大跨钢管混凝土拱桥施工控制的研究 53页

StudyonConstructionControlofConcrete-FilledSteelTubularArchBridgewithLongSpanAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofCivilEngineeringbyZhangDaopingSupervisor:Prof.ZhangLiangliangMajor:ArchitectureandCivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,China.October2007©2007(年)张道平 摘要钢管混凝土拱桥是我国近年来桥梁建筑发展的新技术，具有自重轻、强度大、抗变形能力强的优点。它较好地综合满足了修建桥梁所需求的用料省、安装重量轻、施工简便、承重能力大的诸多要求，是大跨度拱桥的一种比较理想的结构形式。钢管混凝土作为一种新型的组合材料，由于其力学性能非常适合拱式结构，所以在桥梁工程领域得到广泛应用和迅猛发展。本文依托钢管混凝土拱桥实际工程，主要研究大跨度钢管混凝土拱桥的施工技术与施工控制理论，主要内容如下:与施工单位一起开发了一套适合特大跨、超高、超重的缆索吊装系统，完善了特大跨无支架缆索吊装系统，使特大跨拱桥采用无支架缆索吊装施工成为可行。施工过程中多参数控制实时监测系统，采用大跨度的缆索吊机吊运拱肋梁段，斜拉扣挂体系扣定拱肋梁段并调整几何精度，成功地将钢管拱肋高精度合龙成拱，保证了钢管混凝土的整体性和稳定性，有效控制施工过程中拱轴线几何精度。随着我国交通建设的大发展，在江河、深沟谷上修建大跨度拱桥、吊桥会越来越多，需用大跨缆索吊机系统安装构件的项目会越来越多，具有较好的应用前景。关键词：钢管混凝土拱桥，缆索吊装系统，无支架施工，施工监控I ABSTRACTInourcountry,concrete-filledsteeltubular(CFST)archbridgeshavebecomeanewtechnologyofthebridgeconstructioninrecentyears.Ithasthemeritsoflightdeadweight,greatstrengthandstrongdistortion-resistantcapacity.Itcanpreferablysatisfyrequirementssuchasthematerialsforconstructionaresaving,erectionweightislight,theconstructionissimple,andbearingcapacityisgreat.Itisakindofmoreidealstructureformforlong-spanarchbridges.Asanew-stylecombinedmaterialwithfavorablemechanicalbehaviourfitforarchbridges,CFSThasbeengetingbroadapplicationandrapiddevelopment.ByusingwithpracticalCFSTarchbridgeengineering,theresearchinthisthesisisconcentratedontheconstructiontechnologyandconstructioncontroltheoryofCFSTlong-spanarchbridges.Themaincontentsaresummarizedasfollow:1Togetherwiththeconstructionunitssuitableforthedevelopmentofamajorcross-,ultra-high,overweighthoistingcablesystemtoimprovethecross-stentlessmajorcablehoistingsystemandmakeserioususeofstent-archbridgeconstructionasviablehoistingcable.2Theconstructionprocessaremultipleparameters(suchaspartial-top,archaxisandelevationchanges,etc.)real-timemonitoringsystemcontrolledbythelarge-spancablecraneriggerarchbeam,thesystempeggingCable-Stayeddeductiondeductionforarchbeamgeometricprecisionandadjustsuccessfullytoahigh-precisionsteelpipearch-arch-long,concrete-filledsteeltubeensurestheintegrityandstability,effectivecontroloftheconstructionprocessarearchaxisgeometricprecision.AsChina"stransportationconstructionoflarge-scaledevelopmentintherivers,deepvalleyonthelong-spanarchbridgeconstruction,thesuspensionbridgewillbemoreandmorenecessaryforthepurposesoflong-spancablecranesysteminstallationcomponentswillbemoreandmoreprojects,andhasgoodprospects.Keywords：Concrete-filledSteelTubularArchBridge,CableInstallationSystem,ConstructionwithoutSupports,ConstructionMonitoring.II 目录摘要...........................................................................................................................IABSTRACT....................................................................................................................II1绪论..........................................................................................................................11.1钢管混凝土拱桥的发展历程.................................................................................11.1.1钢管混凝土的特点及其应用..........................................................................11.1.2钢管混凝土拱桥的起源、现状及发展前景.................................................31.2钢管混凝土拱桥施工技术水平的现状................................................................51.2.1锚索加载法......................................................................................................51.2.2水箱加载法.....................................................................................................61.2.3斜拉扣挂法......................................................................................................61.2.4多点均衡浇注法..............................................................................................61.3本文研究内容........................................................................................................72工程概述......................................................................................................................92.1工程概况................................................................................................................92.1.1工程项目概况..................................................................................................92.1.2设计采用的技术标准......................................................................................92.1.3钢管拱肋构造.................................................................................................92.1.4吊杆及横梁构造.............................................................................................92.1.5下部结构........................................................................................................102.2施工技术研究项目的提出..................................................................................102.3施工中开展的施工技术研究项目......................................................................103大跨度快速提升缆索吊机的设计.............................................................................113.1拱肋吊装方案.......................................................................................................113.1.1方案概述.......................................................................................................113.1.2拱肋吊装施工工艺流程...............................................................................123.2缆索吊机系统布置..............................................................................................123.2.1缆索起吊安装系统.......................................................................................123.2.2扣索系统.......................................................................................................133.2.3稳定措施.......................................................................................................143.3缆索吊机系统的技术设计与实施......................................................................143.3.1主吊装系统设计...........................................................................................143.3.2工作天线系统设计.......................................................................................163.3.3吊具设计.......................................................................................................173.3.4承索器设计...................................................................................................183.3.5缆索吊机吊塔系统.......................................................................................193.4缆索吊机锚碇设计..............................................................................................213.4.1地质条件.......................................................................................................21III 