大跨径悬索桥结构施工控制技术探究
大跨度悬索桥梁施工控制也是一个较大的系统工程,它必须具备足够的人、财、物以及先进的管理手段方能使其正常运行。同时,桥梁施工通常要涉及到业主、设计、施工、社会监理、政府监督、施工控制等多个部门与单位,这些单位都将在施工控制中起到不同程度的作用。在施工中也需要对于各个环节进行控制,以下论文主要就此做了粗浅的探讨。
1桥梁相关比例的选择
许多桥梁的实际宽跨比早巳缩小到1/30左右。对大跨度(500m以上)悬索桥来说,即使取1/30作为宽跨比的最小标准也是显得非常保守的。特别是对千米以上的大跨度悬索桥来说,满足交通要求的梁宽(或主缆中心距)一般不一定都超过1/30。但大跨度悬索桥的宽跨比至今尚无合理而具有科学性的标准值。在进行总体布置时可先参考已有的实践资料来选择一定的宽跨比值,然后在抗风设计中进行理沦分析与利用风洞试验来验证所选宽跨比值是否适宜。在理论上,当主孔跨度为定值时,宽跨比越大表示梁体越宽。因此,代表梁体横向挠曲刚度的梁体截面横向惯性矩也越大。对主孔梁体的横向最大挠度虽也可起到减小的作用,但后者的减小程度相对的来说较小一些。
由于悬索桥的加劲梁在恒载作用下除了与吊索节间长度有关的局部挠曲应力之外,一般是处于无应力状态,因此加劲梁的梁高一般与主孔跨度基本上没有什么关系。在进行总体布置时需要考虑的是采用桁架式加劲梁还是采用箱型加劲梁。桁架式加劲梁的桁高大比箱型加劲梁的梁高大要大好几倍,它对布置双层桥面的适应性较佳。箱型加劲梁从首次出现在英国的塞文(Severn)桥以后,它的优点已广泛被世界各国接受。因此,20世纪80年代以后悬索桥中除了日本的明石海峡大桥和因岛大桥之外,单层桥面的悬索桥基本上全部采用箱型加劲梁。桁架式加劲梁的梁高大一般为8m～14m。箱型加劲梁的梁高,一般为2．5m～4．5m。与宽跨比相同,高跨比越大表示梁体越高。因此,代表梁体竖向挠曲刚度的梁体截面竖向惯性矩也越大。
2施工材料的分析
桥梁工程中典型材料非线性问题主要有混凝土的收缩、徐变和材料弹塑性等问题。几何非线性问题目前主要研究三类问题:一类是大位移小应变问题,如高层建筑、大跨度柔性桥梁等结构分析大多属于此类,其特点是材料应变较小,本构关系可按线性关系考虑,但结构变形较大,可引起外荷载大小、方向的变化,在建立结构平衡方程时,必须考虑位移造成的影响;另一类是大位移大应变问题,如金属的压力加工问题,结构变形较大,应变也较大,用位移的一阶导数作为应变值已不太适合;第三类问题是大转动问题,所谓转动“很大”,不一定是量值很大,而是指在建立平衡方程时,必须计及这种转动。研究第一类问题的理论称为有限位移理论,研究第二类问题的理论称为有限应变理论。
桥梁工程中的几何非线性问题主要采用有限位移理论,如柔性桥梁结构的恒载状态确定问题、柔性结构的恒活载的内力计算问题、桥梁结构的稳定分析问题等均采用有限位移理论。接触问题在桥梁工程中主要表现有:支架上预应力梁张拉后的部分落架现象:悬索桥主缆与鞍座接触状态的改变等。非线性弹塑性问题,例如钢筋、钢材等,材料超过屈服极限后呈现出非线性性质,结构的弹塑性分析主要研究此类问题。在加载过程中,非线性弹性分析和非线性弹塑性分析从本质上说是一致的,即只要写出非线性的应力一应变关系,就可采用相同的计算方法进行,但在卸载阶段,非线性弹性问题是可逆过程,卸载后结构会恢复到加载前的位置,而非线性弹塑性问题是不可逆过程,卸载后结构出现残余变形。
3桥面铺设的施工控制技术
随着我国大跨径钢桥的大量修建,正交异性板钢桥面的铺装技术取得了很大的发展。现已形成了几套完整的钢桥面铺装方案,其中比较典型的铺装方案包括:(1)浇注式沥青混凝土铺装;(2)沥青玛蹄脂混合料铺装;(3)双层改性沥青SMA铺装;(4)环氧沥青混凝土铺装。其中双层改性沥青SMA铺装方案在2001年底已通过了交通部技术验收,有关钢桥面铺装的技术规范正在制定中。
对以上几种铺装方案进行了比较,分析其适用条件,根据其在几座桥的实际使用情况,分析了各种铺装方案的优势与不足之处。(1)大跨度钢桥本身的变形、位移、振动等直接影响铺装层的工作状态。因此要求桥面铺装层必须与桥面板紧密结合成整体,具有与钢板变形的随从性,且具有抗疲劳开裂性。(2)钢桥的季节性温度变化严重影响铺装层的变形,沥青铺装层容易受大气温度的影响。因此要求铺装层具有很好的高温稳定性和低温抗裂性。(3)在荷载作用下,钢箱梁有可能产生负弯矩,使铺装层表面承受拉伸荷载。因此要求铺装层能够承受一定的拉应变。(4)钢材容易生锈,要求桥面铺装层能够有效防水。
4结语
悬索桥是指以主缆索受拉为主要承重构件的桥梁结构。其结构构造包括基础、塔墩、锚碇、主缆索、吊索、加劲梁及桥面结构等。在桥梁设计时,当需要桥梁跨度在600m及以上时,总是首选悬索桥这一经典桥型。施工单位是桥梁施工的直接实施者,是施工控制的具体实施者与受益者,严格按设计要求与控制要求进行施工,负责反馈施工控制的实施情况与效果,提出调整建议等;社会监理对施工控制内容、方案与目标发表意见,负责监督施工单位对施工控制的具体实施,对其结果进行检查、验收,对控制提出改进意见,充当控制与施工单位之间的直接联系者;政府监督对控制内容、方案、目标发表意见,并予以监督;施工控制单位(小组)则是整个施工控制的组织者和实施者,负责施工控制内容、方案、目标的制定与实施。由此可见,施工控制是多方协作、共同努力的结果。
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