悬索桥施工监控指南

特大跨径悬索桥施工监控指南 Guideline For Construction Control of Long-span suspension Bridge (报批稿) 浙江省舟山连岛工程建设指挥部 西南交通大学 2010年 9月 I 前 言 本指南主要针对特大跨径悬索桥施工监控而编制。主要内容分七 部分：总则、术语与定义、施工监控基本原则、参数收集与获取、监 控总体计算、监控测试与测量及施工异常情况的对策和质保体系。 本指南编制中吸收了我国多年来大跨度悬索桥施工监控的经验， 全面 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 了浙江省舟山连岛工程西堠门大桥施工监控的研究成果，包 括国家科技支撑项目“跨海特大跨径钢箱梁悬索桥关键技术研究及工 程示范”中课题五“特大跨径钢箱梁悬索桥监控、管理关键技术研究” 的成果，考虑了当前的设计、施工及控制的技术水平及未来的发展趋 势。 本指南在应用过程中，如发现需要修改和补充之处，请将意见及 相关资料寄西南交通大学土木工程学院（地址：四川成都二环路北一 段 111号，邮编：610031，电子邮件：rlshen@126.com）。 本指南由浙江省交通运输厅提出并归口管理。 本指南由浙江省舟山连岛工程建设指挥部、西南交通大学联合编 制，主要起草人是：沈锐利、唐茂林、陈卫国、郭健、卫星、严琨、 齐东春。 II 目录 1 1 总则 ..............................................................................................................1 2 1.1 施工监控的主要任务与目的 ...................................................................1 3 1.2 适用范围 ...................................................................................................2 4 1.3 涉及内容及与其它规范、规则关系 .......................................................3 5 2 术语和定义 ..................................................................................................3 6 3 施工监控基本原则 ......................................................................................4 3.1 监控的目标 .............................................................................................4 3.2 监控与设计、监理、制作、施工的关系 .............................................4 3.3 施工监控的范围、手段 .........................................................................5 3.4 监控的工作流程 .....................................................................................5 7 4 参数收集与获取 ..........................................................................................7 8 4.1 监控所需参数及分类 ...............................................................................7 9 4.2 监控参数的获取方法及要求 ...................................................................9 10 3.3 监控参数精度的检验 ...............................................................................9 11 4.4 监控要求的主缆施工条件 .....................................................................10 12 4.5 加劲梁重量的确定 .................................................................................10 13 5 监控总体计算 ..........................................................................................11 III 14 5.1 总体计算的目的 .....................................................................................11 