3.4.2基础类型及锚固方式...................................................................................213.4.3锚碇主要材料...............................................................................................213.4.4锚碇基础设计...............................................................................................213.4.5锚碇结构设计...............................................................................................223.4.6锚固系统设计...............................................................................................223.4.7锚碇与基础验算...........................................................................................233.5缆索吊装系统用设备的加工与采购..................................................................243.6缆索吊装系统的布设..........................................................................................243.6.1锚碇...............................................................................................................243.6.2扣塔、吊塔拼装...........................................................................................243.6.3缆索、吊装系统布设...................................................................................253.7吊装系统试吊设计及实施..................................................................................253.7.1概述...............................................................................................................253.7.2试吊运行试验的设计及实施.......................................................................253.7.3试验结果及数据分析...................................................................................263.7.4缆索吊机试吊结论.......................................................................................283.8钢管拱肋吊装......................................................................................................283.9施工观测控制......................................................................................................303.10研究及实施效果................................................................................................304施工全过程多元参数控制实时监测系统................................................................324.1多元参数控制实时监测系统建立的必要性......................................................324.2多元参数控制实时监测系统的构成..................................................................324.3反应多元参数的测点布置、监测仪器的选择及参数测量..............................324.3.1对吊、扣塔，拱肋，锚碇变位的参数监测...............................................324.3.2对扣塔、吊塔应力参数监测.......................................................................334.3.3对扣索、缆索索力参数监测.......................................................................344.4实施效果综述......................................................................................................345钢管砼拱桥的施工监测与控制................................................................................355.1概述......................................................................................................................355.2施工监测..............................................................................................................355.2.1施工监测概述...............................................................................................355.2.2应力测试仪器布置方案................................................................................365.3施工控制..............................................................................................................365.3.1施工控制方法概述........................................................................................365.3.2施工控制的计算模型....................................................................................375.3.3主拱线形控制理论与方法...........................................................................385.4施工过程监控......................................................................................................415.4.1吊装过程中的稳定性分析...........................................................................415.4.2扣索释放分析...............................................................................................415.4.3钢管内混凝土灌注........................................................................................415.4.4桥面系的施工...............................................................................................425.5施工监控结论......................................................................................................43IV 5.5.15.5.25.5.35.5.4施工过程中拱肋变形监控结论...................................................................43主拱肋应力监测结论...................................................................................43斜拉扣挂法架设钢管拱肋的实践...............................................................44施工控制的理论与方法...............................................................................446结论及展望................................................................................................................456.1结论......................................................................................................................456.2直接经济效益......................................................................................................456.3存在的问题和改进方向.......................................................................................45致谢........................................................................................................................46参考文献..................................................................................................................47V 1绪论1.1钢管混凝土拱桥的发展历程1.1.1钢管混凝土的特点及其应用钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的，是在薄壁圆形钢管内填充混凝土所形成的一种复合材料，它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。