CN111560850B - 斜拉桥拉索整体同步张拉处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于斜拉桥拉索张拉技术领域，具体为斜拉桥拉索整体同步张拉处理方法。本发明方法具体步骤包括：建立张拉过程基准值；调试现场张拉数控设备系统；根据最优成桥索力进行阶段拆分；设定力、位移的允许误差范围；然后分三个阶段，完成桥梁张拉过程，最终成桥索力张拉到位，持荷24小时进行观测，理论计算分析最终现场结果与预测值的偏差，在误差允许范围内，则整个张拉过程结束，记录、誊写梳理最终张拉报告。本发明将数控同步技术拓展应用到斜拉桥拉索张拉领域，大大提高了工作效率，提升成桥拉索索力的精度，消除了手工控制操作造成的人为误差，改善了张拉过程中主受力构件的受力性能，从而达到整个张拉过程的精准、快捷、方便。

Description

斜拉桥拉索整体同步张拉处理方法

技术领域

本发明属于斜拉桥拉索张拉技术领域，具体涉及斜拉桥拉索整体同步张拉处理方法。

背景技术

当今机械设备和数控智能化发展应用于工程界各种领域已非常普遍，多台千斤顶连接同一台油压设备同时供油，利用传感器通过计算机系统对千斤顶油压及其行程的控制，已经可以达到多个千斤顶按设定的目标值共同工作的目的。

目前利用同步控制设备在建筑体同步顶推及同步顶升等领域已经有较多实现的案例。如上海音乐厅的平移顶升工程、上海市玉佛禅寺大雄宝殿移位工程等，过程均是采用几十套千斤顶将建筑物同步顶起，利用计算机系统对千斤顶的油压输入进行控制，达到多个千斤顶同步工作的状态。多根预应力在梁上的同步张拉已有多次尝试。

随着经济发展，桥梁建设迅速发展，城市中很多桥梁采用索类桥梁，当采用一次落架成桥时，拉索张拉阶段是该类桥梁的施工中的重点与难点，张拉方案往往在张拉施工前进行多次讨论，整个张拉过程工序多，耗时长，往往最终结果确达不到预期的目的。

目前支架施工完成的斜拉桥通常采用一对一对的进行张拉，比如一座斜拉桥有56根索需要张拉，通常每次张拉4根，需张拉14次方可完成第一遍全桥张拉，然后再进行第二次甚至第三次调索，工序同第一次一样，如果需要两遍调索，那么也就是要进行42遍的索力张拉，张拉完成后，索力往往是一种说不清楚的状态，最终往往以成桥线形控制，索力是否达到最终成桥索力的问题往往无法得到验证。

现有技术主要有以下两大缺点：

第一、费时费力。常规张拉方式属于简单的重复劳动,当拉索根数增加后，工作量成几何数增长，张拉周期长，整个张拉过程需持续大半个月到一个月不等；

第二、最终索力与成桥索力很难达到吻合。当单根索力一遍遍张拉后，由于索之间的互相影响，最终张拉完成后的成桥索力值存在误差。目前做到很好的工程案例也存在设计理论成桥索力上下10%的误差。

所以，本发明要解决的技术问题是：

（1）常规一次落架桥梁拉索为单根对称分批次张拉，然后再进行2-3次调索，调索过程也为多批次单根对称张拉，由于调索过程中相邻拉索间的索力会产生相互影响，导致最终索力与设计提出的成桥索力误差较大；

（2）传统的拉索张拉工艺耗时较长，导致整个建设工期顺延，特别有航道的河道，整个张拉过程对航道的干扰时间较长。

术语解释：整体同步张拉是指，将斜拉桥上的所有斜拉索采用数控的方式一次性张拉到位，从而得到更为精确的拉索力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉索张拉周期短、主体构件张拉过程中的受力状态好的斜拉桥拉索整体同步张拉的处理方法。

本发明提出的斜拉桥拉索整体同步张拉的处理方法，具体步骤如下：

当整座斜拉桥采用一次落架完成体系转换时，各个斜拉索必须首先进行张拉达到各自的成桥索力，方可拆除落架。但是通过怎样设定分解分批张拉数据方案，让拉索方便、快捷、精准的到达成桥索力是本发明研究的关键点。本发明方法的方案有两条主线，即现场张拉及观测和理论数据提供、推演及预测。