15 5.2 总体计算的内容 .....................................................................................11 5.3 悬索桥主缆理论线形及计算方法 ..........................................................17 16 6 结构监控测试与监控测量 ........................................................................21 6.1 桥塔的应力与温度场监测 ...................................................................21 6.2 吊索力监测 ...........................................................................................21 6.3 主缆锚跨索股张力监测 .......................................................................22 6.4 主梁应力的监测 ...................................................................................23 6.5 温度的监测 ...........................................................................................23 6.6 监控测量 ...............................................................................................25 17 7 施工异常情况的对策及质保体系 ..............................................................36 18 7.1 施工异常情况对策 ...............................................................................36 7.2 监控实施组织 .........................................................................................37 7.3 监控质量及安全保证措施 .......................................................................38 1 1 1 总则 2 1.1 施工监控的主要任务与目的 1.1.1 施工监控主要任务 根据实际的施工工序，按照已完成工程的结构状态和施工过程，收集现场的参数 和数据，对桥跨结构进行实时理论分析和结构验算，分析施工误差状态，采用变形预 警体系对施工状态进行安全度评价和风险预警，根据分析验算结果调整控制参数，预 测后续施工过程的结构形状，提出后续施工过程应采取的措施和调整后的设计参数。 [说明] 悬索桥是一种结构合理的桥梁型式，它能使材料充分发挥各自的特长，这 一特点使悬索桥成为大跨度桥梁中最具竞争能力的桥型之一。对桥梁结构的施工过程 进行合理的施工控制是使桥梁施工过程和成桥状态与设计要求尽可能接近的重要保 证，是增加结构施工安全性的一个重要手段。与其它桥型相比，悬索桥相对较柔，施 工过程中工况变化繁多，形状变化很大，结构具有强烈的几何非线性，悬索桥成桥后 对误差调整的手段有限，从施工一开始就进行完整和全面的施工监控是很有必要的。 一般说来，对于悬索桥，设计给出的是成桥理想状态，要想将这种状态在现场有 计划、安全、经济地实现，就必须对实际施工过程进行精确的分析、严格的监测与测 量，即进行全面的施工监控。 1.1.2 施工监控的目的 通过施工监控，保证施工过程中结构的安全，确保完成的结构不论是内力或线形 都满足设计的要求。 [说明] 对于悬索桥结构，其内力和线形随温度、桥塔偏位、恒载误差、施工误差 相当敏感。施工阶段结构线形和内力随桥梁结构体系和荷载工况不断变化，每一阶段 的误差如果不能消除，累计后将影响成桥结构的受力及线形。由于各种因素的直接和 间接的影响，使得实际桥梁在施工过程中的每一状态几乎不可能与设计状态完全一致。 与其它桥型相比，悬索桥在施工过程中的线形管理较难，更容易产生施工误差，其原 因如下： 1） 悬索桥是由刚度相差很大的结构单元（塔、主缆、梁、吊索）组成的超静定结构， 与其它形式的桥梁相比，在荷载下具有强烈的几何非线性。 2 2） 设计参数的取值不可能与实际结构所反映的一致。例如结构的自重、截面尺寸、 混凝土弹性模量、施工荷载等均是具有随机性的几何及物理参数，与设计值相比将或 多或少地有所变化； 3） 悬索桥结构的几何形状对温度比较敏感，外界的温度变化将引起悬索桥几何形状 和吊索拉力的改变。 4） 跨度变化对悬索桥结构的几何形状非常敏感，架设过程中的桥塔偏位将引起悬索 桥几何形状的较大改变。 5） 环境因素诸如湿度、摩擦、风载的影响； 6） 结构计算模型简化和计算误差的影响； 7） 测量、测试误差的影响。 