钢管混凝土本质上属于套箍混凝土，具有以下几方面的优点：①承载力高对于薄壁钢管，由于其对局部缺陷的敏感性，其临界承载力极不稳定。在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，钢管约束了混凝土，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，延缓了受压时的纵向开裂；而混凝土的存在避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲。两种材料相互弥补彼此的弱点，充分发挥彼此的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土的单独承载力之和。②塑性和韧性好混凝土的脆性较大，因此其工作的可靠性较低。而在钢管混凝土中，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，且在破坏时具有很大的塑性变形。试验表明，钢管混凝土轴心受压短柱破坏时可以被压缩到原长的三分之二时，仍未呈现脆性破坏的特征。钢管混凝土在承受冲击荷载和振动荷载时，具有很好的韧性，也因此其具有较好的抗震性能。③施工方便钢管本身就是耐侧压的模板，因而浇注混凝土时，钢管混凝土可省去支模、拆模等工序，施工简便。因管内无钢筋，浇灌容易、振捣密实，特别是目前采用泵送混凝土、高位抛落不振捣混凝土和免振自密实混凝土等施工工艺，更可加速钢管混凝土构件的施工进度；钢管混凝土构件不需要预制场地，构件简单、焊缝少、易于制作；由于空钢管构件的自重小，还可减少运输和吊装的费用。钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价。④耐火性能较好由于钢管混凝土中的钢管和核心混凝土具有相互贡献、协同互补、共同工作的特点，钢管混凝土构件具有较好的耐火性能。即使在火灾后，随着外界温度的1 降低，钢管混凝土结构已屈服截面处钢管的强度可以得到不同程度的恢复，截面的力学性能比高温下有所改善，结构的整体性也比火灾中有所提高，这为结构的加固补强提供了一个较安全的工作环境，也可减少补强工作量，降低维修费用。⑤经济效果好由于钢管混凝土可以很好地发挥钢材和混凝土两种材料的特性和潜力，使材料得到充分和合理的应用，因此钢管混凝土具有良好的经济效果。在理论分析和工程实践中都表明，在受压构件中采用钢管混凝土，可大幅度节省材料。与钢结构相比，钢管混凝土在保持结构自重力相近和承载能力相同的条件下，可节省钢材约50%，焊接工作量显著减少；与普通钢筋混凝土比较，在保持钢材用量相当和承载力相同的条件下，可减少构件横截面积约50%，混凝土和水泥用量也相应减少一半。最早采用钢管混凝土的工程之一是1879年英国的Severn铁路桥桥墩，随后钢管混凝土又被用做单层或多层工业厂房的结构柱。上世纪60年代后，钢管混凝土的力学性能得到了较为深入的研究，且钢管混凝土结构被大范围推广应用。日本在1923年大地震后，发现钢管混凝土结构在地震中的破坏不明显，就加大了对钢管混凝土的研究和应用，特别是1995年阪神地震后，钢管混凝土显示了优越的抗震性能，钢管混凝土的研究进一步成为热门课题。我国从1959末开始研究钢管混凝土的基本性能和应用。60年代中开始在一些厂房柱和地铁工程中采用，1963年首次将钢管混凝土柱用于北京地铁车站工程。进入70年代后，在冶金、电力、造船等部门的单层或多层厂房和重型构架中得到应用。1978年，钢管混凝土结构第一次被列入国家科学发展规划，自此，该结构在我国的发展进入一个新阶段，无论科学研究还是设计施工，都有了较大的进展，实际工程应用也迅速增加。进入80年代，钢管混凝土在桥梁工程中开始得到研究和应用。由于钢管混凝土能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，因此被广泛地应用于工程中。目前它主要用于单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种支架、栈桥柱、地铁站台柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构、高层和超高层建筑及桥梁结构中。和钢筋混凝土柱及普通钢柱相比，钢管混凝土柱显得特别轻巧，因而被广泛地用做厂房柱，我国对这类结构应用很多。1972年建成的本溪钢铁公司二炼钢轧辊钢锭模车间、1980年建成的太原钢铁公司第一轧钢厂第二小型厂、1980年建成的吉林种籽处理车间、1982年建成的上海三十一棉纺厂、1983年建成的大连造船厂船体装配车间、1982年建成的武昌造船厂和1986年建成的中华造船厂的船体结构车间、1985年建成的太原钢铁公司三炼钢连铸车间、1985年建成的沈阳海热电2 厂、1992年建成的哈尔滨建成机械厂大容器车间、1996年建成的宝钢某电炉废钢车间等等都采用了钢管混凝土格构式柱；山西太一电厂集控楼和1984年完工的上海特种基础科研所科研楼也采用了钢管混凝土柱。在各种平台或构筑物中，下部支柱常属于轴心受压构件，且往往荷载较大，因而采用钢管混凝土柱是合理的。钢管混凝土被用作各种设备构架柱、各种支架柱和栈桥柱的情况很多，如1978年建成的首钢二号高炉构架、1979年建成的首钢四号高炉构架、1982年建成的南荆门热电厂锅炉构架、1979年建成投产的黑龙江新华电厂加热器平台柱、1983年建成的江西德兴铜矿矿石储仓支架柱、北京首钢自备电厂和山西太一电厂的输煤栈桥柱等。地下铁路站台柱承受的压力很大，采用钢管混凝土柱时，可以获得很好的经济效果，不但承载力高，而且柱截面较小，可扩大使用空间。北京地铁北京站和前门站、天安门东站、大北窑站、永安里站，南京地铁三山街站等均采用了钢管混凝土作为站台柱。档距大的高压输电杆塔或微波塔，可采用钢管混凝土构件作立柱，如1980年松蚊220kV线路中的终端塔采用了钢管混凝土柱、1986年在沿葛洲坝水电站输出线路上及繁昌变电所500kV变电构架中都广泛采用了钢管混凝土柱。在桁架压杆中采用钢管混凝土可充分运用该类结构的特点，达到节省钢材、减少投资的目的。实际工程有60年代建造的山西中条山某矿的钢屋架中的压杆、1982年完工的吉林造纸厂碱炉与电站工程中电除尘工段的屋架中艘采用了钢管混凝土构件。建成于1998年的日本北九洲多目的赛车场，建筑面积94835m2，地上8层采用了钢管混凝土柱和钢结构梁，充分发挥了钢管混凝土刚性大、强度高、抗变形能力强和耐火性能好等特点，取得了良好的建筑效果和经济效果。自90年代以来，在我国，钢管混凝土在高层建筑中的应用发展很快。现有的高层或超高层建筑中采用钢管混凝土柱的工程实例有：福建泉州邮电中心局大厦，福建南安邮电局大楼，福建厦门阜康大厦，福建厦门金源大厦，上海陆海工程，北环球广场，北京世界金融大厦，天津今晚报大厦，广东深圳赛格广场大厦，深圳邮电信息枢纽中心大厦，广州新中国大厦，广州京光广场，广州好世界广场，香港的LDC.Queen’sRoadCentral，美国西雅图的TwoUnionSquare，澳大利亚的ForrestCenter，德国法兰克福的Commerzbank，日本东京的ShimizuSuperHigh-Rise。1.1.2钢管混凝土拱桥的起源、现状及发展前景拱桥以承压为主，但是同时也承受弯矩，为压弯构件。随着桥梁结构向大跨径方向的发展，拱桥截面的弯矩占据越来越突出的地位，这势必有以增大截面刚3 度来满足强度要求的趋势，但是单纯地靠增加截面的刚度来满足应力要求的做法并没有取到理想的效果，因为拱截面的恒载内力分配与其刚度有一定的联系；而且，不管是钢筋混凝土或是预应力混凝土拱桥，增加截面刚度都会在不同程度地带来结构自重较大的负效应，并且，钢筋混凝土拱桥自重的增加，使施工架设问题突出，施工难度更高，从而跨越能力受到很大的限制。而且随着高强材料和预应力技术的发展与应用，钢筋混凝土和预应力混凝土拱结构在某种程度上会受到稳定问题的制约；而与此相反的是，梁式桥由于预应力技术的使用，使得高强度的钢材和高标号的混凝土得以应用，且施工方面又实现了节段施工，因而焕发了生机。传统的拱桥技术受到了来自自身和外界的严峻挑战。正值拱桥技术在桥梁结构大跨径和高强材料应用的冲击下，显得不知何去何从之际，许多桥梁工作者在拱桥高强材料应用和施工等方面进行了一系列的探索，包括预应力的应用、新结构的开发、无支架施工方法的探索等。钢管混凝土拱桥就是在这样的背景下应运而生。钢管混凝土应用于拱桥结构中同时解决了拱桥材料高强化和拱圈施工轻型化两大问题。将高标号的混凝土灌注在高强钢管内，一方面借助内填混凝土提高钢管受压的稳定性，提高钢管的抗腐蚀性和耐久性；另一方面借助管壁对混凝土的套箍作用，提高了混凝土的抗压强度和延性，将高强钢材和高强混凝土有机地结合起来，在施工方面，钢管混凝土可利用空钢管作为劲性骨架甚至模板，施工吊装重量轻，进度快，施工用钢量小。但在具体应用时，钢管混凝土在发挥材料的作用和施工的作用中，则有所侧重，从而形成了两大类别。一类为内灌混凝土，即钢管表面外露，与核心混凝土共同作为结构的主要受力组成部分，同时也作为施工时的劲性骨架，设计以前者为控制；另一类是内外包混凝土，钢管表皮不外露，钢管主要作为施工的劲性骨架，先内灌混凝土成钢管混凝土后再挂模板外包混凝土形成断面，钢管材料可以参与建成后的受力。钢管混凝土这种新型建筑材料的首次使用是在1879年英国塞文(Severn)铁路桥墩的修建中，当时在空钢管内灌注混凝土的目的主要是为了防锈。之后，大批的学者对钢管混凝土的性能进行了研究，并取得了重大突破，建立起一系列钢管混凝土的理论和使用规范，为钢管混凝土的科学应用作了一些铺垫。钢管混凝土在拱桥上的应用是前苏联在30年代建成了跨越列宁格勒涅瓦河的101m钢管混凝土拱梁组合体系和位于西伯利亚跨径达140m的钢管混凝土桁拱。此后，国外未见此类桥梁的报道。而我国在1990年建成第一座钢管混凝土拱桥——四川旺苍大桥后，钢管混凝土拱桥得到了迅猛发展，据不完全统计，从1990年到1994年间，已建和在建的钢管混凝土拱桥达20多座，到1997年达40多座，到1998年则已达60多座，到目前已经建成100多座，其中跨径超过120m的钢管混凝土拱桥40余座，跨径大于200m的13座。其中有2000年建成的广州丫髻沙珠江大桥，主跨4 360m，为当时世界第一跨径的钢管混凝土拱桥，2001年建成的武汉三桥，主跨280m；1998年建成的广西三岸邕江大桥，主跨270m；2000年建成的南姊归青甘河大桥，主跨256m；2001年建成的浙江三门健大桥，主跨245m；2000年建成的武汉江汉五桥，主跨240m；1999年建成的浙江铜瓦门大桥，主跨238m；2001年建成的贵州水柏铁路北盘江大桥，主跨236m；2001年建成的连徐高速京杭运河大桥，主跨235m；2001年建成的南姊归龙潭大桥，主跨208m；1999年建成的广西六景邕江大桥，主跨220m；1997年建成的四川绵阳涪江大桥，主跨202m；1995年建成的广东南海三山西大桥，主跨200m；合川合阳嘉陵江大桥(跨径组合为130m＋200m＋130m)。我国钢管混凝土拱桥发展速度之快，为中外建桥史所罕见。在国外，日本最近在修建青叶大桥时，也采用了钢管混凝土；法国也修建了一座钢管混凝土拱桥——Antrenas，该桥拱肋跨径为56m，在A5号公路上跨越Gervaudan。综合国内国际情况，我国大跨径钢管混凝土拱桥的建设规模，已经处于世界领先地位。1.2钢管混凝土拱桥施工技术水平的现状大跨径拱桥施工中，由于环境、施工荷载、施工方法、施工精度以及一些不确定因素的影响，主拱的变形和应力与预定的理想状态相比总会产生或多或少的偏移，为使主拱行为尽量向理想状态逼近，控制就成了不可缺少的手段。目前，常采用的两类控制方法是外力平衡法和多点均衡法(亦称无外力控制法)。顾名思义，前者是对需要调整的结构施加外力，凭借外力的作用来改变结构行为的方法，后者则是利用结构自身荷载，通过适当的加载方法来达到结构调整的目的。外力平衡法是用得较多的一种方法，它主要包括锚索加载法、水箱加载法和斜拉扣挂法。1.2.1锚索加载法锚索加载法是利用钢索把加载点和地锚相连，中间设置拉力紧固器，按计算加载量加载的方法。这种方法最早在1980年修建辽宁省的蚂蚁桥时采用，其原理是利用拉力紧固器预加荷载于拱顶，使拱顶在混凝土浇注前产生向下的位移，避免混凝土从拱脚向拱顶浇注时拱顶上挠。具体方法是在钢骨架反弯点以上部分设置拉索，系于河床的地锚上，施工时对锚索施加拉力，大小为拱肋相应节段重量的60％～90％，箱肋截面分为底板、腹板和顶板三环进行混凝土浇注，最后拆索成拱。这种利用地锚加载的办法优缺点并存，优点是加载量控制方便，缺点是仅适用于旱地和干涸的河床。