（1）建立张拉过程基准值。根据现场桥梁实际参数，修正前期理论计算得到的最优成桥索力，索定与成桥荷载、弹模等参数温和的最优成桥索力，作为整个张拉过程的基准值，关注最大成桥索力及各索力之间的均匀性，一般在设计时相邻各索索力差别不能太大（一般不宜超过10%），是最终成桥索力调索的一大原则，如无需要处理的异常情况，理论数据计算则可开始。

（2）调试现场张拉数控设备系统。张拉数控设备系统由主控电脑、油压设备、千斤顶、数据采集盒等几个关键构件组成，通过系统液压链路和系统数据链路将他们连在一起；主控电脑总体控制整个张拉控制系统的各个部件的工作，主控电脑可自动控制各个千斤顶的运行状态，对每个千斤顶下达相应的张拉指令；张拉过程中，所有千斤顶的张拉力和位移量都可以反馈到主控电脑总控中心直观地展示，可人为直观地监控每个千斤顶的工作状态，并采取相应的措施和指令。参见图1、图2所示。现场设定每根拉索最终成桥索力的20%且不小于20T时进行预张紧,同时进行调试整个张拉数控设备系统的操控性和数据传输功能。

（3）现场设备调试完成后，拆除桥梁所有下部结构的临时支架与主梁之间的固结约束，梁体形成无竖向约束的搁置在支架上；至此所以张拉的准备工作完成。

（4）根据最优成桥索力进行阶段拆分。按照先粗后细的原则，根据最终成桥索力确定同步张拉的单批次张拉力力值，即计算初期分若干批次，前面的批次单次索力增加幅度较大，后面的批次单次索力增加幅度相对逐渐变小；一般分为5-7个批次；比如在实施例中，分为5个批次，具体标准为20%、60%、85%、95%、100%,按此原则进行张拉，电脑上用理论数据模拟整个张拉过程，确保每个阶段完成张拉索力后，整体梁体应力、拉索应力、梁体上挠位移、塔体偏位、梁体端部支座反力等的变化都在安全警戒线以内，然后，提供最终各批次的最终张拉控制力。

（5）设定力、位移的允许误差范围。以力为精准控制目标，目前油压千斤顶可以做到0.5%精度，但频谱法测量拉索误差普遍反映较大，最终两次测得的力的误差控制<10%；位移受温度影响较大，设为辅助控制目标，趋势一致，绝对值数据与理论计算误差控制在20%以内；两个指标确保后，可进行下个阶段的工作。

（6）第一个阶段，完成60%拉索张拉力后的桥梁张拉过程的基本状态，现场这一阶段完成后，核准现场总控电脑控制的张拉数据与千斤顶油压设备的数据一致，持荷两小时后，由监控单位用拉索力数据检验仪进行力的检验，同时也是进行自身仪器设备的基准纠偏，观测数据无异常后，记录现场张拉数据；测量现场塔体两侧的梁体上挠的位移量，塔体纵向唯一偏移量、反应梁体应力的应变片数据（该数据出入比较大，仅做桥梁结构安全校验）数据，当时天气温度及日照状况。

（7）现场与数据提供电脑上模拟的塔体两侧的梁体上挠的位移量，塔体纵向唯一偏移量数据进行对比，如梁体未脱架（考虑支架弹性变化，梁体竖向位移仅为毫米级变化时）则以塔纵向偏位数据为主分析，核验现场记录理论与实际数据的误差与偏差，分析理论数据与实际数据偏差的原因，寻找引起可能引起数据波动的变量，对理论数据与现场数据差值原因进行分析，常见的如：选择混凝土弹性模量、梁体的重量模拟偏差，日照温差等敏感数据，通过增大或减小某个变量得到梁体及塔体的位移变化趋势并记录。

（8）第二个阶段，拉索完成85%张拉力，现场完成该阶段后重复步骤（6）中第一个阶段后的操作过程，索力以现场总控电脑张拉数据为准，监控单位的拉索力检测数据做复核，主要对偏差较大的数据进行二次校验。

