斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究

斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究

发表时间：2018-11-13T16:45:16.917Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第22期作者：何代军[导读] 在斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究中，是一项综合性较强的系统性工作。中国铁建港航局集团有限公司广东省珠海市 519070

摘要：社会经济的快速发展，对斜拉桥施工技术带来了新的机遇与挑战，有必要对其索力控制与优化展开深入研究与探讨，并采取最优化的实施措施，达到事半功倍的施工效果。本文就斜拉索张拉展开了详细研究，望该课题的研究，对后续相关工作的实践能够起到借鉴与参考作用。

关键词：斜拉索；张拉；索力控制；优化

1前言

在斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究中，是一项综合性较强的系统性工作，如何取得最为理想的效果，保证顺利进行，备受业内人士关注。本文从实际出发，结合相关先进理念，对该课题进行了深入研究，阐述了个人的几点认识。2工程概况

金南大桥长度为600m，属特大型桥梁，桥跨组合为150m+300m+150m，桥梁标准宽度为31.5m；采用双塔、双索面、密索、对称扇形布置、预应力砼倒梯形断面主梁、塔梁分离的漂浮体系结构。

斜拉桥主要由索塔、主梁和斜拉索3部分组成。

（1）索塔采用“H”形索塔、空心薄壁箱型截面。由塔冠、上塔柱、上横梁、中塔柱、下横梁、下塔柱组成。（2）主梁采用预应力砼分离式倒梯形断面，梁中心高3m，顶板厚0.3m，三角箱型底部宽2.5m，侧腹板厚0.25m，竖腹板厚0.35m，箱梁全宽31.5m。

（3）斜拉索采用空间双索面体系，全桥共100对斜拉索。斜拉索采用单根环氧喷涂钢绞线，直径φj15.2，抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，弹性模量Ep＝1.9×105MPa；多根钢绞线并置集束后外套哈弗HDPE套管进行索体防护，拉索锚具采用M250拉索体系配套锚具。

其挂索工艺原理为：先利用塔吊及第一根钢绞线牵引将外PE套管进行拉直，然后利用专用循环牵引动力系统进行循环挂索施工；钢绞线锚固时采用等值张拉原理进行单根张拉，使得挂设完一根索时，内部每根钢绞线的索力基本一致，二张时进行整体张拉。待索力转换后，进行第三次张拉。安装索箍、及减震器。最后根据监控单位监测结果，调整部分索索力至监控指令要求。待索力达到要求后，进行锚具防护处理。

3斜拉索张拉

3.1张拉前的准备工作

①检查临时锚固是否稳固牢靠，拆掉牵引索连接接头，保证拉索上没有任何额外的挂件。

②将锚垫板上的油污、废渣等杂物清理干净，确保板面清洁干燥；检查锚具、锚垫板是否对中。

③检查张拉设备的电源是否安装到位，校验油表、液压油泵和千斤顶的标定。

④备齐张拉所需的计算资料，如每次张拉的力值、张拉次数、换算的读数、梁面的标高变化值、塔柱的偏移值、拉索的理论延伸量等等。

3.2单根张拉

（1）套管承重钢绞线张拉

HDPE套管吊装就位后，将预先穿在其中的那根钢绞线分别穿过塔端、梁端的锚具，将梁端锚固。在塔端利用YDCS160单根张拉千斤顶缓慢张拉钢绞线，使HDPE套管缓慢升起至相应位置。此时开始循环挂索。为了避免套管垂度对基准钢绞线张拉产生的非线性影响，原则上使套管垂度小于基准钢绞线垂度，如果一根承重钢绞线未达到要求，则利用两根钢绞线作为承重钢绞线。

（2）基准钢绞线张拉

待承重钢绞线张拉结束后，即可进行钢绞线的穿束和张拉。对于大跨径双塔斜拉桥，随着平行钢绞线斜拉索的挂设、张拉，主梁和索塔随即发生变形，锚固点间距离逐渐缩短，先张拉的钢绞线则出现内力损失，张拉力逐步降低。因此，斜拉索内部各钢绞线内力是互相影响的且不断变化的，确定钢绞线张拉力为斜拉索施工的难点、重点。基准钢绞线作为后续钢绞线张拉的参照，器索力计算控制尤为重要。计算基准钢绞线张拉力T按设计索力的平均值乘以计算的超张系数K来确定：式中：

N：斜拉索整索目标索力；

n：钢绞线根数；

E：钢绞线弹性模量；

A：单股钢绞线面积；

h：桥面抬升量；

α：斜拉索与主梁夹角；

l：夹片回缩值；

l’：温度、混凝土变形等因素考虑值；

L：钢绞线计算长度。

（3）普通钢绞线张拉

为使每根索中各钢绞线索力均匀，采用等值张拉原理进行张拉，每根钢绞线的拉力以张拉油泵压力表读数为主，传感器读数为辅进行控制，即张拉油压与传感器双向控制。所以，挂索前有必要对每根钢绞线张拉力做详细地计算。具体操作过程：