上述大多数因素的影响在设计阶段一般没有也无法完全考虑和计及，只有在施工 过程中根据结构的实际参数和通过监测得到的反应予以考虑。若不在施工过程中实施 有效控制，就有可能由于误差的积累致使成桥后结构的整体受力状态及线形严重偏离 设计目标而影响结构的可靠性。国内外悬索桥施工过程中由于施工控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及调整控 制措施不当，会出现常见的以下几类问题： 1) 主缆锚跨索力不均匀； 2) 吊索索力不均匀； 3) 主缆线形、加劲梁标高误差较大； 4) 加劲梁线形不平顺，使行车舒适度下降，并会引起桥梁的使用寿命缩减； 5) 索鞍不能复位或者桥塔纵向偏位大； 以上的问题需要通过施工控制最大限度地消除。 3 1.2 适用范围 本指南适用于跨度在 1000m 以上、钢箱梁与钢桁架加劲梁的地锚式公路悬索桥上 部结构的施工监控。部分内容可供混凝土加劲梁悬索桥和自锚式悬索桥上部结构施工 监控参考。 [说明] 大跨度悬索桥的施工监控一般分两个阶段进行。第一阶段是基础和下部结 构施工阶段，包括塔、锚基础和锚碇的施工。第二阶段为上部结构施工阶段，包括桥 3 塔、主缆和加劲梁等结构的施工。 下部结构施工阶段的监控主要是地基变形与承载力、下部临时结构强度、刚度与 稳定性，以及大体积混凝土的温度控制、沉降监测等。 本指南主要针对上部结构的施工监控编制。为满足上部结构施工监控需要,下部结 构监控应收集和整理出桥塔基础沉降-时间（荷载）曲线，提出锚碇基础的沉降、滑移 和偏转等的时间（荷载）曲线，给出桥塔和锚碇的最终状态预测值供上部结构施工监 控使用。 4 1.3 涉及内容及与其它规范、规则关系 本指南仅涉及与大跨度悬索桥施工过程有关的结构线形和内力的计算分析、工程 测量与测试；对结构施工的相应要求、结构承载能力以及结构强度、刚度和稳定的要 求等仍应遵守国家或交通部有关标准规范的规定。 5 2 术语和定义 本指南的主要术语及定义与《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）、《公路悬 索桥设计规范（报批稿）》等，个别不同的在相应条文下的说明中进行了解释，因此不 再重复列出。 4 6 3 施工监控基本原则 3.1 监控的目标 对于大跨度悬索桥，施工监控的具体目标是： 1） 成桥后加劲梁桥面线形平顺，达到公路路面平顺度设计要求； 2） 成桥后主缆索股锚跨张力均匀，单根索股索力最大偏差不超过平均值的 10%，误 差的均方根不超过均值的 5%； 3） 吊索力逼近设计状态，单吊点吊索力最大误差不超过设计值的 10%； 4） 基准索股的架设精度宜控制在以下范围以内: 中跨±40mm, 边跨±30mm以内；空 缆线形的标高误差宜控制在±40mm； 5） 成桥后主缆跨中标高逼近设计状态，矢高误差应小于±L/10000（L 为中跨的主缆 跨度）； 6） 成桥时桥塔位置逼近设计状态，塔高 h在 200m以下时，顺桥向塔顶偏离设计位置 的误差不超过 h/3000，且不超过 30mm(h为从承台顶到塔顶的高度，单位为 m)； 7） 在架设阶段确保主缆和加劲梁线形、桥塔偏位等与理论计算相近，保证施工过程 中各结构构件的安全；施工过程中和竣工后结构内力状况满足设计要求，结构的 整体变形、位移不超过设计文件规定的值；结构线形符合设计要求。 8） 精度控制和误差调整的措施不对施工工期产生实质性的不利影响。 [说明] 影响悬索桥成桥线形的主要因素是随机的，根据这些参数的随机分布规 律，可计算出实现基准索股线形、空缆线形和成桥线形各种控制精度的可靠度， 实现太高精度的可靠度非常低。本指南将可靠度设定在不小于 2，以此确定控制精 度要求。 3.2 监控与设计、监理、制作、施工的关系 监控应在建设单位领导下，与设计、制作和施工单位密切配合，向监理提交监控 联系单或监控指令，并通过监理向制作、施工单位发布，同时重要监控指令或根据监 控要求需要进行的施工方案的重大改变应取得设计单位的认可。 5 [说明] 大跨度悬索桥的施工监控计算必须考虑施工中已经产生的误差的影响、必 须精确包括临时荷载的各种作用的大小、必须分析后续施工中可能发生的各项误差对 完成结构内力与线形的影响、必须根据施工当时的温度等条件确定施工时的控制参数 （标高、安装内力等）；设计计算是按理想的状态、设定的基准温度等条件,对结构进 行的理论状态的计算,目的是保证建造和使用过程中结构的强度、刚度和稳定性满足规 范要求。监控计算的控制目标就是设计条件下的理论值。监控计算是为保证结构完成 质量服务的，与施工一样应受监理单位的监督管理。 施工监控是为结构施工服务的，应在合理的施工方案下进行施工监控；同时在施 工方案制定的过程中，施工监控应从保证质量、增强施工安全性方面提出意见与建议。 监控测试与监控测量实际是为保证结构质量和提供量化的控制参数所需要进行的 工作，是获得监控计算参数的直接手段，也是监理工作获得量化质量控制参数的一种 重要途径，是在施工测试与测量基础上的检验复核工作。 3.3 施工监控的范围、手段 上部结构的施工监控范围为桥塔、猫道、主缆、加劲梁和桥面铺装等施工阶段的 施工应力与变形监控。 大跨度悬索桥上部结构的施工监控以监控计算为主，辅助以监控测试与测量。 3.4 监控的工作流程 大跨度悬索桥施工监控的流程如图 3.1所示。 