在后来修建丹东河口桥时，这种方法得到改进，把由拉力紧固器提供外力改进为以悬挂重物实现预加载。具体实施是将钢索拴于加载点，5 钢索下端悬挂木排水罐，按容积加水，加载由跨中向拱脚对称进行。在混凝土浇注到离加载点不多于三个节点时卸载。这种改进使得锚索加载法不再受地形限制。1.2.2水箱加载法水箱加载法是在浇注拱箱混凝土时，在拱肋顶部布置水箱，随着混凝土浇注面的推进，根据拱箱特征，变形观测值，结合应力(应变)监测情况，通过对水箱加水加载和排水卸载实现对拱轴线竖向变形的控制和应力的调整。宜宾南门金沙江大桥施工中就运用了这种控制方法。该桥在应用水箱加卸载的控制过程中运用优化控制分析原理控制应力和变形，其控制方程为：应力控制方程：变形控制方程：óx(p1,p2,Δx(p1,p2,,pn)≤1.25[ó],pn)≤1.25[Δ](1.1)(1.2)其中，óx,Δx表示优化选择的目标函数，p1,p2,pn则表示水箱的作用位置和水箱荷载的大小。只要求出符合控制方程的集中力p1,p2,pn的数值，就可根据pi(1≤i≤n)的大小施加水箱荷载，进行调整。此法加载、卸载都十分方便，操作可靠，不失为一种可行的控制方法。1.2.3斜拉扣挂法斜拉扣挂法在国外较早用于大跨径钢筋混凝土拱桥的无支架施工，如前南斯拉夫跨径为320米的Dubrovnik桥等。几年前，修建广西邕宁邕江大桥时，首次成功运用斜拉扣挂法作为拱桥主拱应力和变形的调整方法。其思路是借助钢骨架阶段吊装的扣索来调整混凝土浇注阶段内力。通过对扣索的张放，给拱肋施加一定量的拉力，以减少各浇注阶段混凝土产生的弯矩，从而达到减小应力、控制变形的目的。此法与前面提到的两种外力平衡法反其道而行之，锚索加载法和水箱加载法都是通过外力，给主拱施加方向向下的荷载，斜拉扣挂法则通过扣索给主拱施加方向为斜上的荷载。1.2.4多点均衡浇注法多点均衡浇注法，即混凝土的浇注分多工作面进行，它是我国传统的双曲拱桥拱板混凝土的浇注方法。在大跨径劲性骨架拱桥中，万县长江大桥首次采用这种方法。这种方法是采用横向分环纵向分段的方法来浇注主拱圈外包混凝土，在主拱拱箱混凝土，尤其是底板混凝土的浇注过程中，多工作面作业，使劲性骨架受力相对均匀，从而使劲性骨架应力分配均匀，变形和顺。在超大跨劲性骨架混凝土拱桥中，拱圈混凝土的数量往往都很大(如万县长江大桥为11054m3)，依靠外力荷载进行拱圈的调整是很不经济的，一是所需的外荷载数量惊人，设备投入大；二是过大的外荷载，尤其是锚索、水箱等自重方向的外荷载在拱圈得到调整的同时也大大增加了骨架的负担。6 以上四种拱桥的控制方法各具特色，锚索加载法和水箱加载法荷载大小容易控制，可以大方量连续浇注混凝土，工期可在一定程度上得到缩短，但外荷载增加了主拱的负担。斜拉扣挂法，从力学原理来说是较好的一种变形和应力调整方法，扣索斜向拉力的竖向分量可部分抵消混凝土的自重，减轻主拱的负担。在倾角很大时，扣索拉力产生的劲性骨架轴向分量与竖向分量相比是微不足道的。斜拉扣挂法扣索的一端一般都通过高塔架固定在地锚上，以使扣索的倾角足够大，产生的竖向分力远大于水平分力。但是，扣索拉力大小的控制是相当困难的，并且必须具备高塔架条件。多点均衡浇注法的优势在于它不需要外加设备，依靠多工作面浇注的混凝土保持自身的平衡，劲性骨架无须承担额外的荷载，稳定性得到保证，变形和应力变化也比较均匀。但这种方法对施工的要求相当严格，各工作面进度严格控制，一次浇注的混凝土方量少，工序转换多，工期长。相对而言，锚索加载法和水箱加载法以及斜拉扣挂法比较适合运用于大中跨径的拱桥施工控制，而多点均衡浇注法则更适合于特大跨劲性骨架混凝土拱桥的施工控制。外力平衡法中的锚索加载法和水箱加载法都可以与斜拉扣挂法联合使用，为方便起见，我们暂且把它称为外力混合法，具体作法是从拱脚到L/4采用斜拉扣挂法，L/4到拱顶采用锚索加载法或水箱加载法，这样，无论是扣索、锚索的拉力还是水箱的重量都可以大幅减小，使得拱圈的应力和变形更易控制。此外，多点均衡浇注法也可与斜拉扣挂法联合使用，我们把它称为联合法，这种方法可以在靠近拱脚段的拱肋上适当位置选取扣点，用钢缆作为扣索，通过塔架固定在地锚上，这样做的好处是可以使拱脚段的混凝土一次浇注量大为增加，同时又可以减轻拱脚的负担，远离拱脚段仍采用多点均衡浇注法。这种方法尤适用于大跨径劲性骨架混凝土拱桥，它可充分利用缆索吊装施工的塔架。1.3本文研究内容在桥梁施工中，如何保证桥梁的安全施工，确保施工中结构行为与设计相一致、成桥后的结构几何线形与受力状态满足设计要求是非常的重要，同时这也是大跨径桥梁施工控制的主要内容。目前，就国内而言对斜拉桥和预应力混凝土梁桥施工控制理论与方法的研究比较多，并且取得了可喜的科研成绩。而对于钢管混凝土这种新型的桥梁结构，施工控制的调整只能是在施工前和施工进行中预报，而不能像斜拉桥的施工控制一样，可以对它进行施工后的调整。本文在施工控制理论和钢管混凝土性能理论的基础上对钢管混凝土拱桥的施工控制方面作了一定的工作。某钢管混凝土拱桥有许多施工技术难题亟待解决，在工程施工中集中解决的7 技术问题包括：如何研制一套适合特大跨、超高、超重的缆索吊装系统；如何对施工全过程进行系统、全面监控；如何研制有效控制施工过程中拱轴线几何精度。为解决以上技术难题，在施工中设置了以下方面进行专项的技术研究：①高塔大跨度大吨位快速提升缆索吊机的研制。②施工全过程多元参数控制实时监测系统的研究与开发。③钢管混凝土拱桥施工监控。8 2工程概述2.1工程概况2.1.1工程项目概况某公路大桥桥位处地势险峻,地面自然坡度在75°以上，施工条件较为恶劣。大桥工程项目分为主桥和引道工程两部分，设计为中承式钢管混凝土双肋拱桥，主跨净跨为260m，两拱座支承中心间距离为270.37m，全桥跨径组合为6×12m(引桥)+292m(主跨)+3×12m(引桥)，全桥长412.2m，桥面净宽15m+2×1.5m(人行道)+2×0.5m(栏杆)。除南岸引桥设计有3孔现浇钢筋混凝土简支异形梁外，其余车道梁为12.0m预应力混凝土π形连续梁。2.1.2设计采用的技术标准①桥面净宽：净-15.0m+2×1.5m(人行道)+2×0.5m(栏杆)②设计荷载：汽车-超20，挂车-120，人群荷载3.5KN/m2③设计洪水频率：1/300④设计水位：175.10m⑤通航净空：300×18m⑥地震烈度：Ⅵ度，按Ⅶ度设防⑦设计风速：26.3m/s[频率1%，10分钟平均最大风速(10m高度处)]2.1.3钢管拱肋构造拱肋为钢管混凝土组成的桁架结构，主跨拱肋拱顶截面高7.0m；拱脚截面高为14.0m，肋宽为4.14m，拱轴系数1.55，净矢跨比为1/3.8。主拱圈截面由两肋构成，每肋由四根钢管构成组合矩形截面柱：上下各两根Ф1220×22(25)mm，内灌C60的钢管混凝土弦杆，弦杆通过横联钢管Ф711×16mm和竖向钢管Ф610×12mm连接而构成钢管混凝土桁架，吊杆处竖向两根腹杆间设交叉撑，加强拱肋横向连接。拱肋中距为19.70m，两肋间桥面以上放置“K”形横撑，桥面以下的拱脚段设置“米”形撑，每道横撑均为空钢管桁架。拱肋与桥面交接处，设置一道肋间横撑。全桥共设横撑20道。拱圈接头构造分为主弦管接头构造和拱顶合龙构造。主弦管接头构造设计为先栓接后焊接的构造形式；拱顶合龙构造设计为先瞬时合龙，再焊接主管的构造形式。2.1.4吊杆及横梁构造吊杆采用109Φ7mm高强镀锌钢丝，两端采用冷铸锚具，上下两端锚具设有可调螺母。吊杆钢丝外采用聚乙烯护套及哈佛管双层防护。吊杆横梁和拱上立柱横梁为预应力混凝土组合截面梁，拱梁交界处的肋间横梁设计为钢横梁。9 2.1.5下部结构两岸均采用“U”形桥台,引桥桥墩设计为明挖扩大基础，墩身为现浇钢筋混凝土的双排柱式墩，交界墩直接设置于拱座上。拱座设计为分离式的钢筋混凝土拱座，横向分别设三道钢筋混凝土横撑。2.2施工技术研究项目的提出该桥主桥钢管桁架每肋半跨分为11个节段进行吊装,全桥两肋共有44个吊装节段，另外还有20道横撑需要单独安装，钢管拱肋节段安装采用缆索吊机吊运就位—扣索系统斜拉扣挂的方式。由于该桥跨径大，拱肋钢管节段吊重大，起吊高度大，相应配套的缆索吊机系统和扣索系统的设计与施工无先例，难度很大，有诸多的技术问题必须解决才能保证施工过程的人员、机械设备和结构的安全。对于该桥的施工有以下的技术难点：①缆索吊机索跨大。索跨达到376m；②吊装重量大。缆索吊机设计吊装重量为170t。③吊装节段运输距离长。钢管节段最大运输距离达到220m。④索塔高度大。吊塔高度达到150.22m，保证塔身的稳定是关键。⑤吊装构件起吊高度大。从江面起吊钢管拱肋至安装位置最大高度达到260m，采用常规的设备起吊吊运时间长，难以保证安全。⑥施工期间不断航。桥位位于黄金水道，江面狭窄，过往船只多，峡口风速较大，施工期间不能长时间断航。⑦钢管拱肋安装期间系统各部位动态变化，钢管拱肋节段数量多，安装过程中待安节段对已安节段构成影响，钢管节段空间位置微动变换频繁；钢管拱肋安装过程是一个极为复杂的动态施工过程，随着工程进展结构体系变化，表征体系的各参数也在变化，需要建立一套结构各部位变化参数的监控调节系统，保证系统结构的安全和钢管拱肋安装的几何精度。2.3施工中开展的施工技术研究项目某大桥有许多施工技术难题亟待解决，在工程施工中集中解决的技术问题包括：如何研制一套适合特大跨、超高、超重的缆索吊装系统；如何对施工全过程进行系统、全面监控；如何研制有效控制施工过程中拱轴线几何精度。①高塔大跨度大吨位快速提升缆索吊机的研制。②施工全过程多元参数控制实时监测系统的研究与开发。③钢管混凝土拱桥施工监控。10 3大跨度快速提升缆索吊机的设计3.1拱肋吊装方案3.1.1方案概述拱肋钢管桁架顺桥向半跨分为11个节段，全桥共计44个节段，横桥向分为上、下游两肋，肋间由“K”形或“米”形撑相连，全桥共计20道，吊装时为单肋单节段吊安，因此拱肋共计64个吊装节段，最大节段拱肋重量为118t。拱肋节段安装采用“大跨径钢管混凝土拱桥无支架吊装斜拉扣挂工法”。拱肋节段安装采用两岸对称悬拼，每半跨拱肋11个节段(22个吊段)、6个正式扣段，第一扣段含三个节段、第二、三、四扣段含两个节段，其余每一节段为一个扣段，含两个及以上扣段中，第一、第二节段采用临时扣索扣住，待第三节段就位后张拉正式扣索，同时拆去临时扣索(临时扣索采用钢绳)。节段为单肋安装，待上下游同一节段吊装就位后，安装节段间连接横撑，即完成一个双肋节段。由于上下游主拱肋相距较远，所以只能分别利用上下游两套吊装系统进行安装。吊装时，每根主拱肋桁段由该侧对应的一套吊装系统的四组吊点抬吊；肋间横撑由于重量轻且位置居中，由内侧两组吊点抬吊。由船运至桥位附近的拱肋节段，根据安装需要经船运至桥位处待安装节段正下方的拱肋轴线对应的江面上停靠，然后进行拱肋节段起吊、纵移、落位。南北岸分别自拱座1#拱肋节段开始，向对岸拼装至11#拱肋节段。待整体调整好轴线及各控制点高程后，在两个11#拱段间加入嵌填段，实施合龙。空钢管拱肋合龙，各节段接头焊接完成并形成无铰拱后，逐级对称放松各道扣索，完成全部拱段吊装。11 3.1.2拱肋吊装施工工艺流程拱肋节段工厂制作、船运至桥位节段起吊、纵移、就位螺栓连接节段扣索设置、扣索调整、松吊点完成同岸上、下游同号节段安装拱肋间横撑安装、完成一个双肋节段吊装单元扣索索力及拱肋节段标高的调整否是否已完成全桥22个拱肋节段及肋向横撑的安装是拱肋合拢精调、固定合拢装置，各接头焊就形成无铰拱松扣，在钢管内砼灌注后卸扣3.2缆索吊机系统布置3.2.1缆索起吊安装系统①承重主索主跨376米，后锚端跨径为167m及170m与水平线夹角为19.2°。全桥共设两套主索吊装系统(对应上、下游拱肋各一套)，每套由2组承重主索组成，主索首次(在我国的缆索吊机系统中)采用￠56mm满充式钢丝绳，每组4根，该钢丝绳的抗拉强度为1960MPa，重载垂度L/12.5，空载垂度L/16.054。②起吊系统每组主索上布置2组吊点，每套主索(2组4￠56mm钢绳)共布置4组吊点，每组吊点采用￠24mm的钢丝绳(抗拉强度为1670MPa)走8线。每一拱肋节段用每套主索上的4组吊点抬吊，每组吊点用1台80KN的恒力快速摩擦式带卷绳盘卷扬机作为动力机械。12 横撑节段用上、下游内侧的2组主索上的其中两组吊点进行抬吊。③牵引系统每组主索上的两组吊点分别在南岸、北岸各用1台100kN的恒力带卷绳盘摩擦式卷扬机作为牵引动力机械。每组牵引索用2Φ28mm钢丝绳(抗拉强度为1770MPa)。④吊装锚碇吊装锚碇采用桩式地锚,并加设岩锚作为安全储备。每个锚碇锚体C30混凝土：北岸1098.2m3，南岸947.5m3；15号片石混凝土：北岸245.8m3，南岸245.8m3。全桥共2个吊装锚碇。岩锚每岸共设32束,每束采用9φ15.24mm的强度为1860Mpa的无粘结钢绞线组成,每束置于岩石层中20m,并灌浆锚固。⑤吊装索塔吊装索塔立于扣塔塔顶，吊塔与扣塔的连接形式为铰接。吊塔采用M型万能杆件组拼成双柱门式索塔，塔高31.22m，每柱截面2×4m，立柱每肢为4N1，中部设一道横梁，吊塔顺桥向宽为4m，顺河向宽30m(塔顶)。3.2.2扣索系统扣索系统由锚固点、扣塔、索鞍、扣索和张拉端五大部份组成。扣索由拱肋端的锚固点，经过扣塔上的索鞍至张拉端进行张拉、调整。每组扣索采用上、下游对称同步张拉和调整索力的张拉方案。①锚固点锚固点由反力梁、扣点、转向块、P型挤压锚组成。②扣塔扣塔位于两岸主拱座以外，塔高分别为94.5m和119.0m，塔距为376m，采用8Φ610×10mm钢管混凝土立柱并用钢管连接，组成门式格构柱,塔脚固结。③索鞍索鞍由辊轴、滑轮、纵向钢板、横向隔板等组成，扣塔上部安置三层扣索索鞍，索鞍与扣塔采用钢板与钢板螺栓连接。④扣索扣索由多束Φ15.24低松驰高强度钢绞线组成。