（9）将第二阶段现场数据与数据提供电脑反馈的关键位移数据进行对比，得到二阶段完成后理论数据与实际数据的偏差结果，以及增加的索力产生的梁体位移量及塔体位移量进行对比，根据增量数据结果，合理的适当微调混凝土弹模、混凝土容重及钢材容重及基准温度等数据。

（10）该阶段完成后，建议修整一夜，期间密切日夜间温度变化对塔、梁位移的影响，并将该温度变化影响与电脑模拟中的温度变化影响进行对比。

（11）第三阶段，拉索完成95%张拉力，现场张拉及观测重复上述外业步骤。

（12）将现场数据与修整模型的理论计算数据进行对比，绘制力与位移的关系图表，拉索力增量变化图表，设定每个阶段的权重，进行95%-100%的位移数据预测，如预测结果满意，则继续张拉，如发现最终力的取值有更优答案，也进行最终成桥索力的微调，校验无误后提供现场，作为最优一个阶段成桥索力的张拉值；过程中力与位移的变化情况推演与实际现场数据差距不超过5%；如果，超过5%，则认为理论与实际数据偏离出入过大，应及时查找原因，必要时应再增加一个中间步骤，获取理论与现场数据间的增量关系，更好的辅助完成最后一个阶段中理论计算的推演；但在最初期拟定的方案中最少不得少于上述五个批次的步骤。

（13）按最终成桥索力张拉到位，现场张拉及观测重复上述外业步骤进行，持荷24小时进行观测，理论计算分析最终现场结果与预测值的偏差，在误差允许范围内则可认为整个张拉过程结束，记录、誊写梳理最终张拉报告，总结经验和教训。

本发明达到了如下期望目标：

第一、区别于以往的单根依次张拉，改变传统张拉工艺中索力模糊、最终成桥索力无法准确知晓的尴尬，得到与理论值一致的最优成桥索力；

第二、缩短拉索张拉的周期，利用现代化手段提高工作效率，整个拉索张拉一气呵成，一步到位；

第三、改善张拉过程中，梁、塔、拱等构件的过程中的受力模式，整体同步张拉对主体构件张拉过程中的受力状态可以更好的改善。

与现有技术相比，本发明优点

随着科技的发展，数控同步技术国内工程领域内已经有了较广泛的应用，一次落架的斜拉桥拉索张拉一直是工程界的难题，传统的方案是采用单根拉索张拉，费时费力不精确，但工程界一直以来也没有更好的解决方案，将数控同步技术的应用拓展到斜拉桥拉索张拉领域，可以很好的将数控同步应用于多根斜拉索同步张拉，可以大大提高工作效率，提升成桥拉索索力的精度，消除手工控制操作造成的人为误差，改善张拉过程中主受力构件的受力性能，从而达到整个张拉过程的精准、快捷、方便。但是从传统拉索张拉理论数据计算到同步张拉拉索每个过程的理论数据计算，关键控制要素是有本质上的区别的，也是本发明的关键价值所在。

附图说明

图1为本发明现场使用的张拉数控设备系统图示。

图2为本发明现场使用的张拉数控设备系统中控制中心（主电脑）与各泵站和索搭的连接图示。

图3为本发明方法的流程图示。

具体实施方式

本发明方法在上海奉贤区某公路道路新建工程中的跨港桥梁施工中进行实际应用，该跨港大桥主桥全长190m，跨径布置为120m+70m,120m主跨跨五级航道且一跨过河，主桥为空间网状索面独塔斜拉桥结构，塔体断面为6m*4m，塔体结构较柔，对拉索索力的精准度要求高，同时参加各方均希望施工期间尽可能缩短对航道的干扰期，因此结合实际工程对拉索同步张拉过程进行探索研究，并且在该桥成功实现应用。

该桥同步张拉方案实施前，项目组制定了采用同步张拉方案的整套系统操作流程，主要分两条主线四大阶段：

第一阶段：基础理论数据核查与现场设备准备工作。

理论数据的核查主要是对施工期间的工程边界条件下，借助现场实际测量数据对电脑中的理论模型计算结果进行修正，对模型中的混凝土弹性模量、重量等根据现场实际情况进一步校准，从而进一步校准最终成桥索力。现场设备准备工作主要包括斜拉索挂索及张拉千斤顶设备的安装，并对完成安装的斜拉索进行初步预张紧，现场设定每根拉索最终成桥索力的20%且不小于20T时进行预张紧。

