘制完以上图形后,要进行必要的检查特别是要注意镜像部位附近的图形是否合适,接下来,就可以进行图形的标注工作了。首先建立标注的样式或直接在默认的标注样式上进行修改,在此考虑直接采用修改默认标注样式的方式,修改标注样式各选项卡。其中设置【文字】选项卡中的文字样式。修改完标注的默认样式后,就可以进行标注了。标注方法可以先使用线性标注,后使用连续标注,标注采用厘米为单位进行。因为标注中有一部分是要标示出拉索点间距,所以需要对局部标注进行修改,例如边跨的靠近边墩的拉索间距为4m的5段,所以其标注样式应该为“5×400”,具体可以用文字编辑命令DDEDIT(ED)。其他的标注依据同样的方法进行修改。接着进行主梁截断线的绘制,运用多段线命令PLINE。

对以上绘制的截断线以中跨中心线位镜像轴来使用镜像命令,就可以得到另外的一条截断线。接着再进行局部水准标高绘制,以边墩承台底部的标高绘制为例,先绘制其中的直线部分。最后在直线上面放置水准线的高度标志文字,用单行文字输入命令TEXT,在此输入“39.000”,再进行必要的位置挪动就可以了。

绘制完一个水准标注后,其他的标注就可以采用基点复制的方法来完成,复制后修改其标注的文字就可以了。绘制后将所有的标注文字以及线段都分别设置为【标注文字层】。

7 高程标尺的绘制

首先采用矩形命令绘制单个标段,再采用填充的方式来完成绘制。再接着将两段形成的矩形用直线分成四个矩形,再对左上矩形的右下矩形进行填充。接着就可以进行标尺的文字输入,采用单行文字输入命令,字体样式采用默认样式进行,上部文字为“140”,中部文字为“130”,下部文字为“120”。输完后,适当调整文字的位置,使其形式美观。再进行阵列命令,选择其中的所有标尺对象和底下的“130”和“120”文字作为阵列的对象。确认后,可以得到全部的标尺的草图,再对其中的文字进行必要的编辑,就可以完成标尺的绘制。

8 图框的绘制与设定以及图形的后处理

我国的《道路工程制图标准》GB中规定的图纸规格如表1所列:

图幅的短边可加长,按短边的标准值成倍数的增加,长边是不能增加的。在AutoCAD中工程图样必须用粗实线画出图框。

每一张工程图应有标题栏,标题栏一般画在图纸的右下方,标题栏的尺寸和样式都有规定,有多种样式。对一套图纸来说,图框的形式是相同的。如果我们每张图纸都绘制一个图框,将浪费大量的工作时间和计算机的内存,为解决这个问题,我们单独绘制一张只有图框的图,在绘制好其他图纸内容后,使用“外部命令”,使图框显示于当前所打开的图形文件上,如果要进行图纸的打印输出,可按打印参数进行打印设置。当成图后推出时,计算机自动将图框抽回,这样能节省大量的工作时间和内存,同时每个设计人员所使用的图框是统一的,保证了整套图纸的一致性及美观。

以上就完成了一个斜拉桥桥型布置图主视图的绘制。俯视图、地质情况、纵向坡度示意图以及主塔的各种视图等也可以用以上的方法给出。

9 结束语

斜拉桥结构检测及受力状态评估 篇9

1 工程概况

上虞市人民大桥位于上虞市中心,横跨曹娥江,是连接上虞市新老城区的交通干线,1996年建成通车。该桥主桥为独塔双索面斜拉桥,跨度为(125+125) m,桥宽26 m。桥塔塔身为H形钢筋混凝土结构,桥面至塔顶高70 m。斜拉桥主梁为预应力混凝土箱形梁,梁高2.2 m。每个索面横桥向布置4根斜拉索。大桥设计荷载为汽—20级、挂—100级验算。

2 检测内容及手段

2.1 检测内容

1)斜拉索恒载索力测定。2)斜拉桥桥塔与主梁空间坐标测量。

2.2 检测手段

索力测试采用频率法[2]。先用索力测试仪测得各拉索的振动频率,再根据频率和索的有效计算长度、单位索长、质量以及索端的边界条件计算得到拉索的拉力。塔梁标高测量采用全站仪。由于缺乏大桥的施工与竣工实测资料,并且大桥桥址附近没有大地测量系统的测量参考点。故只能根据在大桥两岸设立的临时测量参考点对大桥索塔、承台和主梁高程等进行测量。

3 检测分析结果和措施

3.1 2002年成果

1)与设计恒载索力相比,大桥索力的变化在-20%～17%之间(个别除外);2)总体上,长索的索力小于设计恒载索力,中长索的索力较接近于设计索力,桥面北侧次短索的索力降低剧烈,而南侧次短索的索力明显增大;3)与设计的桥面竖曲线相比,当前结构的桥面线型已有较大变化,尤其是西侧一跨,桥面在跨中附近下挠近20 cm;4)参考设计的桥面竖曲线和桥面塔根断面的实测坐标,斜拉桥边墩处桥面高程下降约4 cm～6 cm,显示两桥墩处可能发生基础沉降;5)从塔顶、桥塔承台面两侧的实测坐标可以看出,桥塔基础基本上未发生横桥向的不均匀沉降。

将测量结果代入结构中得到模拟的斜拉桥内力状态,计算结果看出此时主梁工作状态已十分不利,主梁最大压应力为21.2 MPa、最大拉应力为7.4 MPa,拉压应力都大大超过规范允许值。为了使其满足安全、实用的要求,对该桥进行了调索工作。

将调索后测量的索力与目标索力和调索前索力进行比较,结果如图1所示。调索后单根拉索索力与目标索力最大相差7.1%,总索力相差1.8%。调索后东西向相同索号索力相差3.7%。可见调整后的索力与目标索力偏差不大,调索后东西向拉索几乎平衡使主塔受力明显得到改善。