6 图 3.1 大跨度悬索桥施工监控流程 加工单位 施工单位 建设单位 设计单位 复核设计 协商控制要求 监理单位 提供施工结果 索取控制指令 提交指令数据 提交测试、测量结果 提交误差分析结果 复核监控 执行施工指令 反馈施工结果 现场监理发布 控制指令 施工信息 施工进度→施工进度报表及实际进度表 施工临时荷载状况→施工临时荷载表 施工现场试验→实测混凝土弹性模量、容重等数据表 施工测量→塔、缆、梁、猫道等施工测量数据表 监控关心的其它施工信息 提供最新设计图 预制加工信息 主缆丝股预制→钢丝实测直径、弹模数据表 钢梁制造→梁段实际加工重量表 索夹制造→索夹实际加工重量表 吊索锚头→吊索锚头加工重量表 桥面铺装层→铺装层容重试验表 监控关心的其它加工信息 监控信息 控制指令(架设标高、索力调整等)→施工控制数据表 应力、支反力测试→梁、塔、墩应力及支反力测试数据表 位移测量→梁端位移、桥塔偏位测试数据表 几何测量→塔、缆、梁、猫道等控制点监控测量数据表 误差分析→梁、塔、缆、吊索力等施工误差分析报告 其他控制信息 执行加工指令 反馈加工结果 工厂监理控制 加工质量 监控单位 7 7 4 参数收集与获取 8 4.1 监控所需参数及分类 大跨度悬索桥施工监控所需参数至少包括表 3.1所列；各参数对结构施工控制的 敏感性可参照表 3.1确定。 [说明] 大跨度悬索桥施工监控所需参数可以分为几何参数、材料特性参数和环 境参数。几何参数是指结构或构件的几何尺寸；材料特性参数主要指与材料力学特性 有关的参数，如弹性模量、容重、线膨胀系数等；环境参数是指与施工过程有关的温 度、临时荷载、临时支撑与约束等。在这些参数中，有些对于施工监控是敏感的，有 些是影响很小的，表 3.1列出了悬索桥上部结构施工监控需要的参数，根据其对结构 施工敏感性的影响，将其分为 3级。敏感性为 1级的参数是指该参数有影响，但不突 出，其参数变化对所涉及的影响范围（或对象）不敏感，即使该参数采用理论值，对 控制目标的实现也是可接受的；敏感性为 3级的参数是指该参数对所涉及的影响对象 很敏感，施工监控中必须获得实际的参数，监控工作必须以实际参数为准，否则监控 目标就很难实现；敏感性 2级介于 1和 3之间，其参数至少应采用理论加经验修正值。 表 3.1 大跨度悬索桥施工监控所需参数及其敏感性分类表 结构 构件 参数名称 影响范围（或影响对象） 敏感级 别 备注 锚固面坐标 锚固点位置 1 主缆锚固长度调整量 散索鞍中心坐标 主缆架设时跨度 3 施工线形控制 锚碇沉降 成桥线形、桥塔内力 3 塔顶偏移和塔底弯矩 锚碇纵向滑移 成桥线形、桥塔内力 3 塔顶偏移和塔底弯矩 锚 碇 锚碇基础转动 成桥线形、桥塔内力 3 塔顶偏移和塔底弯矩 构造尺寸 变形量、应力大小 1 桥塔顶抗推刚度、压缩量 弹性模量 变形量 2 桥塔顶抗推刚度、压缩量 桥 塔 温度 标高、纵横向位移、应力 3 塔顶坐标 8 收缩、徐变、基 础沉降 变形量 3 塔顶预高 结构重量 塔顶处水平力平衡 3 塔顶纵向偏移 矢高 猫道线形、塔顶平衡状态 3 猫 道 承重索弹性模量 承重索制作长度、变形量 3 长度调节装置的设计 构造尺寸 施工变形和施工方案 1 施工阶段塔边缘与缆相对关系 施工标高 线形和成桥目标 2 施工线形和成桥线形 预偏设置 架缆线形、顶推控制 3 鞍 座 结构重量 散鞍自立和锚跨张力控制 1 散索鞍 钢丝直径 缆重量和面积 3 成桥缆与梁的标高 钢丝弹性模量 无应力长度 1 成桥缆与梁的标高 防腐部分自重 线形和内力 2 线膨胀系数 架设线形控制 1 施工线形控制 索股弹性模量 成桥线形 3 主缆跨度 架设线形调整 2 主缆垂度 无应力长度 2 主 缆 索股与缆温度 无应力长度、线形判断 2 索夹加工尺寸 安装位置 1 索夹重量 成桥线形控制 1 吊索面积 弹性变形量 2 吊索弹性模量 弹性变形量 2 索 夹 与 吊 索 吊索制作长度 加劲梁线形、吊索力大小 3 截面尺寸 重量与长度 1 梁段重量 线形和桥塔顶纵向位置 3 施工方案 连接方式 2 加 劲 梁 温度 合龙与线形 1 9 铺装厚度 结构线形与内力 3 重量 结构线形与内力 3 护栏 及桥 面铺 装 施工方案 变形与内力、局部应力 1 9 4.2 监控参数的获取方法及要求 特大跨度悬索桥施工监控参数应通过以下方法获取。 4.2.1 实际现场测量 对于涉及到结构的实际坐标、沉降和变形、几何尺寸等方面的参数，应采用现场 实际测量的方法获取。对于采用大地测量方式获取的数据，应采用国家一级控制网作 为基准，按工程具体情况，设置二等水准控制网。对于结构塔、锚联测，应采用二等 水准测量控制网进行测量，达到二等水准测量控制精度。 4.2.2 试验室与工厂测量 对于材料的弹性模量等参数，应采用试验室测量的方式获取；钢丝直径、索股弹 性模量、吊索弹性模量等参数，应在加工时进行测量、试验，并进行统计，提出统计 确定的参数；对于吊索长度、加劲梁段重量等，则应在加工厂按规范或设计、监理要 求，进行测量或称重。 4.2.3 通过现场测试识别 有些参数既无法通过现场测量直接获得，也无法在试验室或工厂直接获取，需要 采用间接的方法，通过测试、试验和计算分析，利用参数识别的方法获取。如桥塔顶 实际的纵向抗推刚度、主缆温度场等。 10 3.3 监控参数精度的检验 对于通过现场测量获得的参数，应通过复测、误差检验等方式确认数据准确可靠， 误差在允许范围之内；对于通过实验室测试和工厂测量获得的参数，应通过数据检验， 排除异常数据，选择可信度较高的数据作为采用数据；对于通过现场测试，采用参数 识别的方法获得的参数，则要进行原因分析、反演试算，检验识别数据的可靠性。 