第二阶段：提出各阶段的张拉比例，并将数据在电脑上模拟预演整个张拉过程，完成整套同步控制设备与张拉设备的安装与调试。

根据最优成桥索力，结合同步张拉理论，制定同步张拉方案，按照前期数据增幅大，后期增幅小的原则初步提出各阶段的张拉比例数据，在该项目方案中设定张拉力的20%、60%、85%、95%、100%的原则作为分批次张拉的标准，并在电脑上完成整个张拉过程模拟，确保整个张拉过程稳定可靠，比如：边跨支座不出现负反力，塔和梁的偏位保持在规范允许的范围之内。现场释放临时支架结构对上部梁体结构的竖向约束，将张拉控制设备千斤顶等与同步设备进行连接并进行整套同步张拉设备的张拉与数据采集功能测试。

第三阶段：按既定的方案分步骤进行拉索同步张拉，张拉前期阶段根据现场测量数据校准内部模拟过程数据，张拉后期阶段根据电脑模拟数据推演预测现场张拉结果。

该阶段是整个张拉的核心过程，通过内业数据与外业数据之间交互校验，并对外业最终完成成桥索力的张拉控制的过程。两条主线交互推进，最终内业与外业反馈的两组数据偏差在允许范围内后，根据模型数据预测最后两个张拉阶段的张拉力，最终完成现场张拉。

第四阶段：对上述过程进行整理分析，形成一套完成的理论体系和操作流程。

张拉完成并持荷24小时后进行拉索锚固，撤除张拉及同步设备。对整个张拉过程进行过程数据整理，并形成完整的操作流程供后续工程参考。

本发明的优越性：

1、本发明实现了所有拉索最终索力数据的精准控制，千斤顶张拉过程中的索力采集直接来自千斤顶油压表数据的读取，精准度可以控制在±5KN范围内，按照张拉2000KN的索力计算，精确度可达到99.75%，而常规张拉方式一般是张拉完成后，通过基于频谱法的索力动测仪进行索力检测，精度能够达到90%已经是极限，这对于拉索索力敏感的斜拉桥体系，特别是拉索数量多，塔结构较柔的体系异形索体系是远远达不到工程控制精度的，这势必变相降低了桥梁对活荷载的最大承载力；

2、本发明实现了整个拉索体系张拉时间的大大缩短，按照传统张拉方案，在不包含前期准备工作的情况下，最核心的张拉阶段顺利进行至少也需要半个月到一个月左右的时间，如果不顺利张拉可能会陷入僵局，而本套张拉方法最核心的张拉过程正常三天即可完成，包括持荷24小时的观测时间，在需要尽可能减小周边相关工作的干扰期时（比如对航道的干扰）或者工期本身要求紧张时可以缩短工期，提高临时支架的周转率。

Claims (1)

1.一种斜拉桥拉索整体同步张拉的处理方法，其特征在于，包括现场张拉和观测，以及理论数据提供、推演和预测；具体步骤如下：

（1）建立张拉过程基准值，根据现场桥梁实际参数，修正前期理论计算得到的最优成桥索力，索定与成桥荷载、弹模等参数温和的最优成桥索力，作为整个张拉过程的基准值，关注最大成桥索力及各索力之间的均匀性，要求相邻各索索力差别超过10%；如无需要处理的异常情况，开始理论数据计算；

（2）调试现场张拉数控设备系统，张拉数控设备系统由主控电脑、油压设备、千斤顶、数据采集盒几个主要构件组成，通过系统油压链路和系统数据链路将它们连在一起；主控电脑总体控制整个张拉控制系统的各个部件的工作，包括主控电脑自动控制各个千斤顶的运行状态，对每个千斤顶下达相应的张拉指令；张拉过程中，所有千斤顶的张拉力和位移量都反馈到主控电脑总控中心直观地展示，供技术人员直观地监控每个千斤顶的工作状态，并采取相应的措施和指令；现场设定每根拉索最终成桥索力的20%进行预张紧,同时进行调试整个张拉数控设备系统的操控性和数据传输功能；