将调整后拉索索力代入计算模型后,得到此时主梁内应力如图2所示。调索后,主梁最大压应力为16.6 MPa,最大拉应力为1.2 MPa。主梁应力状态较好,达到调整的目标。

调索施工结束后对全桥标高测点进行了测量。对比调索前标高数据,可以得到调索引起的主梁标高的变化。

本桥在调索前主梁下挠幅度较大,可见通过调索桥面线形得到一定改善。另外由于缺少必要资料,主梁下挠的原因并不明确,且本桥塔梁墩三者刚性连接,主梁为预应力混凝土结构,造成桥梁整体刚度较大,一味要求主梁标高达到设计要求也是不现实的。

3.2 2008年成果

图3绘出了拉索的实测索力和设计索力、成桥索力以及2002年调索后索力的比较。从图3中我们可以看出索力的变化趋势及变化幅度。

1)因为2002年索力经过调整,此次实测索力和2002年调整后的索力有更多的比较意义。

2)总体上各索力变化甚微,绝大多数在-5%～5%之间。个别短索有30%左右的增幅,由于用振动频率法测量短索索力一般都会出现一定程度的误差,不排除短索索力测量结果的离散性。

3)从上述数据可见,东西跨和南北侧索力都比较对称,未出现索力不均衡现象。

从上述结果中可以看出:

1)与2002年调索后的桥面线形相比,较为吻合,说明在这几年中,桥面高程和线形没有发生明显的变化。同2002年检测结果类似:在横桥向,桥面南、北两侧发生倾斜,全桥均呈现南高北低的状态。两侧平均高程差为8.5 cm,最大达11 cm。比较于2002年的桥面竖曲线和桥面塔根断面的实测坐标,这次测量得到的桥墩处桥面高程没有较大变化,说明桥墩处基本没发生基础沉降。

2)根据2008年实测索力,计算可知主梁内应力比2002年略有增长,原因是徐变等因素的影响和部分索力的增大。总体上,主梁的受力情况较好,与2002年调索后相比,没有发生明显变化。

4 结语

对于早期建造的斜拉桥,在其运营阶段进行定期的检测及受力评估工作很有必要,不但能保证结构的安全,还能给桥梁的养护工作指明方向,从而提高桥梁的使用寿命。

摘要：以上虞市人民大桥为工程背景,介绍了运营阶段斜拉桥的检测内容及内力评估方法,对斜拉桥检测成果进行了分析,同时提出一系列应对措施,从而提高桥梁的使用寿命。

关键词：斜拉桥,结构检测,受力评估,索力

参考文献

[1]范立础.桥梁工程(下册)[M].北京:人民交通出版社,1987.

[2]傅吉兴,党伟.斜拉桥调索及索力测试[J].中国市政工程,2006(3):61-62.

郑州解放路转体施工斜拉桥设计 篇10

关键词：转体施工,斜拉桥,设计

1工程概况

郑州市解放路斜拉桥位于郑州市火车站以北, 西起河医立交, 东至二七广场, 为郑州市中心重要的标志性建筑。本桥248 m主跨上跨京广、陇海铁路, 其中3号主墩附近有7条客运线, 若采用常规挂篮施工, 需在铁路线路之间设置立柱, 搭建防护棚, 加上施工周期较长, 将对铁路的正常运营秩序和安全造成很大影响。本桥施工方案经历多次专家评审, 斜拉桥主梁的施工方案最终为“跨越货运线部分采用挂篮现浇施工, 跨越客运线部分采用转体施工”。桥梁总体布置见图1。

2技术标准

(1) 道路等级:

城市主干道;

(2) 设计荷载:

按公路-Ⅰ级设计, 城-A级验算;

(3) 设计基准期:

100年;

(4) 桥梁设计安全等级:

一级;

(5) 桥梁环境类别:

Ⅱ类;

(6) 地震动峰值加速度:

0.15 g, 地震基本烈度7度, 按8度设防;

(7) 桥面纵坡:

西侧4%, 东侧-3.666%, 竖曲线半径3 000 m。

3总体设计

郑州市解放路立交桥主桥采用 (106+248+106) m双塔单索面预应力混凝土斜拉桥, 全长460 m, 标准段桥面宽度为33 m, 西边跨渐变至42 m。本桥采用塔、梁固接体系, 索塔高度64.5 m, 拉索锚固区的断面为实心H型断面, 外轮廓尺寸为5.4 m (纵向) ×4.0 m (横向) , 无拉索区采用空心断面。每个索塔安装15对拉索, 梁上标准索距为8.0 m, 塔上索距为2.8～4.7 m。斜拉索呈扇形布置, 采用 (253～301) Φ7 mm镀锌高强钢丝成品索, 外包高密度PE防护材料。主梁采用三向预应力混凝土结构, 标准断面中心高度为3.49 m, 分3个箱室, 边箱为三角形, 悬臂长5.0 m。顶板厚度为40～60 cm, 底板厚度为30～75 cm, 中腹板厚度为40～70 cm, 斜腹板厚度为25～70 cm。标准段梁体横断面见图2。

桥墩采用矩形空心断面, 纵桥向宽度为 6 m, 墩顶扩大至7.4 m;横桥向宽度为12.5 m, 墩顶扩大至14.6 m, 每个桥墩墩顶上布置2个14 500 t的球型抗震支座, 支座间距为9 m。其中3号墩采用转体施工, 球铰设在承台顶上。由于受铁轨位置的限制, 主墩承台采用八边形, 承台高度4.3 m, 每个承台下设29根Φ180 cm钻孔桩。

本桥边跨长度较小, 在设计中用边跨压重的办法解决边墩支座出现拉力的问题。为了保证箱室中填充压重混凝土后不封堵横隔板人洞, 同时采取了增加边跨腹板及顶底板厚度与填充混凝土两种方式。

4转体设计

本桥跨客运线的桥梁转体长度为60.5 m (中跨) +59.5 m (边跨) , 转体重量为16 500 t, 转体部分包括:承台上转盘、桥墩墩身、桥塔、主梁、斜拉索。转体段主梁先沿铁路方向搭支架现浇, 该部分梁体达到混凝土设计强度的90%后, 张拉该段主梁的预应力钢束, 并安装张拉该部分斜拉索, 然后转体就位。