⑤张拉端张拉端由扣索锚碇、工作锚具及张拉机具组成。⑥锚碇扣索锚碇采用桩式地锚,并加设岩锚作为安全储备。每个锚碇锚体C30混凝土：北岸2050.9m3，南岸2266.3m3；C15片石混凝土：北岸248.7m3，南岸248.7m3。全桥共2个扣索锚碇。岩锚每岸共设48束岩锚,每束由9φ15.24mm的强度为13 1860MPa的无粘结钢绞线组成,每束置于岩石层中20m,并灌浆锚固。3.2.3稳定措施①吊装索塔吊装索塔立于扣塔之上，与扣塔间的连接形式为铰接。在吊塔拼装过程中先固定，在稳定措施布置完成后解除固定，恢复铰接。吊塔横向稳定性通过布置横向抗风索来实现，吊塔上下游两侧各布置两组(每组2Φ47.5mm)钢丝绳作抗风索。吊塔纵向稳定由于受地势的限制，河心一侧无法设置稳定拉索，因而采用压塔索作为稳定措施，整套吊装系统在吊塔的上、下游各自对称布置2根Φ47.5mm钢丝绳作压塔索。②扣塔扣塔由于风荷载、吊塔以及扣索的作用产生不平衡力，吊装施工前期向岸倾斜，后期朝河心倾斜。向岸侧产生的最大不平衡力为1055.5kN,向河心侧产生的最大不平衡力为2253.7kN，因此在扣塔两侧加设扣塔平衡索作为稳定措施。③拱肋安装过程中的横向稳定该大桥拱肋节段为单肋安装，待同一岸上、下游同一节段安装就绪后，紧接着安装节段间连接横撑，即完成一个双肋节段单元。一个双肋节段单元形成，结构本身的横向稳定是安全的。对于尚未形成双肋节段单元前的一个单肋节段，布置抗风索(调位索)辅助横向稳定。根据计算，拱肋悬拼安装过程中的横向稳定是能保证的，但在施工中结合现场条件为了安全储备的考虑,在安装至7#节段时，设横向抗风索一对(4φ21.5mm钢绳)。3.3缆索吊机系统的技术设计与实施全桥共设两套缆索吊机系统,将吊装索塔安置于扣塔顶部，吊装索塔与扣塔之间铰接，以最大限度减小对扣锚系统的干扰。缆索吊装系统设计时将每套吊装系统分为两组，可以方便地组合，便于吊杆横梁、行车道梁及拱肋安装。3.3.1主吊装系统设计①主吊装系统主索选择和连接承重主索的选择。基于传统的承重主索的单根索的破断拉力较低的不足，经过反复比较，决定选择直径为56mm的满充式钢丝绳(CFRC8×36SW+IWR-56mm)，作为本桥的承重主索。该钢丝绳的特点是：破断拉力高，耐疲劳性能好，抗挤压能力强。与直径相同的传统的承重主索用相比较。选择直径56mm的满充式钢丝绳(CFRC8×36SW+IWR-56mm)作为本桥的承重主索，每组承重主索(安全系数取为3)的根数N为：14 N≥F×3/P=3214×3／2451＝3.9(根)(3.1)式中，F为每组承重主索受力，单位kN。取为4根。每套系统则需主索8根，其根数合理，便于系统的布置。因此，选择直径为56mm的满充式钢丝绳作为本桥无支架缆索吊机系统的承重主索可行。主索的连接。本桥选用的满充式钢丝绳，该钢丝绳的有效连接方式没有资料可供借鉴。因此，采用何种连接方式才有效，是施工时亟待解决的问题。连接方式的选择。通过对连接杆连接、挤压连接、绳卡连接的比较,施工采用了绳卡连接的方式。②主索的连接试验试验的目的：验证钢丝绳采用搭接连接的可靠性。连接方式：主索的Φ56mm(CFRC8×36SW+IWR)钢丝绳拟采用60mm骑马式索卡搭接连接。试验场地的选择：场地选择在能够为试验提供不小于400kN的反力的两个地锚之间并能够提供足够的工作长度的平地上进行。试验要求及试验指标:(a)56mm满充式钢丝绳采用60mm骑马式索卡搭接连接，索卡间距40cm，索卡数量6个，拧紧扭矩1.0kN·m；(b)Φ56mm(CFRC8×36SW＋IWR)钢丝绳搭接连接后，拧紧骑马式索卡，观测钢丝绳的压扁量；(c)主索钢丝绳搭接连接后，穿绕的滑车组通过卷扬机提供拉力对连接进行检验，观测索卡连接的可靠性，是否发生索卡滑移现象。试验步骤:(a)安装索卡之前，量取卡弓深度、卡盖厚度；(b)将需搭接连接的钢丝绳平放在试验场；(c)按要求的间距和方向装上索卡。(d)按要求拧紧索卡，采用游标卡尺量取10个索卡螺帽和丝口出露长度，计算钢绳压扁量；(e)绕6线、8线滑车组，在两根主索钢丝绳分别用3个、6个60㎜索卡搭接拧紧后，连接后的一根主索的除搭接连接端外的一端直接与地锚连接，另一根主索的除搭接连接端外的一端直接与滑车组的一端连接，滑车组的另一端与地锚连接，滑车组动力为50kN单筒慢速卷扬机；(h)开动卷扬机，做钢丝绳搭接连接的抗拉试验，量测滑车组受力、钢丝绳滑移及索卡变形情况。(g)试验结论:15 Φ56mm(CFRC8×36SW＋IWR)钢绳采用60mm骑马式索卡搭接连接，索卡间距40cm，索卡拧紧扭矩1.0kN·m，两根搭接钢丝绳压扁量多在17.5～19mm之间(约为钢丝绳直径的1／6～1／6.4，较有纤维芯的钢丝绳采用索卡搭接连接时的压扁率为1／3～1／4要小)，8线滑车组受力后，钢丝绳两端拉力约300kN时，6个索卡均无明显滑移，说明连接可靠，每个索卡搭接钢丝绳后可平均承受拉力50kN。实施中取抗滑移安全系数为2，两根主索搭接接的索卡取为36个。③主吊装系统选索及布置主吊装系统主跨径576m，后锚端跨径为167m(北岸)及170m(南岸)，与水平线夹角θ=19.20。全桥共设两套主索吊装系统，每套系统各种钢绳的规格如表3-4所示。④复合式缆索吊机设计参数及计算结果(一套，起吊索走8线)跨径576m主索垂度空1/16.054重1/12.5设计吊重φ56CFRC钢丝主索主索重载安全系数φ28牵引索牵引索安全系数牵引卷扬机拉力φ24起吊索起吊索安全系数起吊卷扬机拉力吊塔对扣塔的竖向压力(最大)吊塔对扣塔的水平推力(包括风力)118×1.1+39.84=169.64t2×4根3.0412×2线4.70297.09kN4×8线5.14763.14kN约7500kN约50kN(用平衡索调整)⑤卷扬机选择选用新型的恒力摩擦式自带卷绳盘卷扬机。①选用8台10t摩擦式滚筒卷扬机(线速度恒定，自带卷绳盘)做牵引；②选用8台8t摩擦式滚筒卷扬机(线速度恒定，自带卷绳盘)做起吊。3.3.2工作天线系统设计①工作天线的选索及布置为便于两岸小件物资设备的运输交流，另设置两套工作天线，上下游各一组。主吊装系统主跨径376m，后锚端跨径为167m(北岸)及170m(南岸)，与水平线夹角θ=19.20。②工作天线设计参数及计算结果(一套)16 跨径576m主索垂度空1/18.085重1/14设计吊重φ47.5普通钢绳主索主索重载安全系数φ19.5牵引索牵引索安全系数牵引卷扬机拉力φ19.5起吊索起吊索安全系数起吊卷扬机拉力③卷扬机选择50.0×1.2+29.84=89.84kN2根5.1001线4.54437.83kN4线7.09427.35kN①②选用4台5T普通中速卷扬机做牵引；选用4台5T普通中速卷扬机做起吊。3.3.3吊具设计①概述拱肋吊装系统吊具包括缆索跑车、起吊滑车组、吊点分配梁、吊点、夹具等结构。全桥共布设四组主索，每组上设置两套吊具共计8套。②缆索跑车设计设计依据及技术指标1)承重主索4Φ56mm；起吊索Φ24mm2)跑车轮直径D与主索直径d的关系D=5d3)跑车承受的竖向力T=500kN4)各部位应力安全系数K≥2.0③起吊滑车组设计设计依据及技术指标：1)起吊绳走线数8线；2)起吊绳直径Φ24mm3)滑车组直径与起吊绳直径之比为D/d=204)滑车组采用滚动轴承5)各部位应力安全系数K≥2.0④吊点分配梁设计分配梁的功能和作用。拱肋吊段是由相应的两组缆索上的吊点起吊，吊点间的距离为6.0m；拱肋宽度2.92m(两主管中心距)，为确保吊绳垂直受力及各吊点受17 力均匀，在吊索下部放置分配梁，以调整吊绳间距，保证拱肋两侧自动平衡，便于其安装就位。分配梁设计依据及技术指标：1)分配梁上部为桁架梁，梁端力均为F=425KN，间距为L=6.0m2)分配梁下部为三角形桁架，拱肋传来的力各为F，=425kN；间距L=2.92m3)上下部之间用铰轴连接，便于受力后自动平衡4)分配梁应力安全系数K≥2.05)跨中挠度f≤2mm混凝土配重块设计。吊点混凝土配重块的作用是使吊点在没有吊重时，能够自由下降。配重块放置于每组吊点上。配重块重量的计算。配重块的最小配重取决于空载(不起吊结构构件)时起吊绳的空索张力大小，即应保证起吊滑车组在仅有下端的吊点和配重的条件下，不会因为起吊绳的张力作用引起滑轮下端向上端移动。配重及滑轮下端吊点的总重量P空按下式计算：P空=1.2(η0+η1+…+ηn)y(3.1)式中：1.2——考虑多种因索后的增大系数；η——滑轮系数(取0.98)；n——滑轮个数(计算区域内的定滑轮与动滑轮的个数之后)；y——起吊索的空索张力，按下式计算：y=(ql2)/(8f)式中q——起吊索单重(kg/m)；la——承索器(或与索塔)间的距离(m，承索器设计见3.4)；f——起吊索在承索器间的索跨内的垂度(m，可取f=[(5%～10%)l]；本桥中，索跨内设置2个承索器，q=1.982kg/m，l=222m，f=10%×l，n=8，因此：P空=1.2×8.246×550=5442(kg)，即总配重为5442(kg)。扣除分配梁后应配重3962kg，取为4t。混凝土配重块结构设计。每个吊点配重4t，由两块混凝土实体提供，每块重2t。3.3.4承索器设计①承索器的作用与功能缆索吊装系统主索跨度达376m，由起重索和牵引索的垂度引起的松弛阻力将极大地影响到起吊力和牵引力，为减小起吊和牵引力，在主缆上设置承索器，承托起吊绳及牵引绳，从而减小其松弛阻力，达到减小起吊和牵引力以及配重块重18 量的目的。②承索器的布置结构设计在每组主缆上的跑车与索塔间的跨间分别布置承索器，以承托起吊绳和牵引绳。3.3.5缆索吊机吊塔系统①吊塔的选型吊塔布置方案为铰支于扣塔之上,吊塔传给扣塔的力为750T，在对扣塔顶加强处理后,经复核计算得出如下结论：1)扣塔各部单元应力或承受能力均能满足规范要求，且塔顶变位也能满足设计及规范要求。2)控制工况稳定安全系数计算成果中，稳定安全系数均大于4.0，满足有关规定要求。3)与已建成并能正常使用的大跨径混凝土拱桥的自振频率相比，其值相近，能保证结构安全吊装合龙。4)临界风速计算表明：施工颤振检验风速为36.6m/s，小于该工程颤振临界风速79.2m/s。②吊塔塔体的组拼设计吊塔立于扣塔塔顶，吊塔与扣塔的连接形式为铰接。吊塔采用M型万能杆件组拼成双柱门式索塔，塔高31.22m，每柱截面为2×4m；中部设一道横梁；两柱之间的中心距离为20.0m；吊塔塔顶顺河向宽度为30.0m。吊塔塔顶及塔脚分配梁采用I56b工字钢组拼。③吊塔塔顶索鞍及塔脚铰脚的设计及布置1)索鞍布置及结构设计a索鞍布置吊塔塔顶索鞍包括吊装主索、缆风索(压塔索)、工作天线主索、牵引索、起吊索等索鞍。所有索鞍均采用单轮滚动结构形式的索鞍；在万能杆件吊塔塔顶采用I56b工字钢铺设两层分配梁，在工字梁上按相应的位置安置索鞍，并将索鞍与工字梁固定。b索鞍结构设计设计指标及技术标准(以吊装主索受力控制设计)：主索直径φ56mm；单索垂直压力T=400KN；索鞍轮直径D与主索直径φ之比为：D/φ=15；索鞍轮接触应力安全系数K1≥2.5;滑动轴承钢销抗剪安全系数K2≥3.0。19 2)调平滑车每组4φ56mm主索，用3套(一岸1套，另一岸2套)调平滑车在吊锚锚桩附近串联；主索直径φ56mm，两索对调平滑车的总挤压力2000kN，调平轮直径与主索之比为20，滑轮内嵌轴套式滑动轴承。3)铰脚设计a铰脚的布置采用I56b型钢在扣塔塔顶设置连接分配梁，并将其与扣塔钢管焊接，在分配梁上布置吊塔铰脚。b铰脚的结构设计4)横向抗风索、纵向压塔索的布置a横向抗风索横向抗风索采用Φ47.5mm钢丝绳，在吊装索塔的上、下游两侧各布置两组(每组2Φ47.5mm钢丝绳)。一端系与塔顶，一端与锚碇连接。抗风索的初张力为80KN。b纵向压塔索每套主索吊装系统选用2根Φ47.5mm钢丝绳作压塔索，对应每套主索(2×4Φ56mm)分别在上、下游两侧各布置1根压塔索，压塔索单根Φ47.5mm钢丝绳的初张力为255KN。全桥两套主索吊装系统共需压塔索4根，压塔索一端系于北岸吊锚，另一端经北岸吊装索塔上索鞍和南岸吊装索塔上索鞍，系于南岸吊锚。吊装缆索的尾索跨各设两组4Φ28mm的钢丝绳，做拱肋安装过程中调整索塔偏位之用。5)扣塔平衡索扣塔由于风荷载、吊塔及扣索的作用产生不平衡力，前期向岸倾斜，后期朝河心倾斜。向岸侧产生的最大不平衡力为1055.5kN，向河心侧产生的最大不平衡力为2253.7kN，所以在扣塔两侧加设平衡索。扣塔平衡索岸侧段采用12φj15.24钢绞线锚于扣锚上，河心侧段采用16φj15.24锚于桥台上。6)吊塔避雷设施布置两岸吊塔高度极大，南岸塔高达150m；北岸塔高130m因此必须设置避雷设施。按照Ⅱ级结构物避雷要求设置，接地电阻小于4Ω。吊塔防雷装置由接闪器、引下线和接地装置等三部分组成。采用Φ22圆钢制作接闪器，其长度为1.5m，每塔的两根立柱上分别设置一根；同时用Φ16圆钢外套PVC防护管作为引下线，接至地面与相应的接地装置相连接，接地装置采用型钢L100×100×10打入地中设置，打入深度不小于1.5m。20 3.4缆索吊机锚碇设计3.4.1地质条件该大桥南岸吊锚及扣锚场地位于河道南岸，为单一岩层组成的单面山，地貌上处于构造剥蚀侵蚀中低山地貌单元，微地貌为河谷斜坡。斜坡总体坡向150，坡角300，岩体主要为褐黄色含粉质粘土碎石和灰岩。岩层倾向和主要边坡倾向相反，岩体的风化破碎程度不均，即岩层分带性较差。地质资料表明吊、扣锚场地处在斜坡地带，坡体基岩裸露，自然坡向与岩层倾向斜交，边坡为切向坡，属稳定型边坡，场地亦属稳定场地。