悬索桥主缆索股架设和线形控制问题探讨蔡依花

悬索桥主缆索股架设和线形控制问题探讨蔡依花

蔡依花

广东省公路建设有限公司虎门二桥分公司广东511447

摘要：悬索桥是以主缆为主要承重构件的柔性悬挂桥梁结构体系，主缆是悬索桥承重传力的主要结构件。悬索桥主缆架设和线形控制是悬索桥上部结构施工的关键问题，保证主缆线形的重点是线形设计计算理论和架设施工、线形控制。施工是影响悬索桥主缆线形的主要因素，从主缆索股制造、架设施工和监控调整三方面分析目前存在的问题，探讨解决施工问题的措施和方法。

关键词：悬索桥主缆线形控制索股制造架设线形调整

1、概述

我国悬索桥主缆主要采用预制平行钢丝索股(PPWS)方法架设，悬索桥主缆和成桥线形直接影响悬索桥结构受力和安全，也直接影响悬索桥美观。为确保成桥后的结构内力和几何线形符合设计要求，结构内力处于最优状态，悬索桥施工过程中必须进行严格的施工控制。悬索桥线形控制，特别是主缆线形控制，一直是悬索桥施工控制的重点和难点，国内外学者和工程师都对此进行了深入的理论研究和实际研讨。目前我国悬索桥线形控制达到了一定水平，但不可否认仍有些悬索桥线形控制存在一些问题，影响悬索桥结构的长效安全，或消耗了材料安全系数。本文主要讨论悬索桥主缆架设和线形控制问题，重点关注主缆制造和架设施工对主缆线形控制的影响。

2、悬索桥主缆架设和线形控制

我国悬索桥主缆主要采用PPws架设方法，与传统的空中纺丝法比较，有一定技术优势。主缆施工是悬索桥施工的重要施工环节，主缆架设施工就是将一根根平行钢丝组成的预制索股跨越塔、锚结构，二端锚固在锚碇，整体形成承重传力的主缆结构。

2.1悬索桥主缆线形控制理论基础

悬索桥设计计算理论经历了弹性分析理论，扰度理论到有限位移理论的持续发展，这些悬索桥设计计算理论主要都是分析计算主缆的。现代的有限位移理论较全面地考虑各种因素的影响，可以采用计算机进行精确计算，使计算分析结果更接近结构实际受力。悬索桥主缆线形计算，以主缆无应力长度不变为基础，根据一些基本假定条件，可以对成桥主缆状态、施工过程和空缆状态的不同工况进行系统分析计算。由成桥的设计主缆线形反推施工过程和空缆线形；通过主缆架设、施工过程调整，控制空缆线形，最终实现成桥主缆线形。由于悬索桥主缆分析技计算理论逐步完善和先进的计算机技术辅助，国内已研究出不同版本的分析方法和软件[1]近年来多座悬索桥通过不同计算软件的计算的主缆线形结果相互复核，表明线形控制的主缆索股长度的精确计算比较容易实现[2]国内悬索桥主缆线形控制设计计算的基本理论，经过了专家学者20年的持续应用改进，近年增加了对主缆刚度、索鞍和索夹等单元构件、二次应力等影响的分析，通过研究其对主缆线形的影响[3][4][5]在结构计算中进一步提高了主缆线形计算精度，使主缆线形控制理论更加完善提高。

2.2主缆架设和线形控制的主要问题

悬索桥线形的施工控制以主缆架设阶段控制为主，主缆架设施工控制的重点是确定主缆的空缆线形。通过主缆架设过程控制，确保主缆线形最大限度地接近设计空缆线形，保证最终悬索桥上部结构内力和线形尽可能地接近设计成桥状态。悬索桥主缆架设和线形控制的主要工作有：基础资料、数据收集整理，施工过程程序分析计算(主缆索股无应力长度、索鞍予偏量和空缆线形等)，架设基准索和一般索股并进行线形控制，索股锚跨张力调整和控制，索夹初始安装位置确定和吊索无应力长度控制，紧缆和安装索夹、吊索等。

悬索桥主缆线形控制与主缆索股制造和安装过程关系密切，施工控制的主要体现就是主缆的架设精度。很明显，这一控制过程除设计和控制专家的理论计算分析外，涉及主缆钢丝原材料、PPWS制造、架设恢复索股形状、主缆索股线形调整、紧缆、索夹吊索安装、吊梁和二期恒载等一系列工序。

3、悬索桥主缆架设与线形控制的主要施工控制环节

悬索桥主缆线形主要受设计计算理论和施工条件、施工过程影响，其中与施工有关的主要是主缆索股制作质量精度，主缆索股架设质量和索股线形控制调整精度。

3.1主缆PPWS制造长度精度控制和线形控制

我国是20年前开始悬索桥主缆预制索股制造。经过20年努力，从主缆钢丝、盘条依赖进口，到预制索股出口美国等国家。经过虎门大桥、润扬大桥、舟山西堠门大桥等项目系统的索股制造和放索试验，确定和改进制索、放索技术，完善索股生产线设备和工装。现在高强度镀锌钢丝盘条实现了国产，具备91丝-169丝规格超2000m跨度悬索桥PPWS的生产能力。

从架设现场反馈情况看，国内主要索股生产线不再存在早期项目出现的索股制造问题，主缆索股制造尺寸精度和整体质量基本满足线形控制的要求。现场问题主要有索股放出后仍存在变形，索股标记处出现滑动，同标记长度存在错位；放索尾端由于是制索前段，又积累放索过程的索股变形，出现扭转鼓丝较多。目前采取的线形控制措施是继续提高和稳定钢丝质量，严格标准丝控制长度和长度标志，对索股不同位置根据需要应用不同的缠带间距和张力，缠丝限定在放索前进方向等一些措施，减少现场索股变形、标记变位和扭转、窜丝等。