上转盘采用三向预应力混凝土结构, 直径14.5 m, 高度为1.8 m, 混凝土强度等级为C55。上转盘球缺直径7.5 m, 高度为1.228 m。顺桥向、横桥向预应力筋采用13Φs15.2 mm及5Φs15.2 mm钢绞线, 竖向预应力筋采用Φ32 mm精轧螺蚊钢筋。为保证转体过程中的平衡, 上转盘下部沿圆周均匀设置8对撑脚, 每对撑脚由2个Φ900×22 mm的钢管及连接钢板、走板组成, 钢管内填C50微膨胀混凝土。

下转盘横桥向长度为28.68 m, 顺桥向长度为21.8 m, 高度为4.3 m, 采用C50普通钢筋混凝土结构。下转盘球缺直径为4.06 m, 高度为0.276 m。下转盘顶面设两个牵引反力座及16个千斤顶反力座, 牵引反力座用于转体结构的启动及转动, 千斤顶反力座用于转体的止动、姿态微调等。牵引索采用15Φs15.2 mm钢绞线, 锚固在上转盘内。16个千斤顶反力座中有两个兼作助拉千斤顶反力座使用, 助拉索采用11Φs15.2 mm钢绞线, 固定端锚固在上转盘撑脚内。转体构造见图3～4。

球铰的球面半径为8 m, 平面半径为2 m。球铰由上、下两块40 mm厚球面钢板组成, 上球铰为凸面, 下球铰为凹面。球铰中心设Φ300×16 mm的钢套筒, 中心轴为Φ240 mm的钢销轴。下球铰上镶嵌四氟乙烯滑片, 间距为12 cm左右, 上下球铰间填充黄油四氟粉, 以减小球轴转动时的摩擦。四氟乙烯滑片布置见图5。

转体牵引力按单铰转动计算, 静摩擦系数μ取0.1, 动摩擦系数μ1取0.5, 设转体重量为N, 牵引力为Fq, 球铰半径为r, 牵引力臂为R, 则

球铰静摩阻矩:Tm=2μNr /3

启动总牵引力:Fq=Tm/R=2μNr/3R

经计算启动总牵引力Fq为3034.5 kN, 选用两台ZTD-2000自动连续牵引千斤顶和两台YCD-1200穿心式助拉千斤顶共同作用。转体时先启动两个助拉千斤顶, 分级张拉至设计拉力, 然后启动两个自动连续牵引千斤顶, 开始转体。当结构转体至设计距位置0.5 m时, 安装止动装置, 对结构进行微调。微调时先启动两个自动连续牵引千斤顶, 分级张拉至设计拉力, 然后启用两个助拉千斤顶, 采用点动控制, 使结构微调, 直至准确到达设计桥位。转体施工现场见图6。

5结构分析

本桥结构分析采用Midas Civil进行分析, 全桥共分437个单元, 586个节点, 88个施工阶段。主梁按全预应力构件设计, 拉索采用桁架单元模拟, 计算中考虑了整体升降温25度, 拉索与梁塔之间15度的温差, 索塔左右侧5度的不均匀温差及梁体梯度温度等。

计算结果表明, 上部结构在最不利荷载作用下没有出现拉应力, 并有一定的压应力储备。梁体上缘最小压应力为1 MPa, 下缘最小压应力为0.4 MPa, 最小压应力出现在左侧梁端部。梁体上下缘最小应力见图7～8。

6结语

斜拉桥转体施工, 为该类桥梁施工场地受限时提供了一种解决办法。值得注意的是在上下转盘设计时, 撑脚与滑道的间隙应考虑球铰之间四氟乙烯滑片的压缩量, 否则撑脚受力过大, 不利于转动。本桥转体吨位达到16 500 t, 为同类桥梁转体重量之最, 可为同类桥梁的设计提供参考。

参考文献

[1]JTG D60-2004, 公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTG D62-2004, 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]JTG/T D65-01-2007, 公路斜拉桥设计细则[S].

斜拉桥结构设计 篇11

摘要：在南京长江三桥长期监测数据的基础上，提出了一种基于统计理论的钢斜拉桥主梁挠度的长期趋势评估和动态预警设置方法.首先，分析挠度随温度的变化特征，选取夜间0：00-1：00时段的挠度数据，剔除车辆荷载的影响，并考虑整体升降温作用，进而得到恒载挠度评估指标的基准值.其次，采用线性适度模型和基于实质的灰色关联度法对挠度进行评估，以2007～2010年的数据为例，结果表明：本文的评估结果与长期变化趋势一致，挠度变化趋势有助于指导桥梁结构病害的进一步检查.最后，基于一定保证率建立桥梁跨中挠度黄、红两级预警线，考虑交通量变化及累积损伤带来的影响，设置动态预警线.通过2008年雪灾前后状况和交通量增长情况两个示例进行检验，结果表明：本文设置的动态预警线不仅能有效地应用于桥梁正常运营或突发状况，还能根据桥梁的实际状况实现同步更新.

关键词：钢斜拉桥；挠度；统计理论；评估；预警

中图分类号：U446.1文献标识码：A

主梁挠度是桥梁长期监测中的一项直观且重要的指标.通过对结构几何形态的观测，可反演出结构的内力变化情况，进而为损伤的定位提供参考和依据.目前大跨径桥梁的主梁挠度监测方法众多，主要有连通管法、GPS法、倾角仪法、激光投射法、机器人监测法等[1].这些方法各有优劣，其中连通管法具有监测范围大、经济、不受现场恶劣环境的影响、可以实现多点同步监测的优点，发展前景良好.对于主梁挠度的评估、预警已有一些相关研究论文发表，包括挠度与温度的相关性分析[2-3]、线形评估预警[4-6]等方面.然而对于钢结构斜拉桥的挠度长期评估尚未见报道，预警线的设置亦各不相同，更无统一的标准可循.