10 11 4.4 监控要求的主缆施工条件 4.4.1 不进行温差修正的条件 悬索桥主缆施工中可不进行温差修正的基本条件是：被调索股所在跨的长度方向 温差小于 2℃，被调索股与参考索股之间的平均温度差小于 0.5℃，被调索股所在的层 与其下层索股之间的平均温度差小于 0.5℃； 4.4.2 不满足温度条件的修正 当 3.4.1 的条件不能满足时，应进行纵向温度场和不同层间索股温度的测量，并 在监控计算中，考虑纵向温度场的影响，给出不同纵向测点的控制值，调索时须在同 一跨内，至少进行不少于三个点考虑温度修正后的线形吻合比较； 4.4.3 主缆施工对风环境的要求 被调索股所在跨桥塔顶及跨中风速应小于 12 m/s。 4.4.4 主缆横截面温度场的确定 对于主缆的横向温度场，有条件时应在现场环境中制作一主缆节段，与主缆施工 同步进行索股架设，密封节段的两端，测量中间截面的温度场，以此作为实际主缆截 面温度场的参考，同时在实际主缆截面中还需要布置适当的测点与测温索对照；也可 以采用在实际主缆上布置表面测点，进行连续的测量，然后采用参考的热物性参数， 将表面的测量作为边界输入，采用有限元的方法，分析主缆内部的温度场。 12 4.5 加劲梁重量的确定 由于加劲梁重量的变化对实现线形控制精度的可靠性影响比较大，应对加劲梁的 重量（包括桥面铺装重量）进行称重。 11 13 5 监控总体计算 14 5.1 总体计算的目的 监控计算的目的是：校核设计参数，提供施工各阶段理想状态线形及内力数据， 对比分析施工各阶段的实测值与理论值，对结构参数进行识别与调整，对成桥状态进 行预测、反馈，提供必要的控制数据。 [说明] 悬索桥各构件一旦被架设，其误差调整的可能性就比较小，为了使最终 成桥状态与设计目标状态接近，就只能调整在该构件后面施工的构件的参数。为保证 设计的线形和结构内力能够实现，在开展具体监控工作以前，必须以理论参数为基础， 依据施工可能的方案，对所监控的结构进行全面的精确的理论计算，以全面确定结构 各部分的理论数据，作为后期监控的控制目标。在施工过程中，根据理论资料和收集 的已经安装构件的施工误差和后续待施工构件的设计参数的基础上进行监控计算是 悬索桥监控最重要的手段。 15 5.2 总体计算的内容 监控总体计算包括以下几方面的内容： 5.2.1 设计复核、确定监控目标状态 监控复核至少包含以下内容： 1） 理论成桥状态复核 （1） 各构件的理论重量、几何特性计算； （2） 理论吊索张力计算； （3） 主缆成桥线形计算； （4） 成桥状态各索鞍在桥塔上的相对位置计算； 2） 理论空缆状态复核 (1) 理论空缆线形计算； (2) 理论预偏量计算； (3) 理论锚跨张力计算； 3） 理论无应力尺寸复核 (1) 吊索理论无应力长度计算； 12 (2) 主缆理论无应力长度计算； (3) 钢梁无应力制造长度计算； (4) 桥塔预高量计算； 4） 主缆锚固调节量检算 考虑恒载重量误差、主缆的弹性模量误差、面积误差、制作长度误差等因素，对 主缆进行影响参数分析和误差分析，验算主缆锚固可调节长度是否足够。 [说明] 设计单位的计算着重于桥梁的成桥状态分析，从结构施工到最终的成桥 状态的跟踪计算与误差调整主要由监控单位来完成。监控单位在接手设计图纸之后， 应该对设计图纸进行必要的复核，目的是深入理解设计图纸，领会设计的意图，收集 设计参数，同时检验设计的结构能否满足拟定施工方案的要求；在与设计的计算参数 一致的情况下进行计算分析，与设计的结果进行比较，看两者是否一致，因为监控的 目标是设计的成桥状态，如果监控的目标成桥状态与设计不一致，那么监控是偏离方 向的。 5.2.2 上部结构理想施工全过程的仿真分析 以设计复核中建立的原始数据为基础，根据设计拟定的施工过程或施工单位确定 的施工方案，建立上部结构施工过程计算机仿真分析系统，对加劲梁段的吊装过程进 行计算，根据结构在理论施工状态（无施工误差）下各阶段的施工参数，计算各施工 阶段的内力、变形、监控目标参数理论值，提出相应的施工建议，确定明确的安全措 施，预测结构在各个阶段的形状。仿真分析计算应至少提供以下结果： 1） 各个施工阶段的主缆线形（主跨各八分点的标高；边跨各四分点的标高）； 2） 各个梁段安装阶段的加劲梁线形、内力、应力； 3） 各个施工阶段的桥塔偏位、内力、应力； 4） 鞍座顶推阶段安排，各顶推阶段的顶推量、最大顶推力； 5） 各个阶段的主缆锚跨张力； 6） 恒载状态下加劲梁的内力、应力； 7） 恒载状态下的吊索力； 8） 恒载作用下桥塔的收缩、徐变与弹性压缩量； 5.2.3 确定加劲梁理论制造线形 13 以理论计算为基础，根据加劲梁的恒载设计内力状态，确定加劲梁的现场拼装线 形。根据现场拼装线形，考虑焊接要求和焊接变形影响，确定加劲梁的工厂制造线形。 5.2.4 桥塔的监控计算 1）确定桥塔的控制指标 对桥塔建立详细的实体分析模型，计算桥塔的抗推刚度、塔顶预留下沉量和允许 纵向位移、允许扭转变形，确定后期施工时桥塔的安全指标。 监控计算中宜以桥塔截面应力不超过以下值来控制桥塔顶在不平衡力作用下的 桥轴方向的变形：一般情况下桥塔柱截面应不出现拉应力；考虑施工阶段风与塔顶不 平衡力共同作用下，桥塔柱截面的拉应力应不大于 0.5MPa；不超过一段梁的吊装工况 且与风荷载组合的极端短暂情况下，桥塔柱截面的拉应力应不超过所用混凝土的抗拉 强度设计值的 0.7倍。 2）断面非均匀温度场作用下桥塔的偏位分析 桥塔在日照和风作用下，横断面上各点可能会产生温差。在断面非均匀温度场作 用下，桥塔会发生偏位和扭转。