施工方案中途改变的无背索斜拉桥监控方法*
王晓明，郝宪武，白絮
（长安大学公路学院，陕西西安710064）
[摘要】元背索斜拉桥是高次超静定自平衡体系，塔、梁内力与线形相互耦合，斜拉索拉力之间存在相干性.施工方案中途改变后，监控方案调整分析繁项且计算量大，很难再满足目标成桥状态.引人无应力状态量，指出无应力 状态控制法在施工方案改变时的自适应性，采用弹性悬链线法计算无应力索长，解决了上述难题，工程应用表明，该方法简单、快捷，能够达到预定的目标状态.
[关键调】桥梁工程：斜拉桥；无应力状态控制法；监控
[中图分类号】U448.27 [文章编号]1002-8498（2013）11-0085-03[文献标识码]A
Construction Control for Cable-stayed Bridgewith No Backstays Subjected to Temporary ConstructionScheme Change
Wang Xiaoming Hao Xianwu Bai Xu
Abstract; Cable-stayed bridge without backstays is a high-order statically indeterminate structure whichmsintsins balance by self-equilibrium with the tower beams. The internal force of the tower beam is coupled with the cable shape and the tension forces of the cables are mutually influencing. When theconstruction scheme is changed during the construetion process adjustment analysis to the moniteringscheme is tedious with a huge amount of calculations and it is very difficult to achieve the target bridgestate. In this paper a stress-free state parameter is introduced. It is pointed out that using the stress-freestate control method has the benefit of self-adaptability during construction scheme change. The elasticthat the proposed method can achieve the predetermined target state simply and conveniently. s e os pp
Key words bridges; cable stayed bridges; unstressed stale control method; monitoring
定的特点，由成桥最终状态直接解算施工中间状构分阶段形成，后续单元安装在已有变形的结构上态.安装计算求解中间施工过程直接、方便，对于产生.现场工序和荷载的变动，只要计算变动当前阶段及对比式（2）与式（1），可见分阶段成型结构只要其后工序即可，无需从头开始进行全过程计算，大幅度提高了现场监控的应变速度.
本文运用无应力状态法，利用无应力状态量稳式中：L为与无应力状态量有关的荷载矩阵，由结
保证L.=0，也就是保证无应力状态量和一次成型时相等，则不论结构形成过程多复杂，最终状态内 力、位移将和一次成型时相同.
1无应力状态法在施工方案改变时的自适应性
因此，当结构体系、支承边界条件、外荷载一定时，如果组成结构的构件无应力长度和无应力曲率确定时，其对应的结构内力和位移唯一，与结构的形成过程无关.这就是无应力状态法理论.
根据能量平衡方程，8=8U8W=0，则对于一次成型结构的力学平衡方程可表示为：
(1)
而分阶段成型结构的平衡方程为：
上述基本原理决定了无应力状态法对施工方案临时改变的自适应性.斜拉桥的成桥目标状态确定后，如果进一步计算出各构件的无应力长度和无应力曲率，则在正装分析中无需担心施工工序或 临时荷载对最终成桥状态的影响，每一根斜拉索的
(2)
无应力长度和预期成桥状态不会发生改变，只需关注施工过程中各构件的安全性，并给予适当调整 即可.
需要指出的是，上述基本原理需要一个重要前提，就是所受作用不记忆施工过程.
2基于无应力状态法的斜拉桥监控方法
状态分为以下5步：①计算设计指定的成桥最终状 利用无应力状态法确定斜拉桥施工中间过程态的每根斜拉索的无应力长度：②按照斜拉桥施工的实际安装情况，对结构进行分阶段正装计算；③根据结构的线形设计要求确定主梁节段的安装标高：④确保正装分析中主梁弹性曲线的连续性，并 且各个斜拉索的无应力长度和设计指定的成桥目标状态的无应力长度相同：5确保正装分析中支座的安装设置与成桥目标状态的位置保持一致.
图1斜拉索计算简图Fig. 1 The cable calculation schema
上述正装分析中的一个关键就是，确定与斜拉化值.通过千斤顶主动张拉，斜拉索从状态I变成 索无应力长度差的调整相对应的斜拉索索力的变状态Ⅱ时，在斜拉桥结构外荷载与结构体系不发生改变的前提下，结构状态I，Ⅱ索力变化值△T和无应力长度差值S-S存在一一对应关系.斜拉索的长度变化S -S 为：
(6)
式中：S ，E，A分别为第i根斜拉索的无应力长度、弹性模量和面积：4和h，分别为斜拉索两节点的水平和竖直距离；H和V分别为节点的水平力和竖向 力；q为索的线重度.