本文以钢塔钢箱梁斜拉桥——南京长江三桥的长期变形监测数据为基础，在阐述主梁挠度的温度特征后，选择统一标准下的挠度评估指标，对长期状态下的挠度进行评估和预警值设置，并通过实测数据验证其可靠性.

1挠度的温度效应

1.1挠度监测布置概况

南京长江三桥是我国首座具有钢塔的钢箱梁斜拉桥，主跨648 m.该桥于2005年10月建成通车，次年其健康监测系统投入使用.南京三桥的主梁挠度监测采用的是封闭式连通管法.该方法是利用连通管内液面水平的原理，沿梁体布设连通管道，由压力波传递液位的变化，伴以高性能压力变送器检测液体压力的波动，换算得到桥梁挠度的变化值.

在该桥的边跨和中跨纵向均布置了相应挠度测点.以上游为例，有效测点共22个，位置分布如图1所示.主梁挠度测点采样频率是10 Hz.

1.2挠度的温度效应

运营状态下影响斜拉桥跨中挠度变化的因素很多，其中最主要影响因素是温度作用和车辆荷载作用.如果将温度和车辆荷载作用效应剔除，可得到恒载下挠度长期评估的统一标尺.关于挠度的温度效应已有学者从理论推导和实桥监测方面做了相关的研究[7-8]，但是针对钢主梁和钢塔斜拉桥的特性较少报道.通过分析多年的挠度和温度监测数据，可以发现以下规律：1）挠度与温度的变化是同步的.文献[2]中针对混凝土梁斜拉桥的研究结论是跨中挠度和温度存在约2 h的滞后，而本文分析结果显示钢箱梁斜拉桥由于材料对温度反应敏感基本不存在滞后现象.2）挠度的变化周期为一天.一天内挠度变化主要分为两部分，一部分是夜晚时段，整体升降温作用较小；另一部分是白天时段，温度场的影响量较为可观，基本为线性.图2给出了2007年6个月每月15日的跨中挠度与温度的变化规律，规定负值表示主梁下挠，索塔处主梁挠度为0.

由图2看出，各个月一天内的跨中挠度与温度的变化规律较一致，以1月15日的数据为例，跨中挠度变化形成了典型的三阶段，分别定义为A、B、C三个阶段.第一阶段A：结构处在黑夜环境下，温度场较为平稳，因而变化率较平缓.此时段的挠度变化主要来自车辆荷载作用.值得注意的是其波动量大于白天，这是因为夜里行驶重车所致.第二阶段B：太阳辐射开始发挥作用并呈现持续加强状态，挠度变化率逐渐稳定到一个数值.第三阶段C：日照逐渐消失，大气温度渐渐降低，变化率和B阶段基本一致.

可见，夜间桥梁跨中挠度主要受整体升降温作用和车辆荷载作用.其中整体升降温的作用可通过对斜拉桥整体有限元模型施加温度荷载计算得到.对于车辆荷载作用，在夜间车流量较少，且多为重车过桥的时段，其车辆荷载效应可利用小波滤波剔除.统计结果表明，剔除活载效应后得到的恒载挠度值与该时段挠度的平均值非常接近.所以，本文在后续研究中，均以夜间0：00-1：00时段的挠度平均值作为当时温度下的恒载挠度计算值.

在剔除活载影响后，为对所有实测挠度数据统一分析评估，将所有温度统一至该桥合龙温度（24 ℃），温度差值部分造成的挠度变化通过斜拉桥整体有限元模型计算得到.最终得到恒载挠度评估指标的基准值.

2挠度的长期状态评估

2.1挠度评估方法

多个挠度测点数据属于序列数据，这类指标的变化包含基准线的平移变化和围绕基准线上下波动两种情况，即均匀变化和非均匀变化，挠度最终得分为两者相乘.

挠度的均匀变化是由多个测点的评分合成得到.在以往文献中，单个测点的限值一般采用计算跨径的1/500指标，多测点变权合成，这种方式的处理是面向桥梁适用性的.然而，恒载挠度是长期损伤累积过程，在各测点之间变化较为连续，不存在突变的情况，因而其变权作用并不明显.本文面向承载能力，以正常使用极限状态下的挠度计算值为上下限值，且不考虑变权，挠度的均匀变化得分计算如下：

F=1n∑ni=1yi. （1）

式中：F为挠度均匀得分（0≤F≤100）；n为挠度测点总数，yi为第i个挠度测点的评估值（0≤yi≤100），计算方法见公式（2）.

单个挠度测点的评分采用线性适度模型[9]，规定挠度为监测初始值时评分为100，超过正常使用极限状态下的挠度计算最大值和最小值以外时评分为0，其他值以适度指标模型线形插值得到.计算公式为：

yi=100x（min ）i-xix（min ）i-x（0）ix（min ）i

式中：x（0）i为第i个挠度测点的所选数据中最早监测值， xi为第i个挠度测点的当前监测值，x（max ）i，x（min ）i分别为正常使用极限状态活载短期效应组合下计算得到的挠度最大值和最小值.

若某个挠度测点缺少监测值，则令其评分为100分，权重为0，即该点的挠度不参与评估.

挠度的非均匀变化可采用关联度计算方法.在关联度计算方法方面，为满足关联度的传递性、对称性等基本性质，文中采用基于实质的灰色关联度[10]，而非斜率关联度.挠度的非均匀变化得分计算如下：

ξ=1n-1∑n-1k=1ωi（ω2i+1）ω4i+1. （3）

式中：ωi=（xi+1-xi）/（xi+1（0）-xi（0）），反映第i个和第i+1挠度测点之间的波动变化状况；ξ为基于实质的关联度，反映所有挠度测点的非均匀变化情况.

通过上述两步计算，挠度最终得分为F×ξ.

2.2应用实例

为检验上述方法的适用性和正确性，选取南京长江三桥2007年1月～2010年12月（48个月）监测数据对主梁挠度进行评估.每个月选取中旬的一天的0：00至1：00之间的挠度平均值作为代表.

