韓宏光

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司遼寧分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003]

1 工程概況

本項(xiàng)目實(shí)施對(duì)象為一座偏東西走向單塔斜拉人行天橋，共由8 跨組成。其中主橋?yàn)? 跨單塔斜拉橋，跨徑布置為2×47.25 m；橋塔采用門(mén)式鋼筋混凝土索塔，結(jié)構(gòu)體系采用塔墩固結(jié)，塔梁分離，在塔墩處主梁下設(shè)置豎向支撐- 半漂浮體系；拉索采用輻射型雙面索，以索距為10 m 的中密索布置，塔每側(cè)設(shè)4 對(duì)索，每根索由2 根標(biāo)稱直徑28.5 mm的鋼絲繩（19×W19 非轉(zhuǎn)扭式普通右捻（z）鋼絲繩，日本KOKOKW 鋼鐵會(huì)社生產(chǎn)）組成。進(jìn)行換索設(shè)計(jì)時(shí)，新索采用規(guī)格為37φ5 的平行鋼絲，鋼絲強(qiáng)度為1 770 MPa。拉索布置立面圖、平面圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 拉索布置立面圖(單位：cm)

圖2 拉索布置平面圖(單位：cm)

2 換索施工控制分析

2.1 斜拉索換索方案

該橋所處位置下方為鐵路，日營(yíng)運(yùn)火車較多，經(jīng)與鐵路部門(mén)溝通，橋下無(wú)法采用臨時(shí)支撐作為防護(hù)。為保證本項(xiàng)目換索工程順利進(jìn)行，決定采用臨時(shí)斜拉索方案來(lái)代替橋下臨時(shí)支撐方案。經(jīng)多方單位共同商議，確定了換索工程的施工方案：

（1）安裝臨時(shí)索并張拉。

（2）拆除舊索。

（3）安裝新索并張拉。

（4）拆除臨時(shí)索。

（5）根據(jù)索力和標(biāo)高的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后再調(diào)整拉索索力。

2.2 斜拉索索力控制

斜拉橋在換索施工過(guò)程中，斜拉索會(huì)因不同施工階段而受力不同，每當(dāng)進(jìn)行一個(gè)施工階段時(shí)，斜拉索的索力都會(huì)進(jìn)行一次重新分配[1-2]。因此，需要對(duì)換索施工控制過(guò)程中不同施工階段的索力影響因素進(jìn)行分析[3-4]。

索力的測(cè)量一般有磁通量法、傳感器讀數(shù)法、油壓表讀數(shù)法和頻率法。

該橋斜拉索索力測(cè)試采用頻率法。頻率法是利用精密拾振器，拾取斜拉索在環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大和頻譜分析，先根據(jù)頻譜圖來(lái)確定斜拉索的自振頻率，再根據(jù)自振頻率與索力的關(guān)系來(lái)確定索力值。用頻率法測(cè)定索力，設(shè)備可重復(fù)使用。利用現(xiàn)有儀器及分析手段，所測(cè)定的頻率精度可達(dá)0.005 Hz。

換索施工過(guò)程工況說(shuō)明見(jiàn)表1。

表1 換索施工過(guò)程工況說(shuō)明

通過(guò)對(duì)不同施工階段索力的監(jiān)測(cè)，得到各個(gè)工況下索力的實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖（見(jiàn)圖3～圖6）。

圖3 工況1、2 下原斜拉索的索力實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖

圖6 工況4、5 下新斜拉索的索力實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖

由圖3 可知：換索前索力實(shí)測(cè)值分布沒(méi)有一定的規(guī)律性，且左右不對(duì)稱，索力最大的索為3AN 號(hào)斜拉索，索力最小的索為4AN 號(hào)斜拉索；換索前索力實(shí)測(cè)值與理論值變化趨勢(shì)基本一致。由于換索前該橋斜拉索已運(yùn)營(yíng)30 a 且已有損傷，主梁標(biāo)高也有不同程度的下?lián)?，因此斜拉索的索力值分布不一致屬正常現(xiàn)象。由圖4 可知：張拉臨時(shí)索后，主梁恒載由臨時(shí)索與原斜拉索共同承擔(dān)，臨時(shí)索分擔(dān)了一部分原斜拉索的索力，致使其張拉后的索力實(shí)測(cè)值與理論值變化趨勢(shì)基本一致；拆除原斜拉索后，臨時(shí)索的索力實(shí)測(cè)值與理論值均增大，主梁荷載由臨時(shí)索完全承擔(dān)，且索力實(shí)測(cè)值的總體變化趨勢(shì)與理論值相同。由圖5 可知：安裝新斜拉索后，臨時(shí)索的索力實(shí)測(cè)值與理論值均減小，主梁荷載由臨時(shí)索和新斜拉索共同承擔(dān)，由于安裝了新斜拉索并張拉，新斜拉索分擔(dān)了臨時(shí)索承受的力，臨時(shí)索的索力實(shí)測(cè)值與理論值基本接近，且兩者變化趨勢(shì)基本一致。由圖6可知：拆除臨時(shí)索后，新斜拉索的索力實(shí)測(cè)值與理論值均增大，主梁荷載由新斜拉索完全承擔(dān)，新斜拉索的索力實(shí)測(cè)值與理論值基本接近，且兩者變化趨勢(shì)基本一致，接近最后的理想成橋狀態(tài)，但還需對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整，以便使新斜拉索的索力值滿足正常要求。