北岸吊、扣锚场地及岩层性质与南岸类似，覆盖层较厚，坡角为450，根据现场钻探试验成果，地基承载力及岩体强度指标按以下采用：灰岩(中等风化)承载力标准值岩体抗剪强度粘聚力岩体抗拉强度北岸3100kPaΨ=480C=1.1MPaσt=0.64MPa南岸2600kPaΨ=40.160C=1.76MPaσt=0.57MPa3.4.2基础类型及锚固方式①吊(扣)锚基础型式根据吊(扣)锚所在山坡地形地质情况，设计吊(扣)锚采用桩式锚碇,加设预应力岩锚作为安全储备。②主缆索股锚固方式吊锚主索锚于后墙位置的桩测面上，桩面用钢板保护，扣索锚于扣锚前墙上。3.4.3锚碇主要材料①混凝土：底板、前墙、后墙、横隔片均采用30号混凝土,回填采用C15片石混凝土。②钢材：普通钢筋直径大于10mm的采用Ⅱ级钢筋，小于等于10mm的采用Ⅰ级钢筋，预应力筋采用钢绞线Φ15.24。3.4.4锚碇基础设计①设计荷载.表3.7锚碇基础设计荷载及内力Table3.7Anchoragefoundationdesignloadsandinternalforces部位吊锚扣锚项目设计荷载最大缆力张力8500KN×212500KN×2水平分力218200KN×211000KN×2 部位吊锚扣锚项目水平分力2200KN×25000KN×2地基震底烈岩度性7度灰岩7度灰岩地基状况摩擦系数0.50.5允许承载力3100Kpa3100Kpa②结构特点吊(扣)锚为桩式锚,吊锚桩径为2m,桩长为8m和10m两种.扣锚桩径为2.5m,桩长为8m和10m两种。吊(扣)锚以预应力岩锚作为安全储备,采用20m预应力锚索置于岩石中。3.4.5锚碇结构设计见吊锚及扣锚锚碇总体布置图。3.4.6锚固系统设计①锚杆构造采用拉压分散枣核型锚索(指在张拉时，拉力通过无粘结钢绞线分别传递到一定间距设置的承载体上，以拉力方式及承压方式作用在锚固体上)。锚索体采用Φj15.24钢绞线制作，强度标准值1860Mpa；钻孔直径150mm，注浆采用32.5级水泥配置的水泥浆，水灰比0.45-0.5，设计浆体抗压强度为30Mpa；本设计采用OVM15P型挤压套将钢绞线锁定在承压钢板上，此时，钢绞线强度能充分发挥，而且制作简单、造价经济。②锚杆锚固力设计吊(扣)锚的岩锚均采用9Φj15.24钢绞线束，其标准荷载1860Mpa,单股钢绞线破断拉力为260.7kN,钢绞线设计强度采用其保证强度的60%，每束钢绞线束设计受力为1407kN。③锚固角确定吊锚：加设与索力角度一致的锚杆(19.20)；扣锚：由于索力很大，加设与索力角度一致的锚杆(240)。扣锚竖直方向也设有锚杆，在每一前墙上各设4束9φj15.24。④锚固段长度的确定锚固体与地层之间的锚固长度：La=TwSf/(πDτs)式中Tw—锚杆工作锚固力，kN；22(3.2) Sf—安全系数，取3.0；D—钻孔直径；La—锚固段长度；τs—孔壁与注浆体之间的极限粘接力，1000kpa；锚筋在注浆体中锚固长度：Lsa=TwSf/(πdτs)(3.3)式中d—锚杆直径；τs—锚杆与注浆体之间的极限剪应力，2000kKpa，Tw、Sf意义同上。吊(扣)锚：La=1407×3/(π0.15×1000)=8.96mLsa=1407×3/(π0.015×7×2000)=6.40m锚固段设计长度较大者Lm=9m，但为策安全取Lm=10m，结合岩体较破碎的实际情况,将锚索锚于岩石中平均20m深度处,长短索长度之差为4m,并在前端(靠岩层深处)设2m有粘结段。⑤锚杆间距的确定根据地层情况和结构尺寸比较，确定间距为1.4～1.6m。3.4.7锚碇与基础验算①整体验算北岸1)吊锚：受力为:M=32959kN.mN=11816kNQ=9200kN桩锚置于碎石土中,用M法算得:单桩M0=-3352kNm,N0=4382kN,Q0=1533kN,根据配筋验算,满足受力要求;验算桩前土体剪应力为64kpa,结构是安全的。2)扣锚：受力为:M=6655kN.mN=15850kNQ=10978kN桩锚置于岩石中,验算桩前土体剪应力为102Kpa,结构是安全的。南岸23 1)吊锚：受力为:M=32959kN.mN=11816kNQ=9200kN桩锚置于岩石中,验算桩前土体剪应力为85Kpa,结构是安全的。2)扣锚：受力为:M=6655kN.mN=15850kNQ=10978kN桩锚置于碎石土中,用M法算得:单桩M0=-4754kNm,N0=4107kN,Q0=1830kN,根据配筋验算,满足受力要求;验算桩前土体剪应力为61kpa,结构是安全的。②钢筋配置及验算锚体各部位按受力及构造要求配筋；局部承压部份，均布置受力钢筋,经验算均满足要求。3.5缆索吊装系统用设备的加工与采购前述缆索吊装系统中主吊的索鞍、地锚处的主索转线特制滑车、吊点滑车组等，委托专业厂家加工，加工完成检验合格运到施工现场待用；主索Φ56mm(CFRC8×36SW+IWR)钢丝绳；主吊起吊和牵引的8t和10t摩擦式恒力卷扬机；缆索吊装系统中其它的设备自行加工或采购。3.6缆索吊装系统的布设3.6.1锚碇按施工设计图放线开挖，再按图施工完成，待用。3.6.2扣塔、吊塔拼装由工厂制作的钢管扣塔节段，船运到桥下水域后，先用另设的临时吊装天线吊运至扣塔附近，再由另设于扣塔位置的悬臂吊架上的吊点将扣塔节段逐一拼装到位。当扣塔顶部用于扣索通过的转向索鞍轮安装到位、扣塔顶上用于支撑吊塔铰脚的支撑梁焊接完成后，压注扣塔8根立柱钢管内的混凝土。压注的管内的混凝土达到强度后在扣塔顶的支撑梁上拼装吊塔，吊塔脚先临时固结，在吊塔拼装到一定高度时设置沿纵桥向的约束索塔钢丝绳，然后解除塔脚固结，将索塔拼至塔顶，安装塔顶结构和索鞍，加设塔顶的4根约束索塔变位的通扣索，解除索塔24 拼装时设置于其上的约束钢丝绳，加设好索塔的顺河向八字抗风索，至此，扣塔、吊塔拼装完成。3.6.3缆索、吊装系统布设扣、吊塔拼装完成后：将运到现场的吊梁天线及工作天线的承重主索，按要求逐一牵拉连接到位，调整好主索垂度；在主索上安装天线跑车，固定一端牵引钢丝绳头，另端绳头分别进入两岸已安装好的卷扬机内；就位下吊点跑车，穿绕起吊滑车组钢丝绳，将绳头进入两岸已安装好的卷扬机内；在进行吊点配重后，缆索吊装系统的布设工作完成，可进入吊装作业。3.7吊装系统试吊设计及实施3.7.1概述缆索吊装系统布置完成，在吊装拱肋前必须进行试吊运行试验，以检测验证其吊重能力及各种工况下的系统的工作状态，为以后拱肋的吊装施工提供可靠的技术保证。缆索系统试吊运行试验主要包括吊重的确定及重物选择，缆索系统的观测、试验数据的收集、整理、分析等工作内容。3.7.2试吊运行试验的设计及实施①试吊组织实施成立缆索吊机系统试吊领导小组。②试吊试验方案1)试吊荷载的确定缆索系统的控制性工况有两个：第一是吊装拱肋第二节段时，吊重为106t，牵引力最大；第二是吊装拱肋第五节段时，吊重最大为118t，此时主索张力最大。为此为完全模拟拱肋吊装时缆索系统的受力状态，试吊采取等荷载试验，即在该种工况下的试吊重与拱肋吊装时实际重量相等；同时将吊点行走至该段拱肋的安装位置。上、下游两套缆索系统分别进行，首先完成上游系统106T荷载试验，以模拟拱肋第二节段吊装时工况，其次完成上游系统118T荷载试验，以模拟拱肋第五节段吊装时的工况；然后进行下游系统的两级荷载试验。为便于荷载试验时加载重量计量的准确、加载及卸载的快速进行，选用钢筋作为加载重物。钢筋置于定位船上，加载物由船上起吊。2)试吊工艺流程图3.14：25 施工准备106T重量试吊运行观测及数据收集(持荷)增加荷载12T118T重量试吊运行观测及数据收集(持荷)卸荷载图3.14试吊工艺流程图Fig.3.14Testhangingprocess③试吊及数据收集1)试吊试验缆索系统经检查验收后，对其进行试吊试验。检验了系统在两种控制性工况下的工作状态。2)试吊试验数据收集试吊过程中，观测并收集了在不同工况下系统各部位的工作状态及受力状况。3.7.3试验结果及数据分析①承重主缆系统1)主缆索(φ56mm)a当吊重为最大值118t，荷载行走至跨中时,有主缆有最大垂度：fmax=45.71m；在此工况下的设计垂度：fmax(SJ)=46.08m；fmax＜fmax(SJ)b主缆连接无异常，连接可靠；c主缆调平滑车组、索鞍无异常，受力状况良好。②起吊、牵引及动力系统1)起吊绳运行正常，无纽绞现象；但出现了相邻两吊点起吊绳行走不同步的26 现象，主要是由起吊卷扬机的不同步而引起，可通过停开卷扬机来调整。2)牵引绳运行正常，无异常现象；3)吊具受力状况良好，跑车行走平稳，滑车组及吊点分配梁运行正常，；4)承索器行走平稳，运行正常，较好地起到了承托起吊及牵引绳，减小垂度的作用，达到了设计目的。5)起吊卷扬机运行正常，牵引卷扬机能够达到设计最大牵引力99kN，既将106t吊重牵引至拱肋第二节段位置，不需辅助牵引。③吊塔系统1)吊塔塔体a当吊重为最大值118t，荷载行走至跨中时，两岸吊塔塔顶有最大纵向偏位(向跨中)：其中南岸为：ΔXJS=26.0cm-1.8cm=24.2cm(1.8cm为扣塔偏位值)；ΔXJS＞[ΔX]=H/150=20.0cm北岸为：ΔX=15.0cm；ΔXWS＜[ΔX]b当吊重为最大值118t，荷载行走至跨中时，两岸吊塔塔顶有最大横向偏位：其中南岸为：ΔYJS=9.0cm-4.5cm=4.5cm(4.5cm为扣塔偏位值)；ΔYJS＜[ΔY]=H/400=7.5cm北岸为：ΔY=7.0cm；ΔYWS＜[ΔY](c)塔体各部位:铰脚、塔体万能杆件、塔脚及塔顶分配梁受力状况良好，无异常现象；应力水平均在设计控制范围内。2)缆风索a顺桥缆风索(压塔索)受力状态良好，无异常现象；b顺河缆风索(侧向缆风，北岸未设置)受力状态良好，无异常现象。3)吊锚系统吊锚锚体在系统重载时无变位，其周边地基无异常；结构无局部破坏。4)通讯、安全系统通讯指挥系统、安全保障系统运行正常，各部位作业人员协调较好。27 3.7.4缆索吊机试吊结论缆索吊机经过试吊、调试(试吊完成后，对偏位超限的索塔用系于索塔后的滑车组对塔顶位置进行了调整)，通过各组数据分析，证明缆索吊机系统在设计荷载作用下各部位工作正常，完全能够满足该公路大桥钢管拱肋吊装需要，达到预定的设计参数。3.8钢管拱肋吊装钢管拱肋节段由工厂加工船运至工地现场起吊位置，用无支架缆索吊装系统垂直起吊，正落位。钢管拱肋用拖驳运输到施工现场并将船位稳定，上船系好吊点，起吊拱肋节段离开运输船后，运输船离开起吊位置。①拱脚扣段(1#扣段)的安装1)拱脚铰座、预埋主管的安装浇筑拱座混凝土时用三维坐标定位方法精确定位，预埋拱脚铰座预埋螺栓及钢板和预埋主钢管。然后通过铰座预埋螺栓及钢板安装铰座。2)拱脚扣段(1#扣段)中第一、第二、第三吊段的安装1#扣段分为三个吊段，先用上游的两组主索上的四个吊点吊运上游第一吊段至拱座旁，上好临时扣索(2～4φ47.5钢丝绳)，一边降吊点，一边张拉扣索，慢慢地将拱肋节段拱脚端置于拱座上，借助拱座上预埋件通过链子滑车逐步调整第一吊段拱脚端铰轴钢管位置，使其与预埋的拱脚铰座接触密贴。向跨中的一端，用横向调位缆风索调整好轴线位置，根据设计标高用临时扣(缆)索调整标高，待力全部交于扣点,拱肋标高、轴线调整满足规范要求后，取下吊点。然后按同样方法吊同岸下游第一吊段，对称吊另一岸上、下游第一吊段。第一节段吊装就位后将铰轴钢管及与拱脚铰轴连接的两斜腹杆灌注60号混凝土，待其强度达到设计强度的80%后进行第二吊段的安装。按相同的方法，对称吊完第二吊段、第三吊段，第二吊段用临时扣(缆)索固定，第三吊段采用设计的1#正式扣索，正式扣索由多束Ф15.24低松驰高强度钢铰线组成，扣索在现场根据设计文件要求由多根钢绞线编成束，并作标识。扣索安装通过无支架缆索吊装系统的工作天线安装锚固端，用吊塔上扒杆配合手拉葫芦将扣索装入扣塔索鞍轮槽中，在锚梁位置布置卷扬机滑车组牵引扣索，穿过预埋在锚梁上的锚管，在锚梁张拉端安装张拉端锚具、张拉设备。每组扣索采用上、下游对称同步张拉和调整索力的张拉方案，分别在张拉端、固定端、扣塔上设置挂索操作平台，正式扣索挂好后，按设计标高对高程进行调整，正式扣索的张拉和临时扣索的放松均按分级，对称的原则进行，以标高控制为主，同时兼顾索力。索力用频谱分析仪测试，在调索过程中实施监控，确保施工安全。扣索的张拉、放松用多台千斤顶同时工作来实施，逐步地将力交于正式扣索，松去临时扣索。安装完成第一扣段后，每根主管用600×100×20mm四块钢板将上、28 下弦主管与预埋主管临时连接，以起限位拱铰、稳定拱肋扣段的作用。全桥合龙后再解除此临时连接，按设计要求焊接该接头。第二吊段同岸上、下游双肋节段安装就位后(安装方法同第一吊段)，用缆索吊装系统中的靠内侧两组天线抬吊该吊段肋间横撑进行安装。肋间横撑在加工厂内完成与拱肋节段的啮合加工并试拼装，确保其加工精度，减少由于误差而引起的工地现场的拼装困难，尽快的完成一个吊装单元，确保结构安全施工。肋间横撑采用内撑管和插销定位安装，在该节段高程、轴线调整至符合规范及设计要求后及时焊接作业。上、下游同岸两个同一吊段肋间横撑安装时其横向距离的有效控制通过调位设施实现。按同样方法完成第三吊段间横撑的安装。各吊段间拼装接头，先用高强螺栓拼装，然后焊接法兰盘周边。一个扣段完成后，进行节段间对接钢管的焊缝焊接。节段间环焊缝施焊对称进行，施焊前需保证节段间有可靠的临时连接并用定位板控制焊缝间隙。扣段间的焊缝，待拱肋合龙并调整拱肋标高、轴线达到设计要求后进行焊接。各拼装接头的螺栓拼接和焊缝焊接施工，在悬挂工作平台上完成。因焊接节段间的焊缝是控制吊装施工工期实现的关键工序，此工序按招标文件规定，由加工方实施，各方密切配合，确保了此项工作顺利完成。②其它扣段的安装(2#、3#、4#、5#、6#扣段)其它扣段参照吊装程序与拱脚扣段(1#扣段)的施工方法进行施工。按吊装程序，每一正式扣索挂好后，均须对该扣索之前的扣索进行调索作业。调索作业根据设计方和施工监控方现场共同发布的调索索力和拱肋标高，调索顺序，对每一号索采用对应钢绞线束数的每岸4台千斤顶、油泵张拉设备，同步作业，对称、分级张拉。