图3给出了南塔岸侧和江侧以及北塔岸侧的挠度以2007年1月为初始时间点的长期变化趋势.北塔江侧变化趋势与南塔江侧一致，因此不再列出.图3（a）表明，北塔岸侧21#和22#测点出现轻微的上拱；图3（b）表明，南塔江侧出现比较大的下挠，尤其是11#测点，但各测点的变形逐渐趋于稳定；图3（c）表明，靠近南塔附近的测点（1#～4#测点）挠度值较为稳定（上述各测点位置参见图1）；图3（d）给出了2007年1月和2010年12月的整体主梁挠度对比.可见，恒载挠度的变化是一个长期、连续的过程，通过观察分析前期的趋势走向，在一定程度上可以实现趋势预测.同时，这些挠度测点数据的症状反映了结构的整体变形，可间接反映结构的潜在病害，养护单位宜进一步关注北塔变形、钢箱梁裂纹等状况.

分别采用本文建立的基于实质的灰色关联度评估方法以及基于斜率关联度的评估方法对2007年至2010年的挠度进行评估，详细评估结果如图4所示.依据《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）中的技术状况分类界限，截止2010年12月，挠度均属于1类.结合图3趋势线来看，整体线形的波动状况与本文评分状况基本一致，即前期急速下降，后期下降变缓，因而本文评估方法具有较好的适用性.

3挠度的预警值设置

3.1预警线的设置

预警线的设定可为桥梁管理人员及时发现异常情况并快速处理提供重要警示[11].预警线的设定目前尚无统一的标准.常见的预警设置方法有以下几种，见表1.

表1中的“标准法”和“模型法”体现的是结构安全性和适用性因素，预警线值很大，而正常运营状态下主梁变动往往不会达到那样的限值，这使得挠度预警功能长期闲置；第三种“监测基准法”的基准值是采用监测系统初始设定零值，预警线采用超基准值10%，20%等来判定.然而这样的设置并无理论依据，且在实际使用过程中，这种预警值往往显得过小，而导致系统经常报警，失去了应有的预警意义.

因而有必要考虑一个更为合理的预警线设置方法.预警设置的目的在于不仅可满足日常运营状况的需要，还能在突发状况下有所反映，以便引起养护人员的关注，及时做出反应.长期监测数据属于序列指标，可以采用统计原理.基于一定保证率下的平均值μ和标准差σ的计算值作为预警线，其中保证率的选择是实际试算的结果.值得注意的是，考虑交通量呈现逐年增长的趋势[16]，统计指标也是逐年变化，为减少交通量变化及已有累积损伤带来的影响，建议选取拟预警桥梁前一年的挠度监测数据为样本.因而，本文建立的是动态预警线.预警设为两条，分别为黄色和红色预警线.表2分别给出了2007和2010年的预警线设置值.

本文的动态预警方法是建立在统计的基础上，具有较好的通用性，其他类型桥梁亦可参照使用.另外，预警线的设置仅需得到前一段时间的统计参数值（μ和σ），因而其操作较为简便.

下面分别给出正常状况，突发状况以及交通量增加状况下的预警线应用，将本文方法与“监测标准法”进行对比.对比结果见图5和图6.

3.2预警实例

2008年1月26日至2月1日，江淮大地普降大雪，南京遇到了50年未遇的大雪，这是对南京长江三桥结构的一次严峻考验.为检验本文建立的预警标准的实用性，以这几日的跨中挠度数据为例，将雪荷载也看成是一种临时性活载，验证预警系统的适用性.2008年1月24日至1月26日的挠度变化状况见图5.

首先需根据前期交通量状况，确定黄色和红色预警线.选取2007年的挠度监测数据为样本，计算预警线两个参数，得到黄色预警线为-85 mm，红色预警线为-120 mm.

图5给出了两种预警线，实线代表本文建议的方法，虚线代表上述“监测基准法”，细线为相应黄色预警线，粗线为相应红色预警线.表1的前两种方法

因为黄线较大，黄线早已超出图5中的范围，不能较快地反映结构的变位，因而不再列出.从图5可以看出，1月24日和1月25日期间，结构处于正常状态，“监测基准法”的黄色预警在夜间启动，出现报警太频繁的现象.1月26日凌晨开始下雪，中午之后雪荷载已达到一定的量值，挠度达到了本文方法的

黄色预警线，之后挠度值逐渐超过本文方法的红色预警线.此时宜考虑雪势的发展和桥面荷载状况，宜立刻采取控制车辆通行、除雪等措施.1月26日下午2点15分开始封桥，后期养管单位有秩序地进行了除雪工作.

图6给出了2007年和2010年的同时段（3月25日-30日）挠度监测数据，其中细线、粗线分别为黄色与红色预警线.可以看出，2010年相比2007年，恒载挠度已经出现轻微下挠，和第2节的挠度评估结果较为一致.另外，由于交通量的增长，活载产生的效应更大.如果仍采用2007年设定的预警线，则报警频繁，而本文建立的2010年预警线相较之前而言，整体下移，且两条预警线之间的区间更大.可见，该预警线能够较好地适应活载增长及结构自身变化带来的影响.

综上，本文设置的动态预警线不仅能有效地应用于桥梁正常运营或突发状况，还能根据桥梁的实际状况实现同步更新.

4结论

通过对大跨径钢结构斜拉桥——南京长江三桥长期挠度监测数据的分析，可得到以下结论：

1）一天内的跨中挠度变化具有典型的三阶段变化特征，夜间桥梁跨中挠度主要受整体升降温作用和车辆荷载作用.选取夜间0：00-1：00时段的挠度数据，剔除车辆荷载的影响，并考虑整体升降温作用，可得到恒载挠度评估指标的基准值.

2）通过关注长期趋势线以及基于实质的灰色关联度法对2007-2010年期间的挠度进行评估，结果表明整体线形的波动状况与本文评分状况基本一致.主梁跨中出现轻微下挠、北塔岸侧的边跨略有上拱的趋势，养护单位宜进一步关注北塔倾斜变形的可能性.