3.2主缆PPWS架设和线形控制

悬索桥主缆索股架设是在猫道上完成，事先要架设猫道工作平台，猫道平台会影响主缆架设和后续工作，猫道结构本身也会影响线形控制。主缆索股架设索股放出后首先需要恢复PPWS特征，保证索股平行钢丝、六边形、无鼓丝窜丝弯丝、不扭转。放索过程中需要进行跟踪观察，全程及时纠正断带、扭转和弯折等问题，保证索股基本形状。架设时的一项主要工作是整形入鞍，多年形成的书面工艺都是将索鞍处的一段索股（六边形）整理为紧密四边形，辅以专用夹具夹紧，缠上包带，按标记位置置入索鞍[6]。

目前比较重视和强调弹模和温度影响，但较少分析现场施工的影响，实际上施工效果对线形的直接影响是比较大的。施工时必须强调主缆索股的架设质量，要使索股钢丝保持平顺平行，不能交叉、扭转。

3.3索股调整和线形控制

悬索桥主缆施工和检查验收标准提出了索股和主缆的线形控制要求，不同标准数值有些差别。基本要求是：主缆中跨跨中±L/20000，边跨跨中±L/10000，主缆上、下游高差10mm，其他索股相对于基准索股高差0，+10，锚跨索股力偏差10KN，成桥主缆空隙率偏差±2%，主缆直径不圆度偏差2%。索股线形控制主要把握索股垂度控制和锚跨张丽调整控制。

（1）垂度控制

主缆PPWS架设后调整是控制和保证主缆线形的关键施工阶段，我国采用主缆预制平行钢丝索股架设方法，现场同时应用两种方法：标志法和垂度调整法。垂度控制分为基准索控制和其他索股垂度控制，监控对基准索股比较重视，采用绝对值控制，在调整到位后，还要稳定观测几天。基准索垂度主要受现场跨度、塔偏、塔高、施工温度及其他参数影响。主缆索股架设时白天用标志法，利用工厂制造是在索股标明的各鞍座中心标志，架设时将此标志与鞍座中点对应（留予偏量）安装；夜晚用垂度调整法，就是在温度稳定的夜间与基准索股比照，进行架设索股垂度测定和调整。主缆的线形控制包括基准索股线形控制和一般索股的线形控制。其中基准索股的线形是基准值，一般索股是根据与基准索股的相对高差来安装的。因此，大跨度悬索桥主缆架设过程中，基准索股的施工控制是关键。基准索股架设完成后，一般索股架设前应该注意要有一定的预抬高，以防止挤压其它己调好的索股，调整时必须保持基准索股处于自由状态。

（2）锚跨张力控制

锚跨线形实际上也是悬链线，但因其跨中标高难以测量，而锚跨跨中垂度与锚固端拉力有着固定的力学关系，因而锚跨索股架设选取锚跨的张力作为控制参数。锚跨张力的调整是在边跨线形调整好，启动张拉千斤顶通过控制索力的办法进行调整。每根索股的实际拉力控制在规定监控值范围之内。由于锚跨索股散布角度不同，索股锚跨张力是不等的，由此派生了二种施工控制方法，一是先等应力张拉，架设完成后再集中调整一次[7]；二是分别按各索空缆承担应力一次张拉到位[8]。

4、结语

结合工程实践，通过以上分析探讨，可以认为悬索桥主缆线形控制设计计算理论问题基本解决，现有线形计算和控制理论，能够满足主缆线形控制的工程要求，索股施工架设和线形控制调整是应该重视的问题，体现在三个方面，一是主缆索股制作必须达到设计精度要求，使主缆索股标记能经过基准索股架设观察稳定修订后，能成为其他索股架设和调整的参考依据。二是目前条件下，主缆索股架设时和架设后，必须要利用工装器具，保持和恢复主缆索股正常形状和正常标记位置；索股定位和整形入鞍要探讨合适的工艺，既能保证架设速度，又能保证质量。三是线形监控调整方法要满足简便和可靠的技术要求，能够得到真正实施，特别是要让制索标记在架设中发挥作用，简化线形控制张拉调整工序。

目前由于施工和操作原因，客观上给主缆线形造成了误差，但主缆的架设误差调整可通过实测主缆线形、温度，以成桥设计线形为目标，反算出各跨主缆的无应力长度，重新计算出索夹位置和吊索长度，通过控制索夹安装位置和调整吊索长度消除主缆架设误差的影响。加之悬索桥主缆吊索等构件，设计保留了可靠的安全系数，这样补救了施工存在的问题和造成的缺陷。如果能解决以上索股制造、安装架设和调整施工中的一些问题，必定大大提高悬索桥主缆的功效，延长安全使用寿命；或可降低设计安全系数，节省材料。

参考文献

[1]唐茂林大跨度悬索桥空间几何非线性分析与软件开发（博士学位论文）[D]成都西南交通大学2003年

[2]吴伟胜,王仁贵悬索桥主缆线形计算与施工控制[J]公路2005年11月第11期p1--8

[3]严昆、沈锐利、陈卫国等抗弯刚度对主缆线形的影响[J]桥梁建设2011年第1期p22--25

[4]齐东春、沈锐利、陈卫国等悬索桥结构分析中鞍座单元研究及应用[J]桥梁建设2011年第1期p35--38