（3）现场设备调试完成后，拆除桥梁所有下部结构的临时支架与主梁之间的固结约束，梁体形成无竖向约束的搁置在支架上；至此所以张拉的准备工作完成；

（4）根据最优成桥索力进行阶段拆分，按照先粗后细的原则，根据最终成桥索力确定同步张拉的单批次张拉力力值，即计算初期分若干批次，前面的批次单次索力增加幅度较大，后面的批次单次索力增加幅度相对逐渐变小；如果分为5个批次，具体分为20%、60%、85%、95%、100%，按此标准进行张拉；电脑上用理论数据模拟整个张拉过程，确保每个阶段完成张拉索力后，整体梁体应力、拉索应力、梁体上挠位移、塔体偏位、梁体端部支座反力的变化都在安全警戒线以内，然后提供最终各批次的最终张拉控制力；

（5）设定力、位移的允许误差范围，以力为精准控制目标，油压千斤顶的力的误差、频谱法测量拉索误差，最终两次测得的力的误差控制<10%；梁体上挠位移和塔体偏位的位移绝对值数据与理论计算误差控制在20%以内；两个指标确保后，进行下个阶段的工作；

（6）第一个阶段，完成60%拉索张拉力后的桥梁张拉过程的基本状态，现场这一阶段完成后，核准现场总控电脑控制的张拉数据与千斤顶油压设备的数据一致，持荷两小时后，由监控单位用拉索力数据检验仪进行力的检验，同时也是进行自身仪器设备的基准纠偏，观测数据无异常后，记录现场张拉数据；测量现场塔体两侧的梁体上挠的位移量，塔体纵向位移偏移量、反应梁体应力的应变片数据，当时天气温度及日照状况；

（7）现场数据与电脑上模拟的塔体两侧的梁体上挠的位移量以及塔体纵向位移偏移量数据进行对比，如梁体未脱架则以塔纵向偏位数据为主分析，核验现场记录理论与实际数据的误差与偏差，分析理论数据与实际数据偏差的原因，寻找可能引起数据波动的变量，对理论数据进行关键因素敏感性分析，包括：选择混凝土弹性模量、梁体的重量模拟偏差，日照温差等敏感数据，通过增大或减小某个变量得到梁体及塔体的位移变化趋势并记录；

（8）第二个阶段，拉索完成85%张拉力，现场完成该阶段后重复第6步骤中第一个阶段后的操作过程，索力以现场总控电脑张拉数据为准，监控单位的拉索力检测数据做复核，主要对偏差较大的数据进行二次校验；

（9）将第二阶段现场数据与电脑反馈的关键位移数据进行对比，得到二阶段完成后理论数据与实际数据的偏差结果，以及增加的索力产生的梁体位移量及塔体位移量进行对比，根据增量数据结果，合理的适当微调混凝土弹模、混凝土容重及钢材容重及基准温度等数据；

（10）该阶段完成后，修整一夜，期间密切日夜间温度变化对塔、梁位移的影响，并将该温度变化影响与电脑模拟中的温度变化影响进行对比；

（11）第三阶段，拉索完成95%张拉力，现场完成该阶段后重复第6步骤中第一个阶段后的操作过程，索力以现场总控电脑张拉数据为准，监控单位的拉索力检测数据做复核；

（12）将现场数据与修整模型的理论计算数据进行对比，绘制力与位移的关系图表，拉索力增量变化图表，设定每个阶段的权重，进行95%-100%的位移数据预测；如预测结果满意，则继续张拉；如发现最终力的取值有更优答案，则进行最终成桥索力的微调，校验无误后提供现场，作为最优一个阶段成桥索力的张拉值；过程中力与位移的变化情况推演与实际现场数据差距不超过5%；如超过5%，则查找原因，增加中间步骤，获取理论与现场数据间的增量关系，辅助完成最后一个阶段中理论计算的推演；

（13）按最终成桥索力张拉到位，现场完成该阶段后重复第6步骤中第一个阶段后的操作过程，索力以现场总控电脑张拉数据为准，监控单位的拉索力检测数据做复核，其中，持荷时间改为24小时进行观测，理论计算分析最终现场结果与预测值的偏差，在误差允许范围内；则整个张拉过程结束，记录、誊写梳理最终张拉报告。

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