3）对比已有的三种预警线设置方法，本文基于一定保证率建立桥梁跨中挠度黄、红两级动态预警线，通过2008年雪灾前后状况和交通量增长情况两个示例检验了该预警线设置方法的适用性和合理性.本文的动态预警方法具有较好的通用性和简便性，其他类型桥梁亦可参照使用.

参考文献

[1]KOHUT P， GASKA A， HOLAK K， et al. A structure's deflection measurement and monitoring system supported by a vision system[J]. TmTechnisches Messen， 2014， 81（12）： 635-643.

[2]殷新锋， 邓露. 随机车流作用下桥梁冲击系数分析[J]. 湖南大学学报：自然科学版， 2015， 42（9）：68-75.

YIN Xinfeng， DENG Lu. Impact factor analysis of bridges under random traffic loads [J]. Journal of Hunan University： Natural Sciences， 2015， 42（9）：68-75.（In Chinese）

[3]BARR P J， STANTON J F， EBERHARD M O. Effects of temperature variations on precast， prestressed concrete bridge girders[J]. Journal of Bridge Engineering， 2005， 10（2）： 186-194.

[4]曾威，于德介，胡柏学，等.基于连通管原理的桥梁挠度自动监测系统[J].湖南大学学报：自然科学版，2007，34（7）： 44-47.

ZENG Wei， YU Dejie， HU Baixue， et al. An automonitoring system based on the communicating pipe principle of bridge deflection[J]. Journal of Hunan University： Natural Sciences， 2007， 34（7）： 44-47. （In Chinese）

[5]伍华成，项贻强. 基于变权综合原理的斜拉桥索力、线形状态评估[J]. 中国铁道科学， 2006， 27（6）： 42-48.

WU Huacheng， XIANG Yiqiang. Assessment the cable tension and the linetype state of cablestayed bridge based on variable weight synthesis[J].China Railway Science， 2006， 27（6）： 42-48. （In Chinese）

[6]SOUSA H， CAVADAS F， HENRIQUES A， et al. Bridge deflection evaluation using strain and rotation measurements[J]. Smart Structures and Systems， 2013， 11（4）： 365-386.

[7]刘夏平，杨红，孙卓，等. 基于LSSVM的桥梁挠度监测中温度效应分离[J]. 铁道学报， 2012， 34（10）： 91-96.

LIU Xiaping， YANG Hong， SUN Zhuo， et al. Study on separation of bridge deflection temperature effect based on LSSVM [J]. Journal of the China Railway Society， 2012， 34（10）： 91-96. （In Chinese）

[8]李嘉，冯啸天，邵旭东，等. 正交异性钢桥面RPC薄层组合铺装体系研究[J]. 湖南大学学报：自然科学版， 2012， 39（12）： 7-12.

LI Jia， FENG Xiaotian， SHAO Xudong， et al. Research on composite paving system with orthotropic steel bridge deck and thin RPC layer [J]. Journal of Hunan University： Natural Sciences， 2012， 39（12）： 7-12. （In Chinese）

[9]HUANG Q， REN Y， LIN Y Z. Application of uncertain type of AHP to condition assessment of cablestayed bridges [J].Journal of Southeast University： English Edition， 2007， 23（4）： 599-603.

[10]李宏艳. 关于灰色关联度计算方法的研究[J]. 系统工程与电子技术，2004， 26（9）： 1231-1233.

LI Hongyan. Study on the calculation method of grey relationship degree [J]. Systems Engineering and Electronics， 2004， 26（9）： 1231-1233. （In Chinese）

[11]KALOOP M R， LI H. Monitoring of bridge deformation using GPS technique[J]. Ksce Journal of Civil Engineering， 2009， 13（6）：423-431.

[12]中交公路规划设计院有限公司. JTG D60-2015， 公路桥涵设计通用规范[S]. 北京： 人民交通出版社股份有限公司， 2015.

CCCC Highway Consultants Co.， Ltd. JTG D60-2015， General specifications for design of highway bridges and culverts [S]. Beijing： China Communications Press Co.， Ltd， 2015. （In Chinese）

[13]LAN Z， YANG X， CHEN W， et al. Study on noncontact weightedstretchedwire system for measuring bridge deflections and its effect factors [J]. Engineering Structures， 2008， 30（9）：2413-2419.

[14]SURYANITA R， ADNAN A. Earlywarning system in bridge monitoring based on acceleration and displacement data domain [M]. Berlin in Germany： Springer Netherlands， 2014：157-169.

[15]王凯. 基于时间序列分析的桥梁损伤预警研究[D]. 西安：长安大学公路学院， 2008.

WANG Kai. A research about early warning of bridge damage based on time series analysis [D]. Xi'an：Highway College of Changan University， 2008. （In Chinese）

斜拉桥结构设计 篇12

改革开放30多年来, 我国的交通事业取得了举世瞩目的成就, 新建的各种结构桥梁也越来越多。截止到2010年底, 我国的公路桥梁已达到63.19万座、2726.06万延米[1]。随着社会的发展, 对交通运输能力的要求也不断提升, 许多桥梁的实际载运力超过了设计值, 桥梁的功能退化现象十分严重。2011年7月15日, 福建武夷山公馆斜拉大桥发生严重塌陷事故, 造成了重大经济财产损失。因此, 及时有效地获得桥梁的健康状态对于应对桥梁突变情况、避免事故的发生和人身财产安全有着重要的意义[2]。

