大跨徑懸索橋結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)探究
2018-03-26
大跨度懸索橋梁施工控制也是一個(gè)較大的系統(tǒng)工程,它必須具備足夠的人、財(cái)、物以及先進(jìn)的管理手段方能使其正常運(yùn)行。同時(shí),橋梁施工通常要涉及到業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、社會(huì)監(jiān)理、政府監(jiān)督、施工控制等多個(gè)部門與單位,這些單位都將在施工控制中起到不同程度的作用。在施工中也需要對(duì)于各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制,以下論文主要就此做了粗淺的探討。
1橋梁相關(guān)比例的選擇
許多橋梁的實(shí)際寬跨比早巳縮小到1/30左右。對(duì)大跨度(500m以上)懸索橋來說,即使取1/30作為寬跨比的最小標(biāo)準(zhǔn)也是顯得非常保守的。特別是對(duì)千米以上的大跨度懸索橋來說,滿足交通要求的梁寬(或主纜中心距)一般不一定都超過1/30。但大跨度懸索橋的寬跨比至今尚無合理而具有科學(xué)性的標(biāo)準(zhǔn)值。在進(jìn)行總體布置時(shí)可先參考已有的實(shí)踐資料來選擇一定的寬跨比值,然后在抗風(fēng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行理淪分析與利用風(fēng)洞試驗(yàn)來驗(yàn)證所選寬跨比值是否適宜。在理論上,當(dāng)主孔跨度為定值時(shí),寬跨比越大表示梁體越寬。因此,代表梁體橫向撓曲剛度的梁體截面橫向慣性矩也越大。對(duì)主孔梁體的橫向最大撓度雖也可起到減小的作用,但后者的減小程度相對(duì)的來說較小一些。
由于懸索橋的加勁梁在恒載作用下除了與吊索節(jié)間長度有關(guān)的局部撓曲應(yīng)力之外,一般是處于無應(yīng)力狀態(tài),因此加勁梁的梁高一般與主孔跨度基本上沒有什么關(guān)系。在進(jìn)行總體布置時(shí)需要考慮的是采用桁架式加勁梁還是采用箱型加勁梁。桁架式加勁梁的桁高大比箱型加勁梁的梁高大要大好幾倍,它對(duì)布置雙層橋面的適應(yīng)性較佳。箱型加勁梁從首次出現(xiàn)在英國的塞文(Severn)橋以后,它的優(yōu)點(diǎn)已廣泛被世界各國接受。因此,20世紀(jì)80年代以后懸索橋中除了日本的明石海峽大橋和因島大橋之外,單層橋面的懸索橋基本上全部采用箱型加勁梁。桁架式加勁梁的梁高大一般為8m～14m。箱型加勁梁的梁高,一般為2．5m～4．5m。與寬跨比相同,高跨比越大表示梁體越高。因此,代表梁體豎向撓曲剛度的梁體截面豎向慣性矩也越大。
2施工材料的分析
橋梁工程中典型材料非線性問題主要有混凝土的收縮、徐變和材料彈塑性等問題。幾何非線性問題目前主要研究三類問題:一類是大位移小應(yīng)變問題,如高層建筑、大跨度柔性橋梁等結(jié)構(gòu)分析大多屬于此類,其特點(diǎn)是材料應(yīng)變較小,本構(gòu)關(guān)系可按線性關(guān)系考慮,但結(jié)構(gòu)變形較大,可引起外荷載大小、方向的變化,在建立結(jié)構(gòu)平衡方程時(shí),必須考慮位移造成的影響;另一類是大位移大應(yīng)變問題,如金屬的壓力加工問題,結(jié)構(gòu)變形較大,應(yīng)變也較大,用位移的一階導(dǎo)數(shù)作為應(yīng)變值已不太適合;第三類問題是大轉(zhuǎn)動(dòng)問題,所謂轉(zhuǎn)動(dòng)“很大”,不一定是量值很大,而是指在建立平衡方程時(shí),必須計(jì)及這種轉(zhuǎn)動(dòng)。研究第一類問題的理論稱為有限位移理論,研究第二類問題的理論稱為有限應(yīng)變理論。