监控中有必要对桥塔建立详细的实体分析模型，在实 测温度场的作用下，计算桥塔的三维几何状态变化情况，为桥塔的实际施工位置、荷 载影响的实际偏位提供识别参数。 3）制定鞍座顶推方案 主鞍座的顶推方案制定原则是：主鞍座顶推前后，鞍座两侧的索力水平分力差应 不使桥塔柱截面拉应力超过控制值；主鞍座顶推前后，鞍座两侧 1.65倍的索力差应不 大于主缆在鞍座中的静摩擦力，以保证主缆不在鞍座中滑动。 根据桥塔应力与变形指标，在保证桥塔安全和主缆不在鞍座中滑移的前提下，确 定鞍座的顶推阶段、各顶推阶段的顶推量、最大顶推力等。 5.2.5 主缆的监控计算 1） 主缆制作长度的计算 对于采用 PPWS法施工的悬索桥，需要根据实际采用钢丝材料的面积与弹性模量， 计算索股的制作加工长度；应给出索股两锚头前端面间、图 4.1所示标志点间索股基 准温度下的无应力长度。 [说明] 无应力长度是 PPWS法制作索股时的基准参数，必须保证准确可靠。为保 14 证主缆无应力长度计算的准确，应采用不同的方法对中心索股的长度进行检验。如无 其他可靠的方法，至少应进行以下方式的检验： 采用绘图软件，根据设计的成桥状态主缆线形，绘出包括鞍座曲线在内的主缆线 形，然后测量主缆锚固点间的长度，这样得到主缆的近似形状长度 S。 根据主缆的安全系数要求，一般主缆的弹性应变应在 3‰左右，因此可用此数据 检验弹性伸长量。 因此主缆的无应力长度 S0应在 0.997S左右，如果与检验长度差异大，应重新计算。 图 5.1 通长索股与边跨背索上的标记点 2） 索鞍预偏量和主缆中心线形计算 索鞍预偏量的计算原则是：保证索股安装时各跨相对鞍座不动点的主缆无应力长 度等于成桥设计值；索鞍两侧的索力差在给定的投影方向等于零或等于给定值。 [说明] 索鞍的预偏与索的安装线形对应，一般施工监控是根据所获得的桥塔、 锚固点的位置和标高施工误差数据（在猫道架设前这些数据应该详细测设，并作标记 点）、主缆索股面积与弹模误差数据及桥塔预高量（恒载弹性压缩、收缩徐变量）， 先计算出各索鞍的预偏量；然后在实设预偏量的基础上，再计算各种温度、各种跨度 变化情况下的各跨主缆中心位置的架设线形（跨中点纵向位置和标高）。 3） 主缆索股架设的合理层距的确定 特大跨度悬索桥主缆索股的架设应采用层间距量化的方式架设。索股层与层之间 的距离可采用以下方法计算：假定索股实际的形状为近视的圆形截面，按 22%～25%的 空隙率，计算出索股的直径，施工架设时索股层与层之间的距离按索股直径加 1～2mm 控制,这样层与层之间的距离在基准温度下是固定的，索股调整时根据层与层之间温度 差，计算其影响，修正层与层间距离。 4） 基准索股架设线形监控计算 15 根据主缆中心索股的线形和主缆架设时的层距，考虑主缆各点倾斜角的影响，计 算出基准索股的监控控制标高，确定主缆基准索股的架设线形。 温度、跨度变化对基准索股的线形将产生影响，监控计算应给出各种温度下和跨 度变化下的线形控制表或经检验的 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 或计算程序供施工单位使用。 5） 相对基准索股的架设监控计算 从第二层开始，将所架设层最靠外索股作为相对基准索股。根据主缆架设时的索 股层距和拟架设层相对索股与紧邻层已架设基准（或相对基准）索股的温度差，计算 拟架设层相对基准索股相对于紧邻层已架设基准（或相对基准）索股的高差，以紧邻 层已架设基准（或相对基准）索股的线形为基准，调整拟架设层相对基准索股的线形。 6） 一般索股的架设计算 各层索股应以该层的相对基准索股为标尺，考虑拟架设索股与相对基准索股温度 差引起的高差调整量，计算出相对于相对基准索股的标高差供施工调整使用。 7） 主缆锚固张力计算 计算架索阶段主缆各根索股在各温度变化下的锚固点张力，提供索股现场架设软 件或者 Excel计算表格。 8） 主缆索股架设期间的抗滑检算 在索股架设期间，在温度变化、桥塔偏位等作用下，鞍座两侧的主缆索股会产生 索力差，应验算此索力差是否会造成主缆索股在鞍槽内滑移。极端情况下应保证抗滑 安全系数不小于 1.25。 9） 计算最不利条件下所需索鞍最大水平支承反力 在索股架设期间，散索鞍、主索鞍都需要在精确预偏之后临时固定，限制其纵向 滑动。在施工控制与仿真分析系统中可以计算出最大温度变化作用下和最大风载作用 下散索鞍、主索鞍的临时支承反力，以便施工单位设计临时支承构件。 10） 散索鞍支承拆除的合理阶段的确定 通过计算分析与验算，确定出散索鞍支承拆除的合理阶段。 [说明] 计算和实测表明，在索股架设期间，若对散索鞍进行固结，则随着索股 架设的增加，在温度变化作用下，散索鞍的固结反力会变得非常大，有可能会使散索 鞍临时支承发生强度破坏；还可能会使主缆索股克服与鞍槽的摩擦而滑移，造成锚跨 张力不均匀。因此，在满足散索鞍自立及后期锚跨索股张拉要求条件下，应拆除散索 16 鞍临时支承。 5.2.6 主缆紧缆后的参数识别与架设精度分析 在主缆索股架设完成并紧缆后，监控单位利用各索股表面温度和主缆断面温度场 测试数据进行参数识别，确定主缆实际平均温度；利用实际平均温度、实测跨度和线 形数据进行反馈计算，确定主缆架设的实际无应力长度；分析主缆的架设精度。考虑 主缆架设误差、加劲梁重量误差和二期恒载误差，以最终的加劲梁线形为目标，调整 加劲梁的架设预拱度。 5.2.7 索夹安装位置计算 计算索夹在各温度及桥塔偏位下的安装位置。 5.2.8 吊索下料长度计算 在确定实际空缆线形后，需要重新计算吊索长度。 [说明] 悬索桥的加劲梁线形主要由空缆线形、吊索长度及加劲梁上的恒载决定； 一旦索股架设完成，空缆线形就已确定；吊索架设完成后，加劲梁的线形就已经确定； 可见，悬索桥线形控制的关键在于控制主缆的架设线形、在完成的空缆线形上决定吊 索长度。在吊索长度决定后，就不可能调整成桥线形，就是能够调整，也是微幅的。 以理论加劲梁线形为目标状态，利用主缆实际的架设线形和较准确的加劲梁一期 恒载和二期恒载，考虑主缆的架设误差，在施工监控与仿真分析系统中可以计算出吊 索的下料长度，监控单位计算出的调整后的吊索长度,经设计人员计算确认后,交由厂 家并通过严格的监理达到吊索的制造精度，方可施工安装。 5.2.9 猫道改挂的计算 对猫道的改挂工作进行模拟监控计算，以得出猫道改挂过程中桥塔偏位、主缆线 形，并分析因猫道改挂需要放松的长度调节量，并与实测结果比较。 5.2.10 加劲梁架设阶段监控计算 （1）索鞍顶推方案的修正 在前述理论分析中已经确定了初步的索鞍顶推方案，在加劲梁吊装前应该考虑各 项误差和施工设备、临时机具等重量后重新计算，以确定是否需要调整顶推阶段及顶 17 推量。 （2）加劲梁吊装过程的计算 以成桥桥面线形为目标状态，在考虑各项施工误差的基础上，按照加劲梁的吊装 过程、考虑各种临时荷载，重新计算各阶段的主缆线形、加劲梁线形、桥塔偏位、主 缆索股张力变化等，对 4.2.3的加劲梁制造线形作适当的调整以确定实际加劲梁的吊装 线形，同时验算在施工阶段的风荷载、温度变化下结构的安全性，在以后各工况与实 测值比较，识别主缆的真实的弹性模量并反馈到仿真计算系统中，不断修正预测最终 的成桥状态。 （3）加劲梁合龙过程的计算 根据合龙方案，对加劲梁的合龙过程进行仿真分析，计算合龙前、后的线形的变 化情况，计算进行合龙施工需要的合理空间，提出施工控制建议；验算合龙过程中临 时结构与永久结构的安全性。 （4）无索区加劲梁体系转换的计算 根据施工方法（临时支架或临时吊索）拟定无索区加劲梁体系转换方案，对体系 转换过程进行仿真分析，验算体系转换过程中临时结构与永久结构的安全性；提出施 工步骤、线形控制指令。 （5）二期恒载与成桥线形的计算 根据桥面铺装机械和设备情况和拟定的施工流程，按实际铺装容重和铺装过程， 计算铺装阶段桥塔、加劲梁的结构内力与变形，提出施工控制建议。 5.3 悬索桥主缆理论线形及计算方法 当不考虑钢丝及由钢丝组成的索股和主缆的抗弯刚度时，悬索桥主缆可简化为理 论索进行分析。对于理论索，根据对主缆自重的分布模式的假定的不同，可分为抛物 线理论和悬链线理论，悬链线理论比抛物线理论具有更高的计算精度。 特大跨径悬索桥的监控计算应采用分段悬链线理论；对于跨度 1500m 以上或主缆 直径 90cm以上的悬索桥，宜考虑主缆抗弯刚度对结构内力与线形的影响。 [说明] 成桥状态主缆线形的计算是设计和监控计算的基础，在同样基准条件下， 监控计算结果应与设计基本一致。 在进行成桥状态线形计算前，首先应设计出成桥时主跨的吊索力分布状态，该分 布应满足加劲梁的受力要求，并通过施工过程的模拟检验确定合理可行。将设计的由 18 加劲梁传给吊索的恒载张力、吊索自重及索夹与锚头等自重作为作用于吊索中心的集 中力，将主缆自重、缠丝等防护自重作为沿主缆弧长的分布荷载，将主跨主缆作为分 段悬链线，建立悬索桥主缆的分段悬链线计算模型，按主跨指定点的标高为设计值进 行成桥线形迭代计算。在线形和主缆长度计算中，应有可靠的方法考虑主缆鞍座曲线 对主缆线形计算的影响。 边跨或非主跨线形的计算时，应以主跨计算确定的主缆水平力（或张力）为控制 值，依据相应的力控制条件，按分段悬链线法计算非主跨的线形。 1） 分段悬链线计算理论与方法 理论索的自重实际是沿索长均匀分布的，此时对索结构，建立的线形与荷载的平 衡方程为： 01 2 2 2 =  +− dx dyq dx ydH （5.1） 当两端点的高差为 C时，方程的解可表示为悬链线：       −−= αβα l x q Hy 2coshcosh （5.2） 式中 ββ βα +  = − sinh )/(sinh 1 lc H ql 2 =β 公式（5.1）所代表的曲线是一族悬链线，与抛物线的情形相同，如果给定曲线上 任一点的座标值，整条曲线即可完全确定。 当二支座等高时，c=0 zH ql== βα       −−= αα H qx q Hy coshcosh （5.3） 对于悬索桥的主缆，其自重、缆上的缠丝及防护重量等可看成是沿索长均匀分布 的，索夹重量、通过索夹传递的吊索重量和加劲梁恒载等可看成是作用于索夹点的集 中力，这样主缆的精确的计算模型可简化为分段悬链线模型：在两索夹之间，主缆的 线形为悬链线，索夹点为各分段悬链线的分点，在分点处曲线连续、力保持平衡。 对于分段悬链线计算模型，在已知荷载、跨度、两端点高差和缆上任意点相对于 端点的位置后，可采用迭代的方法进行计算。 19 一般设计图时根据线路要求确定了成桥状态主缆的理论顶点、锚固点和主跨的矢 跨比（或者跨中点位置与标高），根据施工过程的分析可确定吊索传递的加劲梁恒载， 有了这些数据后参照图 4.2建立线形迭代计算过程： 图 5.2 主跨主缆线形计算步骤 计算出主跨的线形和确定出主跨的恒载水平分力后，对于边跨，一般是要求主缆 的水平分力与主跨相等，这样就已知了索力的水平分力，边跨的线形就能根据满足通 过支承点的条件确定，采用迭代计算确定。 获得各跨的主缆线形后，按悬链线理论，计算主缆各索段的无应力长度、伸长量、 内力和切线角，从而得到主缆的无应力设计长度，这是后续施工计算的基准。 