桥梁健康监测的重要目的是通过对桥梁状况的监控与评估, 为桥梁结构在特殊气候、交通条件下或桥梁使用状况异常时触发预警信号, 为桥梁的保养、维修与管理提供依据和指导。可以通过在桥梁中设置数据采集系统自动采集桥梁的各个状态参数实现对桥梁的健康监测, 如载荷、温度、应变、挠度、振动特性等, 将采集到的数据经过预处理后通过通信系统传送到监控中心, 然后经过数据系统分析处理得到被测桥梁的健康状况, 可实时对结构的“健康状态”进行监测, 并利用监测信息评价大桥承受静、动态载荷的能力和结构的安全性, 以便早发现结构损伤, 进而及时采取有效措施确保桥梁结构整体或局部的安全可靠性, 避免事故的发生, 以保证大桥的营运安全[3,4,5]。

千厮门大桥为跨江公路和轨道交通两用桥, 设计为单塔单索面部分斜拉桥, 其整体结构如图1所示。

2 健康监测分析

此健康监测系统是根据桥梁养护管理的要求对桥址环境、桥梁动静态响应、钢结构疲劳、桥墩沉降、桥面变形等进行实时或定期监测。重点对墩、塔的沉降位移、桥跨结构的变形等桥梁管理养护方面的重要指标进行监测, 以便反映桥梁结构的真实状况。通过对桥梁的健康监测及时检测出桥梁关键部位的变形、内力、索拉力、动力特征等结构响应的变化情况, 为桥梁的维修加固提供合理的依据和指导, 同时设置预警系统实现对桥梁结构承受外载荷状况的监控, 及时发现问题并适时维修保养以延长桥梁的使用年限。

3 监测方案设计

为了保证桥梁的运行安全, 及时掌握桥梁的受力变形情况, 需要对整个桥梁先进行结构特性和易损性分析, 得到结构受力特点、易损位置及危险点后, 根据分析结果并结合桥梁实际情况和传感器本身特点制定监测内容、方法和检测点;其次根据检测点布置, 进行自动化数据采集子系统的设计, 包括传感器选型、数据采集、传输和处理;最后根据获得的数据信息设计预警子系统。监测时, 要选择多个断面, 每个断面上选取多个监测点进行分析, 然后对桥梁的整体变形情况进行实时监测。综合以上监测数据对桥梁的运行情况进行分析判断各项工作是否正常。

3.1 系统设计原则

健康监测系统的成功建立和运营, 极大减少了桥梁管理的现场工作和养护费用, 使得管理者及时了解桥梁的运营状态、病害和外部事件, 从而科学地指定对策。

在设计斜拉桥健康监测系统时, 应遵循如下设计思想:

(1) 强调设计系统的科学性, 遵循“简洁、实用、性能可靠、经济合理”的设计原则。

(2) 系统设置首先要满足实用性原则, 并根据需要力求用最少的传感器和最小的数据量满足功能要求。

(3) 由于数据采集量比较大, 且数据在网络传输过程中时间上有一定的延迟性, 系统在底层网络中应设置智能型传感器工作站, 在传感器工作站中嵌入数据预处理软件。工作站在采集数据时, 就能对其进行预处理和实时分析, 以消除以往系统不能有效处理、分析和管理采集到的大量数据的弊病。

(4) 各传感子系统均采用独立的模块设计, 单个传感器或数据采集单元的维护和更换不会影响到系统的正常运行, 且系统采用模块化设计确保很强的升级能力。

3.2 监测系统的组成

本监测系统主要包括传感器系统、数据采集与预处理系统、远程通信系统、桥梁健康信息显示系统、数据库管理系统和安全预警系统。各个系统之间的关系如图2所示。

(1) 传感器系统:

传感器系统主要包括风速、应变、振动加速度、位移等多种传感器及相应的信号放大与接口装置, 主要完成桥梁结构环境状态与载荷信号以及各种动静态响应的传感和交换功能。传感器系统可以分为环境监测模块、桥墩桥塔沉降监测模块、位移监测模块、斜拉索索力监测模块、动力特性监测模块和运行车辆载荷监测模块。

(2) 数据采集与预处理系统:

数据采集与预处理系统是实现桥梁健康监测与评价的重要环节。本系统要实现对多种信息源不同物理信号的量化、记录、传送和管理。

(3) 远程通信系统:

实时健康监测的各个关键部位以及监测点之间均存在很大的距离。而现有的数据采集仪器大部分只能适应传感器距离数据采集仪较近的情况。因此, 采用分布式监测技术来解决本项目实施中的这个问题。

(4) 桥梁健康信息显示系统:

通过远程通信所获得的桥梁实时健康信息并进行可视化, 提供一定的数据处理和分析。该系统可以帮助管理人员在不需要高深的专业知识的基础上, 能够初步了解结构的运行状态。

(5) 数据库管理系统:

桥梁健康信息的数据库管理, 可以有效反映结构的健康信息, 有效地为评估结构安全、损伤等提供有力依据。

(6) 安全预警系统:

通过长期的结构健康信息监测, 以及后续的结构健康状态评估, 对结构健康状况进行客观、定性、定量 (如结构健康指数等量化参数) 的评价。在结构健康信息超越安全警戒指标时提供安全预警, 提供大桥运营和维护决策。

3.3 监测的内容

此健康监测系统的监测内容主要有以下几个方面:

(1) 桥址处风速风向监测

风是大桥在运营期间的重要载荷之一, 特别是对于大型桥梁风载荷是一个不可忽略的重要影响因素, 它将引起斜拉桥主梁和拉索的颤振。桥址处年平均风速为1.3m/s左右, 最大风速为26.7m/s。对风的监测可以通过设置阈值, 在极端情况下对桥上实行交通管制, 同时也可以验证设计时所采用的参数。

(2) 桥址处温度监测

对于长期或短期健康监测, 桥址处的环境温度和桥本身温度场的测量都具有十分重要的意义。某些监测过程或传感器本身的测量精度受到气温的影响, 如用频率法测斜拉索索力时, 温度会导致拉索振动基频的变化。通过对环境温度的监测可以设法消除其对监测过程的影响。而且, 通过对整桥温度场的监测, 结合其他监测数据, 可以了解桥梁结构在某种温度场下的行为, 如结构变形、内力变化等。