橋梁工程中的幾何非線性問題主要采用有限位移理論,如柔性橋梁結(jié)構(gòu)的恒載狀態(tài)確定問題、柔性結(jié)構(gòu)的恒活載的內(nèi)力計(jì)算問題、橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析問題等均采用有限位移理論。接觸問題在橋梁工程中主要表現(xiàn)有:支架上預(yù)應(yīng)力梁張拉后的部分落架現(xiàn)象:懸索橋主纜與鞍座接觸狀態(tài)的改變等。非線性彈塑性問題,例如鋼筋、鋼材等,材料超過屈服極限后呈現(xiàn)出非線性性質(zhì),結(jié)構(gòu)的彈塑性分析主要研究此類問題。在加載過程中,非線性彈性分析和非線性彈塑性分析從本質(zhì)上說是一致的,即只要寫出非線性的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系,就可采用相同的計(jì)算方法進(jìn)行,但在卸載階段,非線性彈性問題是可逆過程,卸載后結(jié)構(gòu)會(huì)恢復(fù)到加載前的位置,而非線性彈塑性問題是不可逆過程,卸載后結(jié)構(gòu)出現(xiàn)殘余變形。
3橋面鋪設(shè)的施工控制技術(shù)
隨著我國大跨徑鋼橋的大量修建,正交異性板鋼橋面的鋪裝技術(shù)取得了很大的發(fā)展。現(xiàn)已形成了幾套完整的鋼橋面鋪裝方案,其中比較典型的鋪裝方案包括:(1)澆注式瀝青混凝土鋪裝;(2)瀝青瑪蹄脂混合料鋪裝;(3)雙層改性瀝青SMA鋪裝;(4)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝。其中雙層改性瀝青SMA鋪裝方案在2001年底已通過了交通部技術(shù)驗(yàn)收,有關(guān)鋼橋面鋪裝的技術(shù)規(guī)范正在制定中。
對(duì)以上幾種鋪裝方案進(jìn)行了比較,分析其適用條件,根據(jù)其在幾座橋的實(shí)際使用情況,分析了各種鋪裝方案的優(yōu)勢與不足之處。(1)大跨度鋼橋本身的變形、位移、振動(dòng)等直接影響鋪裝層的工作狀態(tài)。因此要求橋面鋪裝層必須與橋面板緊密結(jié)合成整體,具有與鋼板變形的隨從性,且具有抗疲勞開裂性。(2)鋼橋的季節(jié)性溫度變化嚴(yán)重影響鋪裝層的變形,瀝青鋪裝層容易受大氣溫度的影響。因此要求鋪裝層具有很好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。(3)在荷載作用下,鋼箱梁有可能產(chǎn)生負(fù)彎矩,使鋪裝層表面承受拉伸荷載。因此要求鋪裝層能夠承受一定的拉應(yīng)變。(4)鋼材容易生銹,要求橋面鋪裝層能夠有效防水。
4結(jié)語
懸索橋是指以主纜索受拉為主要承重構(gòu)件的橋梁結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)構(gòu)造包括基礎(chǔ)、塔墩、錨碇、主纜索、吊索、加勁梁及橋面結(jié)構(gòu)等。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)需要橋梁跨度在600m及以上時(shí),總是首選懸索橋這一經(jīng)典橋型。施工單位是橋梁施工的直接實(shí)施者,是施工控制的具體實(shí)施者與受益者,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求與控制要求進(jìn)行施工,負(fù)責(zé)反饋施工控制的實(shí)施情況與效果,提出調(diào)整建議等;社會(huì)監(jiān)理對(duì)施工控制內(nèi)容、方案與目標(biāo)發(fā)表意見,負(fù)責(zé)監(jiān)督施工單位對(duì)施工控制的具體實(shí)施,對(duì)其結(jié)果進(jìn)行檢查、驗(yàn)收,對(duì)控制提出改進(jìn)意見,充當(dāng)控制與施工單位之間的直接聯(lián)系者;政府監(jiān)督對(duì)控制內(nèi)容、方案、目標(biāo)發(fā)表意見,并予以監(jiān)督;施工控制單位(小組)則是整個(gè)施工控制的組織者和實(shí)施者,負(fù)責(zé)施工控制內(nèi)容、方案、目標(biāo)的制定與實(shí)施。由此可見,施工控制是多方協(xié)作、共同努力的結(jié)果。