2） 考虑抗弯刚度影响的分段索 特大跨度悬索桥由于其主缆直径比较大，应分阶段进行内力和线形分析。在基准 20 索股架设阶段，可采用不考虑抗弯刚度影响的悬链线根据解析方法计算基准索线形， 并形成最终的主缆；在加劲梁吊装阶段，则宜将主缆简化为考虑抗弯刚度影响的索， 按考虑抗弯刚度的分段索的方法建立有限元计算模型，同时考虑主鞍座、散索鞍及锚 跨索股曲线的影响，采用精细化方法进行分析。 21 16 6 结构监控测试与监控测量 6.1 桥塔的应力与温度场监测 6.1.1 设备选型 桥塔应力监测主要用于了解在施工过程中，特别是上部结构施工过程中桥塔各控 制部位的应力状态，温度监测则是用于掌握桥塔结构整体温度和横截面的温度场。对 于钢筋混凝土桥塔，测试元件应尽可能选用可同时测量应变与温度的传感器，同时应 尽可能考虑后期监控监测或成桥荷载试验的需要，推荐采用埋入式钢筋（或混凝土） 应变计，只在不得已情况下才采用表面应变计。对于钢桥塔，推荐采用应变式传感器， 温度测试可采用独立的温度传感器。 6.1.2 布置原则 由于索塔应力实测值与理论值的差异不可能达到误差分析或参数识别的要求，测 试截面不宜过多，以能反映塔柱控制应力和温度在截面上和高度上的变化为原则。一 般情况下可选两侧桥塔各的一个塔柱布设传感器。测试截面位置宜选靠塔底的控制截 面、下横梁以上控制截面和靠近桥塔顶的截面。 6.1.3 测点布置 对于钢筋混凝土桥塔，在每个测试截面，宜沿周边布置 4～8个传感器。 6.2 吊索力监测 6.2.1 设备选型 吊索力测试宜采用振弦式索力仪的方法，有条件时可配合采用力传感器。 [说明] 吊索索力是悬索桥施工过程中的主要监测指标之一。目前平行钢丝吊索索 力的测量方法主要有力传感器与利用测振动频率反算索力的振弦式索力仪两种。力传 感器具有精度高、测试速度快且受环境干扰小等优点，但价格相对较高，安装及拆卸 均较为复杂，且适合悬索桥吊索的力传感器很少。振弦式索力仪测试速度慢、精度较 低、受环境干扰大，但其价格低廉且安装及拆除均较为方便，因此在诸多的悬索桥和 斜拉桥的施工监测中获得广泛使用。对于地锚式悬索桥的吊索力，施工监控中可采用 振弦式索力仪测试；对于需要张拉才能进行结构安装的吊索，则应在张拉设备上安装 22 直接的测力传感器，控制锚固时的张力，并用振动测试法进行检测。 6.2.2 监控测试目的与测点选择 索力监测的主要目的是：○1防止因意外情况引起的安装索力过大；○2为施工控制 的误差分析、参数识别提供实测参数；○3用于估算加劲梁和邻近吊索的内力状态。 在安装梁段附近测试已安装的五对吊索；远离安装梁段的吊索则进行已安装索数 量的 40%的抽测。 6.3 主缆锚跨索股张力监测 6.3.1设备选型 主缆索股张拉时应采用张拉设备控制张拉力，锚固后的测量宜采用振弦式索力仪 与力传感器相结合的方法测试。 [说明] 主缆锚跨索股张力是悬索桥施工过程中最重要的监测指标之一。主缆锚 跨索股力测试分为张拉阶段测试及事后测试。张拉阶段测试指对正在张拉的索股的监 测；已经完成锚固的索股会由于温度改变而改变，对其进行的监测成为事后测试。张 拉时应在张拉设备下安装测力传感器，直接测量张拉力，同时用振弦式索力仪进行对 比测量，确定索的计算参数；有条件时应在索股的锚下安装少量的力传感器，作为长 期监测用和校准频率测试法参数的元件。 6.3.2 测试索股选择和测试频率 长期测试宜在每个锚室内选取 5%且不少于 5根的索股每隔 3天进行测试。在重大 工况或者特殊工况宜对所有的索股进行通测。 用于长期监测的索股，应选择能反映温度变化、散索案（或散索套）位移等影响 的代表性强的索股，宜在一个锚室索股中均匀分布。 对于采用散索鞍的悬索桥，由于在散索鞍能自由活动之前，张拉的索股少，锚跨 索股的张力受温度的影响很大，一般难以准确控制张拉力，在散索鞍能自由活动后， 宜根据索鞍位置，计算已张拉索股的理论索力，测试实际索力，计算两者的无应力长 度相对差，调整索股长度，使实际索力与理论值尽量一致。 对于采用散索套的悬索桥，在散索套安装完成并能自由活动后，应根据理论值与 实际测试值，调整一次锚跨索力。 23 [说明] 主缆锚跨索股张力监测具有以下几个主要目的：○1确保锚固张力的准确； ○2为施工控制的误差分析、参数识别提供实测参数；○3用于计算锚跨索股的架设无应 力长度和主缆锚跨张力的合力。基于索力监测的目的及其具体情况，张拉测试可仅对 所张拉索股及相邻索股进行测试。 6.3.3 提高振动法测试索力精度的措施 为提高测试精度，应采用带有传感器的张拉设备对吊索和锚跨索股进行张拉，同 时采用振动法测试索股在对应张力下的振动频率，建立不同边界条件的有限元模型， 通过几组试验结果与计算结果的比较，首先确定合适的边界约束条件；然后调整索截 面的抗弯刚度，试算确定索截面的抗弯刚度，通过多组试验数据，确定平均值。在确 定了边界条件和截面抗弯刚度后，改变计算模型的索张力，计算出索张力与振动频率 的关系曲线，以后的测试中通过测试振动频率，直接查表计算索力，克服采用公式计 算时各参数误差太大的缺点。 [说明] 影响振动法测试吊索和主缆锚跨索股张力精度的因素主要有三个： （1） 索股截面抗弯刚度的影响； （2） 索股边界条件的影响； （3） 计算张力时所用索股长度。 采用各种方法，准确识别出以上三项影响，则可提高振动法测试索力的精度。 6.4 主梁应力的监测 对于采用梁段吊装后先铰结、全部吊装完成（或二期恒载等代荷载施加后）再刚 结施工法施工的悬索桥，一般不需要对加劲梁的应力进行监控。 6.5 温度的监测 6.5.1 设备选型 温度测量宜采用电子式温度传感器，