同时用频谱分析仪对索力进行测试，以确保调索顺利开展，确保各吊段间横撑连接焊缝，节段间连接螺栓，节段间连接焊缝结构安全。对每一扣段，均进行一次拱肋轴线、拱肋高程的调整，避免拱肋的线形、标高误差累计到最后而造成调整困难，确保其安装精度的有效控制。③钢管桁架节段安装(分环分段)为了便于拱肋悬拼时调整拱肋轴线，拱顶合龙前，拱脚处设置了竖转铰。拱肋节段安装采用两岸对称悬拼。每半跨拱肋分11个吊段、6个正式扣段。第一扣段含三个吊段，第二、三、四扣段含两个吊段，其余一个吊段为一个扣段(吊段最大重量约为118吨)。含两个及以上扣段中，第一、第二吊段采用临时扣索扣住，待第三吊段就位后张拉正式扣索，同时拆去临时扣索。临时扣索采用钢丝绳，每岸每肋各设两组，各扣段交换使用。节段为单肋安装，待上下游同一节段安装就位后，安装节段间连接横撑。即完成一个双肋节段。单肋节段安装就位后，应拉浪风索,确保横向稳定。扣段完成后，节段间扣段内焊缝可以安排施焊；扣段间的焊缝，待拱肋合拢29 并调整拱圈标高达到设计要求后进行，拱肋接头设计为先栓接再焊接，确保安装安全快速。④合龙段安装拱肋第6#扣段安装完成后，尽快地实施合龙。合龙前通过扣索、抗风索，对拱肋进行线形、标高的调整，并根据需要进行温度修正，选择温度稳定时段用设计临时合龙构造实施瞬时合龙。设计合龙温度在18℃左右，不超过20℃。临时合龙构造设在两主弦管间，全桥共4个，通过花兰螺栓旋转对拱圈两侧施力达到弦杆内力调整及定位的目的。合龙施工统一协调指挥，确保合龙时4个临时合龙构件同步完成作业。合龙后对拱肋线形及位置实施精确测量，通过扣索和拱顶合龙装置进行精调，调整合格后固定合龙装置，进行各扣段间连接的焊接工作，完成后拆除临时合龙装置，合龙后如图3.21。⑤松扣和卸扣空钢管拱肋合龙、各节段接头焊接完成，封固拱脚(按设计文件实施)，由两铰拱转换成无铰拱后，按设计文件及监控要求逐级松扣。3.9施工观测控制拱肋安装施工观测主要分为六个方面：拱肋轴线控制；扣塔及吊装塔架在拱肋安装中的偏移；拱肋各扣点在各阶段的标高控制；扣索各阶段索力观测；缆索吊装系统主缆垂度及索力观测；吊装锚碇及扣索锚碇的位移观测。3.10研究及实施效果120天完成钢管主拱肋安装工作，实现钢管主拱肋高精度快速合龙，该时间段内包含了钢结构加工单位的焊接时间，统计使用缆索吊机的工作日为65天，累计完成80个吊装节段的安装，至少每个工作日安装1－2个吊装节段；安装主拱肋期间江面为枯水位，钢管拱肋节段最大起吊高度达到260m；吊装期间属于河道枯水期，航道狭窄，北岸的拱肋节段需要从南岸起吊，缆索吊机负重最大行程达到420m。研制的缆索吊机系统顺利完成钢管拱肋吊装，实施取得如下效果：①缆索吊机经过试吊、调试后，在吊装钢管拱肋期间没有出现运行故障，保证钢管拱肋安装连续进行，各部位设计合理，结构构件无异样变形。吊塔－扣塔一体化设计施工，吊塔安装于扣塔上部，吊塔与扣塔铰结，能够适应缆索吊机运行期间的转动需要，结构设计思路新颖。②每个工作日吊装钢管拱肋达到1-2个节段，起吊运行速度2.35m/min，牵引运行速度4.5m/min，安装节段能够快速起吊沿着拱肋轴线方向运输到位，拱肋落位方便快捷。操作人员劳动强度低，提高了劳动效率，缆索吊机运行的各项性能30 优越。缆索吊机系统达到了一天至少安装一个拱肋节段的目标。31 4施工全过程多元参数控制实时监测系统4.1多元参数控制实时监测系统建立的必要性大跨度钢管混凝土拱桥的施工是一个复杂的动态过程，随着工程推进，桥梁结构体系在不断改变，使得表现结构特征的参数也随之变化，因此施工过程中运用实测参数反馈控制方法来减小各项误差，是确保施工结构最大限度地接近理想状态和保证结构安全的重要手段。以往的施工监测体系中，各监测参数是相对独立获得的，并且受气候与监测人员影响，无法连续实时观测。某河道大桥施工中涉及参数很多，包括：结构几何形态、应力、索力等几个部分，需要采用实时监测系统将多个参数及时传到控制中心，及时的向大桥施工技术人员提供预警信息，及时发现和避免结构在施工过程中发生的过量应力和变形等不安全隐患，及时掌握和了解大桥在各种工作条件下的工作状况，以便于工程技术人员及时的采取必要的应对措施，避免危险状况进一步升级，防止危险事故发生。4.2多元参数控制实时监测系统的构成多元参数控制实时监测系统由工作站和外站构成，工作站和外站通过无线信号联系。工作站设置在该公路大桥的监控中心，对外站发回的参数进行统计处理和报警。外站负责大桥施工现场的参数的收集、监测，及时将监测数据传送到工作站。4.3反应多元参数的测点布置、监测仪器的选择及参数测量实时监控系统总测点的布设必须充分的反映结构的受力特性，代表结构最不利位置，大桥的扣索在扣塔顶部设置索鞍，经过现场检验索鞍锟轴转动阻力大，在现场布设传感器应充分考虑前后端扣索应力的差别。通过施工过程多元参数的实时监测,及时反映缆索吊机系统、钢管拱肋、扣索系统等的工作状态。4.3.1对吊、扣塔，拱肋，锚碇变位的参数监测几何形态监测的主要目的是获取或识别已成结构的实际几何形态，该公路大桥的几何形态监测主要是为了获取结构的空间坐标，计算结构构件的变形、偏位、拱肋的几何线形等参数。①建立高精度控制网为保证空间坐标参数的精度，在该公路大桥南北两岸联测后建立高精度的施工平面导线控制网和高程控制网，确定用于空间坐标参数测量的后视目标。后视目标要求清晰、准确，是各部位空间坐标测量的基准，后视目标的准确度直接影32 响待测目标的参数。②空间坐标参数测量仪器选择空间坐标参数测量仪器选用全站仪，该仪器具有自动倾斜纠错功能，适应倾斜角度为±3′47″，在此范围内进行自动倾斜纠正，如果超出该范围仪器将停止工作。与全站仪配套使用的单头反射棱镜和三联反射棱镜组，根据待测目标的距离确定棱镜的选用。反射棱镜组设置于以下部位：1)南北吊塔顶部上下游各布设一组；2)南北扣塔顶部上下游各布设一组；3)南北两岸上下游的第三、第五、第七、第九、第十节段和合龙节段各布设一组；4)南北两岸上下游的吊、扣锚碇处各布设一组。5)安装反射棱镜组的部位准确计算该点的空间位置,现场布设时做到准确无误，充分符合结构的标准工作状态。6)空间坐标参数测量确定测量的统一坐标系统，向全站仪输入仪器本身在坐标系总的空间位置，锁定仪器工作的后视目标，输入温度、气压数据和后视目标的相关参数，利用仪器自动跟踪测量功能，全站仪自动跟踪反射棱镜组，然后锁定目标，读取相关数据，经过数据分析计算，确定目标的空间坐标x、y、z的平均值。在完成所有的反射棱镜组的跟踪测量后，外站形成统一的分析结果，提供出各测量目标的编号、数据的平均值、最大值、最小值和标准偏差以及数据极值出现的时间。外站统计数据按时向工作站传递。4.3.2对扣塔、吊塔应力参数监测应力监测是为了监控结构处于工作状态中最不利荷载位置的应力，为施工过程安全预警提供准确的数据支持。该公路大桥的拱肋吊装期间均进行监测，应力监测是一个连续的量测过程。①确定监测部位扣塔和吊塔是钢管拱肋安装期间主要的承力支承系统，在吊装系统设计过程中采用结构计算的有限元软件对吊塔、扣塔进行模拟仿真计算，确定在缆索吊机运行过程中吊塔、扣塔应力较为凸现的构件，在施工现场安装监测元件，吊机运行过程重点监控。重点监控扣塔塔脚主钢管和吊塔脚的铰座分配梁的应力。②扣塔、吊塔应力参数监测仪器现场监测有一个长时间的过程,并且每次量测始终要以零点作为起点,要求现场安装方便快捷,对于扣塔和吊塔结构应力监测采用钢弦式传感器,钢弦式传感器具有良好的稳定性,具有应变累计功能,抗干扰能力强,数据采集方便等优点。扣塔塔33 脚主钢管应力监测采用内置方式，在安装扣塔主钢管期间及时的将钢弦式传感器安装到位，注意安装牢固，防止主钢管安装期间和泵送主钢管混凝土期间损坏传感器。外站获取传感器的数据后反馈到工作站,经过综合分析,确定应力参数,发布预警信息。4.3.3对扣索、缆索索力参数监测①确定监测部位该公路大桥的扣索系统在扣塔顶部设置索鞍，经过现场检验索鞍锟轴转动阻力大，在现场布设传感器应充分考虑前后端扣索应力的差别。分别在南北两岸1-6号扣索的前后端均布设索力测试元件,设置位置接近锚固端和张拉端,便于监测设备安装和人员的操作。缆索索力测点设在边跨缆索上。②参数监测仪器大桥扣索、缆索索力监测采用频谱仪进行。外站获取数据后传回工作站。③现场校核扣索、缆索索力扣索钢绞线采用液压千斤顶进行张拉，千斤顶的张拉油缸油压和张力近似成线性关系，通过电动液压千斤顶工作时的油压表读数可以求出索力大小，现场液压油表采用0.5级精密压力表。通过求解的索力数据可以校核采用频谱仪监测的索力。现场校核扣索、缆索索力后分析，数值均在允许的范围内。4.4实施效果综述多元参数实时监测系统数据采集是通过测力仪、传感器及Leica全站仪将有关的数据传送到相应的外站，外站将数据综合分析处理后按各自不同的要求传送给工作站，工作站及时进行数据的分析和报警。在该公路大桥施工过程建立了一套多元参数实时监测系统，对缆索吊机系统运行过程的典型部位进行应力和变形、变位监测，对已经安装的钢管拱肋进行实时监控其空间几何形态，确定钢管拱肋的轴线偏位和高程，锚碇的变位，及时的向工程技术人员提供准确的结构状况、缆索吊机系统信息，免除因为人为因素造成的测量误差，保证了结构的安全，极大的提高了工程技术人员的工作效率，增加了数据的可靠度，数据提供及时准确。该系统成功应用于该公路大桥，确保了大桥钢管拱肋的安装工作安全、快捷、顺利进行。34 5钢管砼拱桥的施工监测与控制5.1概述施工监控直接服务于该大桥主桥上部结构施工的全过程，保证该大桥在施工过程中主拱结构应力分布、挠度变化以及吊杆的张力等都处于安全合理的范围之内，特别是确保施工完成时的主拱结构线形与内力(或应力)符合设计要求，为该桥顺利建成奠定坚实的技术基础。根据该大桥钢管砼拱桥的施工方案要求，研究内容包括：在架设主拱钢结构过程中对斜拉扣挂系统索力与标高的控制；主要施工监控方法的研究和监测系统的建立。5.2施工监测5.2.1施工监测概述施工监测是在施工现场通过对主拱结构的线形以及位移(或者变形)监测与应力监测，来得到主拱结构的实际变形和内力分布。通过上述的监测，即时地给指挥机构提供主拱施工状态行为数据，为后一步施工的顺利进行提供决策依据，保证在施工过程中主拱结构的安全和内力的合理。该大桥的施工监测主要分为结构线形(或变形)监测与应力监测两部分：①施工过程中主拱结构线形及位移监测该项测量在每一施工阶段都要进行，并贯穿整个施工过程，其主要内容如下：1)对控制网和水准基点进行复核。2)对各拱段安装过程中的标高和拱轴的测量以及扣塔塔顶的偏移测量。3)对各主拱助拱脚进行变位监测，以监视拱座基础是否有变位产生。4)大气、温度对拱轴线影响的测量。对各主拱肋拱脚、拱顶和节段接头处进行的线形及位移监测，应分为竖直面内的线形及位移监测与水平面内的线形及位移监测两个部分，以准确掌握主拱助的真实状况。②施工过程中主拱结构应力监测通过该项应力监测，可迅速知道主拱受力状况，及时判定主拱应力是否超限。从而可知道主拱安全状况。该项观测在每一施工阶段都要进行，并贯穿整个施工过程。结构应力监测的主要内容是：1)对主拱肋拱脚、L/8、L/4、3L/8及L/2截面钢管与混凝土应力进行监测。35 根据该大桥的特点，采用多种测试手段相结合、相互校核的方法实施对钢管混凝土拱桥结构的应力测试。2)对主拱肋钢管与混凝土进行温度监测，以获得与线形及位移相对应的大气温度以及主拱肋自身温度，为控制分析服务。3)吊杆索力的监测4)用环境激振仪对每根吊杆在各个施工阶段的张力进行快速监测，以获得吊杆真实张力状态。5)扣塔应力监测。该大桥扣塔是该桥施工中最主要的临时设施，为了保证扣塔在吊装过程中的安全，并且进一步了解钢管与混凝土的受力状况，决定对扣塔应力进行监测，并确定在建始岸扣塔中选取四根扣塔立柱，进行钢管及管内混凝土应力监测。5.2.2应力测试仪器布置方案根据施工控制需要对钢管和混凝土应力进行监测。5.3施工控制①监测钢管应力上下游幅拱肋监测南岸侧与北岸侧拱脚、L/8、L/4、3L/8、拱顶截面埋置钢弦应变计。每个截面根据需要埋置若干片，分布于各钢管上下侧与两边。在几个关键的截面处还在腹杆与斜杆上布置了应变计，以更好地监测拱肋的应力情况。②监测混凝土的应力上下游幅拱肋监测北岸侧与建始岸侧拱脚、L/8、L/4、3L/8、拱顶截面埋置混凝土应变计。每个截面根据需要埋置若干片，分布于各钢管内。5.3.1施工控制方法概述由于钢管混凝土拱桥施工中每一个工况的计算模型所采用的计算参数的不确定性(如：钢管砼的弹性模量、材料容重、施工临时荷载等)，因此施工控制必须是能够根据施工中实测的结构反应来修正计算模型，进行系统识别的自适应控制系统。该大桥的施工控制下正是这样一个预告→量测→识别→修正→预告的循环过程。其施工控制的主要内容归纳如下：①复核设计单位提供的各个施工阶段的主拱内力、主拱坐标和主墩的位移。②根据实测数据对合拢段施工方案及主拱桁架的合拢线形提出是否需要调整或者是怎么样调整。③复核设计单位提供的各节段系杆的张拉力，根据各阶段的系杆张拉实测数据提出是否需要调整或者如何调整系杆张拉力。④提出系杆张拉力对主拱线形的影响或者是否需要进行调整。⑤对混凝土浇注的输送过程的加载作业程序提出建议。36 ⑥确定各施工理想状态的内力、位移、稳定性。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全，其次是保证结构的内力合理和外形美观。为了达到这个目的，施工过程中必须对该大桥的结构内力(如主拱应力、扣索张拉力)和主拱的标高进行双控。施工控制流程图见图5.1。5.3.2施工控制的计算模型拱肋吊装计算模型将两个对称悬臂单独建立，扣索采用索单元，拱肋钢管采用梁单元，拱脚的加劲板采用板单元，建立空间有限元模型。