S-S =S-STS/(EA)（3)式中：S，S 分别为状态I，Ⅱ时的斜拉索的几何长度，面相应的无应力长度为S，Sm；A为斜拉索截面积；E为斜拉索弹性模量；△T=T-T为两状态的索力差.
确定斜拉桥成桥目标状态后，第i根斜拉索的l. A和H，都已确定，解方程组（6）可确定无应力索长S
4工程应用
西部某单塔双索面无背索斜拉桥采用墩梁刚接体系（见图2）.桥梁跨径88m，全长99.35m，全宽9.8m，设计荷载为城-B级.桥面设双向1.5%的横坡，横坡由箱梁腹板变高度形成，桥面铺装采用9em厚沥青混凝土.主梁采用预应力混凝土箱形截 面，单箱双室结构，箱梁宽9.8m，桥梁边缘处梁高1.60m；主塔采用预应力混凝土，桥面以上塔高63.827m，为变截面矩形实心截面：全桥设置双排控索，斜拉索在主梁上标准索距7.0m，主塔上6.669m.基础采用嵌岩桩.
设在A，B两端加上沿AB方向的一对反向单位力，4，B两点沿AB方向的儿何位置变化设为e，则式（3）可写为：
于是有：
S-S△TS/（EA)=△T（4)
T=（S-S）/[S/(EA)-e]（5)
式（5）为外荷载和结构体系不变时，无应力索长的调整与索力变化的关系.
需要指出的是，如果考虑斜拉索的垂度效应使得计算具有非线性性质以及上面计算时忽略了二 阶量，式（5）确定的索力增量△7在状态Ⅱ的无应力索长和要求的S有所差别，需要用选代计算来解决此问题.
3斜拉索无应力长度的计算方法
用，因此斜拉索是位于一个铅垂面上的弹性悬链线 斜拉索除了端部受拉力外，节间只有自重作（见图1）.
图2斜拉桥立面Fig. 2 The elevation of example cable-stayed bridge
弹性悬链线的精确解析解可表示为：
应在二期铺装之后一次性拆除支架，但因地理 该桥塔、梁都采用满堂支架施工（见图3a），本气候、汛期泄洪及结构等方面原因，改变原设计施工工序，新的工序为：①在张拉第1根索SI时，拆除远离主塔一边的一部分主梁支架，拆除范围约为 11.2m，基本拆到远离S9约为6.5m处（见图3b）；②在张拉第6对索S6时，拆除主塔这边的主梁支架以及全部主塔支架，主梁支架拆除范围约为42.6m，基本上拆到S4附近（见图3c）；③在张拉第1根索S7时，拆除主梁剩余的全部，拆除范围约为41.2m （见图3d）.
Fig.3The changed construction scheme 图3改变后的施工方案
施工工序的变化必然导致整个斜拉桥的结构受力以及位移发生变化.如果继续采用原先拟定的张拉方案，势必无法达到成桥目标状态，因此需要迅速重新制订张拉方案.
选代法、考虑施工过程的影响矩阵法等传统方法， 由于斜拉索是一对一对地张拉，采用正装倒拆都势必需要考虑索力间的相干性，确定每一根索的张拉值、到位值、增量值都很繁杂.
然而由无应力状态法的基本观点可知，该桥虽然改变的是施工方法，但是目标成桥状态却没有发变，从面可根据这一不变量，按照正装方法一次性 生改变，每一根斜拉索的无应力长度不会发生改快速计算出新的索力张拉方案.
新的索力张拉方案如图4所示.考虑到施工中斜拉索的安全，张拉分2次完成.每次张拉1对索，按S1到S9的顺序完成.初张拉通过张拉力来控 制，二次调整通过控制引伸量来完成.根据式（5），可以换算出对应的拉力增量，可用于控制校验.
如图5所示，由于斜拉索的相干性，整个张拉过程中斜拉索的索力都在变化，但是每根索的无应力长度只改变一次，即对当前索进行二次张拉的阶段.
上述张拉方案在该桥施工中取得了良好效果，结构线形和内力都与目标成桥状态差距很小.
5结语
参考文献：
图4初张力与二次调索时的引伸量Fig. 4 The initial tension and the extensionvalue of 2nd cable adjustment
图5斜拉索S1的索力与无应力长度变化Fig.5 Force and unstressed length variation of cable S1
无应力状态法在斜拉桥监控中具有独特的优势，尤其是当施工方案或临时荷载改变时，该方法能够调整迅速，快速反应.在实践应用中，引伸量 的测量准确性，以及校验步骤的合理性是成败关键.
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