圖4 工況2、3 下臨時(shí)索的索力實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖

圖5 工況3、4 下臨時(shí)索的索力實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖

經(jīng)過(guò)調(diào)整索力階段后，實(shí)測(cè)斜拉索索力值與設(shè)計(jì)索力值對(duì)比圖見(jiàn)圖7。

由圖7 可知，調(diào)索后實(shí)測(cè)斜拉索索力值與設(shè)計(jì)索力值基本一致，最大誤差為1.1%。由此說(shuō)明，調(diào)索后的斜拉索索力已經(jīng)滿足要求，且誤差均在2%以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；也說(shuō)明本工程采用臨時(shí)索方案進(jìn)行換索的成功。

圖7 調(diào)索后實(shí)測(cè)索力值與設(shè)計(jì)索力值對(duì)比圖

2.3 主梁線形控制

本工程主梁線形采用水準(zhǔn)儀法測(cè)量。首先通過(guò)測(cè)量學(xué)原理計(jì)算出主梁的相對(duì)標(biāo)高，然后在實(shí)際換索過(guò)程中完成對(duì)主梁線形的控制[5-6]。

各工況下主梁標(biāo)高對(duì)比圖見(jiàn)圖8。

圖8 各工況下主梁標(biāo)高對(duì)比圖

由圖8 可知，主梁標(biāo)高在各個(gè)工況下線形變化較明顯。在換索前工況下，主梁原橋已有明顯的下?lián)犀F(xiàn)象，最大下?lián)?3 cm，因此在換索過(guò)程中對(duì)于主梁標(biāo)高的控制僅作為參考，實(shí)際以索力控制為主；在張拉臨時(shí)索的工況下，主梁標(biāo)高有很大的抬高，原因是此時(shí)由臨時(shí)索和原斜拉索共同承受主梁荷載；在拆除臨時(shí)索的工況下，主梁標(biāo)高開(kāi)始有所減小，原因是拆除臨時(shí)索后，主梁荷載完全由新斜拉索承擔(dān)，且在拆除臨時(shí)索后，主梁標(biāo)高相對(duì)換索前有所抬高，說(shuō)明在換索結(jié)束后主梁標(biāo)高有所改善。

調(diào)索前和調(diào)索后主梁南側(cè)標(biāo)高的實(shí)測(cè)值對(duì)比圖見(jiàn)圖9。

圖9 調(diào)索前和調(diào)索后主梁南側(cè)標(biāo)高的實(shí)測(cè)值對(duì)比圖

由圖9 可知，調(diào)索后的主梁標(biāo)高比調(diào)索前略有抬高，變化值最大為5 mm。說(shuō)明調(diào)索后主梁標(biāo)高得到了進(jìn)一步的改善，但主梁依然存在小于10 cm 的下?lián)?。原橋運(yùn)營(yíng)后已有近14 cm 的下?lián)?，?jīng)過(guò)調(diào)索后，主梁線形得到了改善，主梁標(biāo)高有所抬高，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)也達(dá)到合理程度，但若是強(qiáng)行將主梁線形通過(guò)斜拉索拉回水平無(wú)下?lián)系奈恢?，則對(duì)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)不利，有可能導(dǎo)致主梁開(kāi)裂以致?lián)p壞。因此目前主梁線形已處于最佳狀態(tài)，適于行人在橋上行走，安全舒適，同時(shí)提高了橋下通行的凈空。

2.4 主塔偏位控制

本工程主塔偏位采用全站儀法測(cè)量。通過(guò)測(cè)量學(xué)原理，根據(jù)2 點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算出主塔的相對(duì)位移即主塔的偏位值，以偏向一機(jī)路側(cè)為正，偏向南直路側(cè)為負(fù)，在實(shí)際換索過(guò)程中完成對(duì)主塔偏位的控制[7-8]。各工況下主塔偏位實(shí)測(cè)值見(jiàn)表2。

表2 各工況下主塔偏位實(shí)測(cè)值 單位：mm

由表2 可知，主塔在各工況下的偏位值均小于2 mm，主塔偏位不大，在換索施工過(guò)程中具有一定的安全性。主塔南北側(cè)測(cè)點(diǎn)偏移量基本相近，有所不同是因?yàn)槟媳眰?cè)的索力分布不一致導(dǎo)致的，因此主塔偏位在施工過(guò)程中滿足要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)本橋換索施工控制過(guò)程的分析，討論了換索過(guò)程中不同施工參數(shù)在不同施工階段下的特點(diǎn)，得出5 種工況下的斜拉索索力實(shí)測(cè)值與理論值變化趨勢(shì)基本一致，主梁線形、主塔偏位變化合理的結(jié)論。

（2）通過(guò)對(duì)本橋換索控制，得到換索后實(shí)測(cè)索力與理論索力值之間的誤差最大為1.1%，均在規(guī)范要求的2%范圍內(nèi)；主梁線形得到較大改善，最大抬高4.9 cm，使行人出行更加舒適；主塔偏位最大偏移值為1.3 mm，未超過(guò)施工控制時(shí)的規(guī)范要求，因此換索施工過(guò)程均滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）本工程斜拉橋規(guī)模不大，因現(xiàn)場(chǎng)條件限制，橋下為鐵路，故采用臨時(shí)斜拉索方案進(jìn)行換索。此方案具有可行性，可為類似工程提供參考。