①在基准钢绞线穿过锚具孔后依次装上传感器支座1、传感体（连接显示仪）、千斤顶、单孔工具锚；

②用YDCS160单根张拉千斤顶缓慢张拉基准钢绞线至控制应力T（注意要分级张拉），临时锚固后，传感器显示仪显示当前状态下索力情况，记录数据；

③穿入第一根普通钢绞线，在单根张拉千斤顶尾部安装传感器2；

④缓慢张拉钢绞线，此时会发现传感器1示数下降，传感器2示数上升；

⑤当示数1=示数2，停止张拉，上夹片锚固。查看油表读数，换算成张拉力是否和此根钢绞线张拉力计算值在理论误差范围内；

⑥锚固后，拆除传感器2，以备后用；

⑦重复上述操作直至最后一根钢绞线张拉结束，补张承重钢绞线。张拉过程中，两塔柱内应按照同跨上、下游同步进行；

⑧拆除传感器1，并重新将基准钢绞线张拉至传感器1最后显示的值。

3.3减振措施安装

（1）利用专用紧索器按正六边形截面将整束紧固成形，对于不满足排列成正六边形的索，需填充1米长的钢绞线作假索以使其形成正六边形截面。

（2）索箍和减振器按设计位置进行安装，拧紧索箍紧固螺栓，减振装置不作最后固定，待整体张拉、全桥调索结束后再进行。

3.4整体张拉

单根张拉施工结束后，理论上斜拉索索力未到达设计或监控要求值，为进一步提高索力均匀性，采用大吨位千斤顶进行整体张拉至目标值。

具体操作过程：

整体张拉位置在塔端锚垫板处，先安装配套张拉连接套、张拉杆和张拉撑脚，安装YDCS5500千斤顶、工具锚。缓慢施加油压，将单根钢绞线临时夹片拔出，拔出时读取油压值，换算成力验证单根单张拉结果。整体张拉，分级进行，张拉至目标值。

利用JMM-246动测仪实时测试拉索基频，算出索力，查看是否需要调整。

张拉完成后，锚固。

3.5前支点挂篮的索力转换

当砼强度达到设计指后即可进行索力转换，将施加在前支点挂篮上的索力转换至砼梁段上。（1）将锚具工作螺母旋紧使之与锚垫板密贴。

（2）启动油泵使千斤顶活塞打出一定长度，旋紧张拉螺母，继续开动油泵，使活塞伸出，以达到能旋松锁紧螺母的目的。（3）千斤顶卸压回程，锚具工作螺母支撑到锚垫板上，索力转换完成。

在操作过程中，首先检查设备的安全使用性，卸压回程保持缓慢匀速且各工作点同步。

4分析拉索的安全性

4.1被活载引起的最大索力

在非线性几何分析大跨度斜拉桥时，分析的初态应该为恒载状态，分析活载的内力。如果斜拉桥的跨度不大于600米，可以使用线性挠度来对其进行分析。在初始状态下，可以对索力的影响线进行直接计算，通过一次性加载，将最不利的加载位置分析出来。

首先，通过非线性专用和桥梁线性，并使用系统BAP活载分析程序，能够将斜拉索的索力影响线分析并计算出来[3]。其次，按照最不利的位置来对索力影响线进行布置。

最后对其影响线进行加载，能够将不同活载形式得到的最大活载索力增量求出来。

4.2分析恒载索力

通过优化方法能够得出设计阶段拉索的恒载索力。但是实际施工中计算理论的简化以及其他因素都会对索力产生直接的影响。在完成施工之后，为了得到成桥索力还要对其进行调索。在桥梁的运营过程中，桥梁结构会受到各种因素的影响而出现局部或者整体损伤，例如温度影响、环境侵蚀、荷载作用等等。

4.3分析安全性

按照一定的方法可以求出拉索95%强度保证值的安全系数。活载在不同的检测期会有所差别，从而影响安全系数，但是变化值较小。因此在进行拉索安全系数计算时只需考虑断丝概率的演化公式，不必考虑活载的影响。

5结束语

总之，在当前各种条件下，斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究工作的实践中依旧存在着多方面的问题，我们应该从这些问题的实际情况出发，深刻分析其产生的多方面原因，统筹并进，多措并举，克服该项工作中的诸多难点问题，进而获得最为优化可行的实施策略与效果。

参考文献

[1]孙德君.对我国铁路斜拉桥发展的探讨[J].工程科学，2016（21）：88-89.

[2]马文田.混凝土斜拉桥的施工控制与索力调整[D].广州：华南理工大学建筑工程系，1997.

[3]西安公路学院，同济大学.桥梁设计[M].北京：人民交通出版社，1961.