计算模型中考虑的主要因素：①斜拉扣索的模拟斜拉扣索的修正弹性模理根据德国学者Ernst首先提出的公式(5.1)进行修正。Ei=1+Eϖ2Lx212A2ó3E(5.1)具体计算为：在第一轮计算中扣索的弹性模量用i-1阶段的索力对索弹性模量进行Ernst公式修正后作为第i阶段的模量，以后各轮迭代，利用上一轮相应的索力，用于本阶段Ernst公式修正计算。37 前期结构分析计算预告变位和扣索索力施工计主拱标高、扣索张拉力、拱脚偏位、温度、弹性模测量计量误差分析主拱安装误差扣索张拉张拉误差温度影响徐变影响修改设计参数结构计算图5.1施工控制框图Fig.5.1Constructioncontrolblockdiagram②千斤顶的模拟和初始索长的确定在有限元程序中，张拉千斤顶的效果相当于改变单元的自由长度。本文采用改变扣索单元的初应变来模拟千斤顶的张拉行为。锚固点和扣点的位置是一定的，设其长度为L，千斤顶向后张拉了X，则定义初应变å0为：å0=L−XL(5.2)"计入进去了。在模拟千斤顶张拉过程中只要将初应变å0进行调整就行了。5.3.3主拱线形控制理论与方法①控制标高的计算理论拱肋在悬臂状态，空钢管在自重和扣索索力以及拱脚反力作用下产生平衡，故拱肋在悬臂状态要产生变形。它应该比裸拱线高，比制造线低。我们可以反推算过来，即：控制标高＝制造线－自重挠度＋索力反力挠度＋温度挠度线yk=yz-yg+ys+yt38(5.3)经张拉后的扣索长度l=L⋅å0修改扣索长度在有限元计算单元刚度矩阵时就 式中：yk—拱肋控制曲线；yz—制造线为工厂加工曲线；yg—自重挠度；ys—索力反力挠度；yt—温度挠度。(所有挠度向下为正)在斜拉扣挂吊装施工中，尚需考虑扣塔偏位对拱肋标高的影响。经计算可知，该大桥的扣塔水平变位对拱肋的标高的影响是很小的，竖直变位虽然影响稍微大一些，但是扣塔的竖向位移是很小的，所以它对拱肋的标高影响也是很小的。在计算拱肋标高时可以按计算值进行修正，也可以不考虑扣塔偏位对标高的影响。②优化索力从式(5.3)看出，控制标高yk和索力分布有关系，我们要对式(5.3)中的右边的第3项进行分析。对同一个标高，索力分布可以有无数多组合；但是对应拱肋应力分布合理的只有一种，也就是对索力优化分析。求解最优化化索力的问题，可转化为有约束的极小值问题。j⎣⎦s.t._0≤s≤[σ]2s=[s1,s2,⋅⋅⋅,sn](i=1,2,···，n)(5.4)__−式中：s——各组扣索索力向量；_——拱轴线上控制点的计算位移；——控制点的的期望位移；k——优化计算迭代次数；s——钢管许应力。现在很多关于索力优化的论文，但是有些论文里并没有包括索力挠度的修正，_即uj不是索力s的函数。包含力反力挠度的索力优化程序见图5.2，在做初次计算时，可以将制造线作为试算控制标高，这种计算收敛的比较快。由于钢管混凝土的吊装阶段没有混凝土的收缩徐变，在前进法计算中就与时间没有关系了，因此可以直接得到倒退法的计算开始状态。即：使用优化计算的方法得出索力分布，然后该索力的状态的原始索长为初始状态进行倒退分析，使计算过程变得相对简化。该法巧妙的绕开了混凝土的收缩徐变，是钢管混凝土拱桥施工控制的一个有效计算方法。39⎡⎤minf(s)=∑⎢uj(sk)−uj(sk−1)⎥u≤uj(s)−uj≤u(j=1,2,⋅⋅⋅,n)uj(s)uj ③控制方法通常控制方法有动态调索法和预抬高法。所谓动态调索就是根据上面的理论计算的控制标高，每安装一个节段就将每个扣点位置张拉到控制标高上，按实际的施工过程进行模拟；该方法施工精度好，对拱肋线形和内力都有比较合理的分布。但是张拉次数较多，造成施工繁杂，要相对较长的施工时间进行索力调整。预抬高法则是一次将扣索张拉到位，在以后的施工过程中不再进行调索工作，要进行前进分析和倒退分析计算。该法施工简单，只要进行一次张拉，加快施工进度。但是由于施工中的计算一些不可精确确定的参数而使计算结果和实际施工的状态有一定的误差，这些参数包括扣索张拉不均匀，扣索的初始弹模及垂度引起的非线性，拱肋自重和索鞍摩擦系数等等。虽然有卡尔漫滤波和灰色系统等误差分析进行修正，但是一旦施工顺序有所调整，其结果将很难与实际状态相符。用式修正标高计算控制标高优化计算控制索力索力反力挠度重力挠度图5.2索力优化程序Fig.5.2Cableforceoptimizationprocedures联合控制法，即动态调索法与预抬高量联合应用。这样可以达到索力优化的目的，减少地锚和塔架的工程量，具有一定的经济适用性；也可以在保证拱轴线准确合拢的基础上减少调索的工作量，因此在多吊段的大跨径钢管混凝土拱桥有较高的适用价值。该大桥采用第三种方法。经分析和研究决定，11吊段前7吊段采用预抬高控制，后4吊段采用动态调索控制。40(5.1) 实际应用结果表明：这种方法施工比较简捷，线形控制方便，适应性强。适合于大跨径斜拉扣挂体系桥梁的施工线形控制。5.4施工过程监控5.4.1吊装过程中的稳定性分析为了减小拱脚的安装应力，利于拱肋的线形调整，该大桥拱肋的拱脚处设置成为铰，并且在铰上设置了薄板构造。经计算发现，拱脚的板结构是最容易发生失稳的，稳定系数只有1.8左右。也就是表示板在受较小的荷载就会出现失稳，这是结构的局部失稳。但是如果不考虑板的作用(不记入板的影响)，就是反映的整体稳定性。可以看出，板对结构的受力影响是很小的，也就是当板受到比较小的力的时候，就发生失稳退出工作；所以我们可以得出板对结构的稳定是没有贡献的。而且我们可以看出，一般都是拱脚的铰构造首先发生失稳。5.4.2扣索释放分析为了控制拱肋应力在容许范围内及线形变化幅度不超过6cm，保证扣索索力释放工序顺序进行，经多种方案比较，该大桥采用以下的索力释放顺序。扣索索力释放顺序从拱顶向拱脚逐根进行，具体施工过程如下：工况1——释放6号索的一半索力；工况2——释放5号索的一半索力；工况3——释放4号索的一半索力；工况4——释放3号索的一半索力；工况5——释放1号索全部索力；工况6——释放6号索剩余索力；工况7——释放5号索剩余索力；工况8——释放4号索剩余索力；工况9——释放3号索剩余索力；5.4.3钢管内混凝土灌注①混凝土的灌注顺序及其对主拱线形的影响1)钢管内混凝土的灌注顺序该大桥拱肋的混凝土的灌注采用泵送法。全桥的拱肋共有8根主管，分8次灌注主管。钢管内混凝土采用从拱脚方向向拱顶方向分三段顺序接力泵送混凝土，每灌一根后，钢管内的砼达到设计强度的80%后方可再灌注另一根。2)对主拱线形的影响41 灌注时，混凝土是逐渐硬化的；在混凝土灌注和硬化过程中，对结构有两个方面的影响，一是混凝土的自重荷载施加在钢管上，二是混凝土的硬化使得钢管混凝土拱肋整体刚度增加。在灌注过程中，一般要求对称均衡的原则进行施工，分别会对拱肋产生竖向和横向的变形。它对结构轴向(横向)产生的影响有：1)混凝土的硬化会对整个拱肋的刚度提高，这样灌注是逐步的，刚度是慢慢加大的，并且各根钢管增加的速度不一样，钢管内的应力储备也就不一样，同时在整个拱肋会产生轴向偏位。2)液态混凝土作为荷载时，对拱肋产生的是偏载作用；所以在单侧灌注是，会对两条拱肋产生不同的压缩；这样就产生了拱肋长度不等。虽然差值比较小，但是对拱肋轴向影响是比较大的。第一点和第二点对拱肋轴线影响是刚好相对的。也就是当整个拱肋的横向联结比较强，灌注对轴向刚度影响大时，全部灌完会向先灌侧偏移。但是当横向联结系较弱时，则第二点就比突出，也就是全部灌完后，整个拱轴线会向先灌注的另一侧偏。当两者影响量相当时，整个灌注过程度拱肋轴线不会产生很明显的变化。通过该大桥的计算分析，比较了几种灌注顺序分别对拱肋轴线的影响。发现对轴线影响并不是很大，但是有一点，就是在灌注完成后轴线向先灌注的另一侧产生偏移，虽然不大，但是我们能够从中看出拱肋长度比横向刚度对轴线的影响要大。3)灌注过程的稳定性混凝土灌注加载过程除强度计算，稳定计算显得非常重要。施工稳定主要考虑一类稳定问题，即平衡分支失稳。因为一类失稳具有突发性和灾难性，且计算理论上采用求特征值的方法，当不考虑材料非线性时求解比较容易。由于考虑材料非线性后，其稳定系数会降低，且这类失稳具有灾难性，一般要求弹性稳定系数应在4～5以上。稳定计算只考虑钢管及其混凝土的自重和结构作用，抗风索作为安全储备。为了研究灌注顺序对拱肋稳定性的影响，对比分析了两种灌注顺序。顺序一是实际灌注顺序，顺序二是比较计算。计算模型分40种工况，每根分液态的1/8，1/4，3/8，1和凝固后的整根。经计算，在未灌注前，拱肋的稳定系数为11.392。在浇注过程中，稳定系数是越来越低，在灌注完一根后，凝固后的稳定系数有所提高，但是提高得不多。5.4.4桥面系的施工①桥面系施工的计算内容该大桥由于桥面系的数量较大，并且是分批分段形成的；桥面系是作为荷载42 施加在钢管混凝土拱肋上的；由于分阶段施工，横梁与桥面板也就分时间阶段吊装。整个结构的二次刚度是逐渐形成的，这对拱肋的受力与线形有很大的影响，所以桥面系(主要是横梁与桥面板)的施工顺序是很重要的。桥面系计算的主要内容有以下几方面：1)吊杆长度的计算。吊杆的下料长度对桥面的线型有较大的影响。吊杆下料长度采用无应力长度的修正值(根据当前的拱肋线形)。而无应力长度可由理想的成桥状态的有应力长度减去弹性伸长量得到。2)横梁的计算。横梁的安是属于在拱肋上加载的过程，会引起拱肋的线形变化，引起钢管、混凝土的应力的增加。应该注意横梁安装的加载顺序。加载时的注意事项：两岸对称施工，两岸进度差不能超过设计容许值；在横梁安装时，应该观测拱肋的变形程度，防止拱肋变形过大；横梁的安装顺序建议按照设计的安装顺序进行。3)桥道梁的计算桥道梁(包括行车的道梁与人行道梁)安装亦属于在拱肋上加载的过程，会引起拱肋的线形变化，引起钢管、混凝土的应力的增加。桥道梁加载时应注意：两岸对称施工，两岸进度差不能超过设计容许值；在桥道梁安装时，应该观测拱肋的变形程度，防止拱肋变形过大。5.5施工监控结论5.5.1施工过程中拱肋变形监控结论主拱结构施工计算分析所得出的主拱主要截面变形值与实测变形值基本吻合，主拱的线形变化得到了合理的控制。拱顶截面理论计算变形量与实测上、下游拱肋的拱顶截面变形量在允许的范围内，此实测数据不包括行车道桥面沥青铺装所引起的拱顶变形量(行车道桥面沥青铺装未做)。同时，这也说明在结构计算中钢管混凝土组合截面的刚度取值是合理的。5.5.2主拱肋应力监测结论①施工监测的实测值与计算值基本吻合,计算方法正确；钢管混凝土拱桥的组合截面形成后，受力由两者共同承担。②钢管混凝土拱桥在组合截面形成后，应力重新分布，其中钢管的应力增量明显减小。③在钢管混凝土拱桥的设计与施工中，钢管的应力处于低应力状态，拱脚截面钢管最大应力为157.6MPa，是其极限强度的50%左右,也就是说钢管处在弹性阶段，安全储备系数较高。④虽然混凝土是与钢管共同承受结构荷载，但是在相当长时间里，混凝土局部应力可能是拉应力，并且在成桥和使用阶段混凝土的压应力比较小，拱脚截面43 钢管中砼最大压应力为16.046Mpa，也能够逐渐发挥混凝土的高强作用。5.5.3斜拉扣挂法架设钢管拱肋的实践斜拉扣挂法架设钢管拱肋是同类桥普遍采用的一种施工方法，该大桥也采用该方法架设主跨钢管拱肋。扣索动态调索法和预抬高量控制法综合应用较好的解决了钢管拱肋架设过程标高与索力控制中两个主要控制指标。5.5.4施工控制的理论与方法该大桥施工控制包括：扣索动态调索法和预抬高量控制法综合应用在拱肋吊装的仿真模拟计算；拱肋内混凝土灌注的仿真模拟计算；桥面系的施工加载的仿真模拟计算；全桥结构施工模拟所采用的前进分析与倒退分析法；以及各阶段的应力测试，还有混凝土徐变、收缩的影响分析等。44 6结论及展望6.1结论①在该桥施工中，采用特大跨度(L=376m)的缆索吊机吊运拱肋梁段，斜拉扣挂体系扣定拱肋梁段并调整几何精度，成功地将钢管拱肋高精度合龙成拱，保证了钢管混凝土的整体性。②全面完善了特大跨无支架缆索吊装系统，使特大跨拱桥采用无支架缆索吊装施工成为可行，促进了桥梁施工技术进步。③拱肋安装的线形(几何精度)控制方法，有效可行，操作简便，能快速实现拱肋节段定位，加快了桥梁施工速度；施工过程中多元参数(如塔顶偏位，拱肋轴线及标高变化等)控制实时监测系统的研究与应用保证了大桥建设的顺利进行。④采用大跨径钢管混凝土拱桥无支架吊装斜拉扣挂工法，开发了一套缆索吊机系统，顺利实现特大跨度拱桥拱肋梁段的吊运就位及悬拼安装。探索出了降低施工用材料消耗并实现大跨径拱桥的一种有效施工方法。6.2直接经济效益①减少吊装索塔万能杆件等，节约资金280万元。②节约卷扬机拉梢劳动力等，本项节约资金25万元。③减少吊装索塔万能杆件使用、安装等费用，本项共节约资金280万元。6.3存在的问题和改进方向大跨缆索吊机系统不存在实施中的困难问题。改进方向：缆索系统的主索采用强度更高的材料，适时调整主缆重载垂度，可使缆索索跨增加到更大的跨度或增加缆索吊机系统的承载能力。45 致谢本文是在导师张亮亮教授、庄卫林教授级高工的严格要求和精心指导下完成的。从论文的构思、选题，到论文的每一细节部分都凝聚着导师的心血。在两年多的研究生学习期间，导师以其严谨的治学风格、渊博的学术知识和积极创新的生活态度，使作者受益匪浅。导师还给予了我很多生活上关怀和帮助，感激之情无以言表，谨在此表示衷心的感谢!感谢四川建筑职业技术学院能够给我提供良好的学习工作环境，同时感谢人事处王军等同志给予我工作上的支持，使我有足够时间潜心撰写学位论文。还要感谢我的妻子王英英女士，在我做论文期间承担了所有的家务，是他们一直支持着我，鼓励着我，使我能够不断前进，并得以顺利的完成学业。最后，感谢评阅论文的各位专家、教授，请不吝赐教。张道平46二OO七年十月于重庆 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