(3) 墩、塔沉降位移监测

主塔塔顶位移、主梁挠度和横向位移是评价桥梁使用功能和安全性的重要指标, 温度变化以及车载等都会引起桥塔和主梁位置的变化, 桥梁受风载荷、原重载荷、温度和地震的影响较大, 为了保证其在上述条件下的安全运营, 必须研究桥梁在上述条件下的实际位移曲线。

(4) 斜拉索索力监测

斜拉桥的拉索是斜拉桥主要的受力构件, 是斜拉桥最容易出现问题的地方, 通过监测部分斜拉索索力和定期监测所有斜拉索索力, 可以推测全桥结构受力的变化。目前, 主要使用振动频率法和磁通量法测试斜拉索索力, 根据测得的振动频率及刚度和边界条件计算斜拉索索力。

(5) 主梁各类构件关键位置应力应变监测

应变监测反映桥梁在载荷作用下构件的局部受力状况, 对于评价桥梁的安全性有着重要的意义。桥梁结构破坏的主要原因是局部结构开裂和失稳, 应力是最直接与安全有关的因素, 桥梁结构关键位置的应力是结构安全的重要标志, 因此应力监测对结构安全性及健康状况的把握十分重要。但是一般无法直接测量得到材料的应力, 只能通过应变测试来反映应力。

(6) 大桥动力特性监测

基于振动测试的结构动力特性分析是揭示结构整体动力特性的有效手段。桥梁动力特性监测的主要目的是通过对监测并记录的桥梁振动信号进行时域及频域的分析, 得到桥梁振动模态及行车影响等桥梁振动指标。通过安装加速度传感器, 可以掌握航道主梁部、塔部结构实时振动响应, 用以计算结构模态参数, 跟踪结构性能变化, 并用于振动类突发事件的预警。

(7) 运行车辆载荷监测

车载、车流量等作为影响桥梁工作状况的重要因素, 是深入分析评估桥梁状态的重要依据。车辆载荷的作用在很大程度上决定了桥梁的使用寿命, 对过桥车辆载荷进行监测, 获得过桥车辆的轴重、轴距、行驶速度以及车辆载荷在桥面上的分布情况等数据, 对于桥梁的设计、规划等有着重要的意义。

3.4 桥梁危险点的分析

通过ANSYS建模分析结果, 千厮门大桥的监测重点如下:

3.4.1 该桥动力响应监测重点

塔顶会有明显的横向偏移;主跨跨中截面横弯;两边桥墩处沉降;两侧的1/4、3/8、5/8和6/8处受力等;下层轨道截面。

3.4.2 内力监测

主要考虑在应力变化幅度较大的位置布设测点, 以考察疲劳状况。千厮门大桥桥梁部内力监测重点如下:

(1) 塔梁结合处的主梁截面;

(2) 跨中截面;

(3) 两侧关键部位处;

(4) 两边墩顶截面;

(5) 下层轨道截面。

塔部的监测重点如下:

(1) 索塔锚固区断面;

(2) 横梁跨中截面;

(3) 横梁下方的塔截面;

(4) 塔根部截面。

索力的监测要点是:由于两边斜拉索受力最大, 只需选择监测两边受力最大具有代表性的几根斜拉索。

3.4.3 变形监测

根据该桥在多种活荷载作用下的变形计算结果, 得到以下几点结论:

(1) 两个桥墩处的竖向位移均非常微小, 但水平位移值可达到厘米级, 考虑到实际荷载状况下的复杂性, 位移可能会更大一些, 在 P1和 P3两个桥墩作为监测重点。

(2) 对于主梁部分, 桥塔跨中位置处的位移最大, 应在此处位置布置一个GPS测点, 同时在两侧关键位置处各设置GPS测点。

(3) 通过在梁端布设位移计实时监测梁端位移的变化。

3.4.4 温度监测

该桥主梁为箱梁形式, 箱梁内外的温差可能达到很大, 温度作用对结构性能影响较大, 在左右两边不对称处设置温度监测点, 选择桥梁受力大、震动明显点。另外在各个应变传感器附近也需要配套布置温度测点, 既做温度测量, 又对应变测量起温度补偿作用。

3.4.5 风监测

由于风作用和高度直接相关, 一般而言, 越高的位置所受的风作用也越大, 所以应选取最高的桥塔顶端作为一个监测点。

3.4.6 车辆载荷监测

车辆载荷监测只要设置在桥面车辆行驶线路上, 设置于桥的两边即可。

3.5 本系统方案的优势

根据表1可以看出, 本系统方案桥梁健康结构监测系统的等级为一级, 即在线实时监测系统, 其必须实现监测内容全、系统硬件先进、系统自动化、实时化、集成化和网络化程度高、在线实时监测的要求。

结合千厮门大桥桥梁健康监测的要求, 本系统采用先进的传感器及其监测设备, 软件和硬件相结合, 采用目前主流软件LABVIEW开发平台对系统各模块数据进行实时监测和管理, 数据传输部分采用无线传输技术实现远程数据传输。

4 结束语

本系统针对千厮门大桥监测的具体要求和结构特性, 按照ANSYS的分析结果和设计准则确定的桥梁健康监测系统。本系统方案具有监测内容全、系统硬软件先进、系统自动化、实时性、集成化和网络化程度高和在线实时监测方面的优势。

总之, 该健康监测系统总体方案的设计具有一定的理论意义和工程实用价值, 为公路和轨道双层桥梁的结构健康监测提供了很好的范例, 对相同类型桥梁的监测提供了参考。

参考文献

[1]刘西拉, 杨兴国.桥梁健康监测系统的发展与趋势[J].工程力学 (增刊) , 1996:20-29.

[2]袁万城, 崔飞, 张启伟.桥梁健康监测与状态评估的研究现状与发展[J].同济大学学报, 1999, 27 (2) :184-188.

[3]王柏生.结构损伤监测与识别技术, 浙江大学出版社[M].2000.

[4]余天庆, 陈开利, 彭苗.桥梁结构的损伤现代监测与评估[J].世界桥梁, 2004 (2) :52-55.