一种无基准索股的悬索桥主缆架设方法与流程

1.本发明属于悬索桥主缆施工技术领域，具体涉及一种无基准索股的悬索桥主缆架设方法。


背景技术：

2.主缆作为悬索桥结构体系中最重要的承重构件，一旦架设完毕，就无法再调整其线形。而主缆空缆线形的架设误差会对后续各个施工阶段产生显著影响。因此，悬索桥施工关键是精确控制主缆空缆架设线形。
3.在实际工程中，主缆架设通常采用标记法和垂度调整法两种。其中，标记法是指预制索股出厂时会在每根索股位于主索鞍和散索鞍顶部中心的位置做标记，现场通过将索股的标记点与主索鞍和散索鞍中心对齐的架设方法。但由于索股长达千米以上，工厂预制时对温度、测量仪器精度等要求高，产生误差的因素复杂且难以控制。目前也有一些提高测量精度，采用统计学原理最大程度降低标记误差的方法，但这种方法不仅费时费力还无法完全消除误差，而且预制索股过程中所产生随机的偶然误差导致架设过程中每根索股的误差累计，导致各索股相互影响很难达到预期状态。垂度调整法是指在主缆架设时称第一根索股为基准索股，采用绝对垂度法对其进行高度定位。选在夜间温度稳定且风力较小的条件下，采用精密仪器对基准索股垂度进行测量，与理论垂度对比后进行调整，调整后一般需要连续几天进行稳定性观测，确保基准索股线形满足施工控制要求。除基准索股外的其他索股称为一般索股，采用相对垂度法对其进行高度定位。以架设好的基准索股为参照，一般索股架设时的理想状态是各索股间若即若离，相互没有挤压，但在实际施工中由于各索股间误差累计，使这种理想状态几乎难以实现，而且准确的垂度测量对环境条件要求极其苛刻，需要在温度稳定，无降雨且风力较小的气象条件下才能进行。由于架设测量是在野外进行，环境条件无法控制，风容易导致索股位移和振动，雨天又无法工作或者索股上有雨水会影响索股的线形变化，测量仪器及人员造成误差也不可避免，导致垂度调整法实施难度很大，尤其是跨江、跨海和峡谷大跨悬索桥，架设环境更是恶劣，温度和风力变化较大，往往难以达到垂度调整的气象环境要求，极端情况下索架设施工甚至会延误数月，严重影响桥梁施工进度的安排。多变的气象条件对主缆的架设精度和质量也将造成较大影响，而且由于悬索桥主缆跨度很大，温度作用于主缆上时往往不限于某一温度，而是以温度场的形式对主缆产生影响，对主缆温度场进行测量时，日照、环境条件、时间等因素都会对温度场测量产生影响，影响垂度调整精度。
4.总之传统垂度调整法需对每根索股进行垂度测量，且受气候干扰大，严重影响施工进度，而且在一般索股架设过程中由于误差累计，各索股相互影响导致主缆形态难以达到理想效果。目前主缆架设都是采用传统的垂度调整法，并将标记法作为辅助手段。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种无基准索股的悬索桥主缆架设方
法，无需再进行繁琐的垂度调整，基本可以无视气候环境的影响，能够达到提高主缆架设质量和节省工期的目的。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
7.一种无基准索股的悬索桥主缆架设方法，包括：
8.在恒温环境下，根据悬索桥主缆的索股在设计标准温度下的无应力长度，进行所述索股的下料加工得到索股，所述恒温环境为所述设计标准温度；
9.在所述恒温环境下，对所述下料加工得到的每根所述索股进行分段点标记，所述分段点包括中跨跨中标记点、左岸侧主索鞍ip标记点、右岸侧主索鞍ip标记点、左岸侧散索鞍ip标记点、右岸侧散索鞍ip标记点和边跨跨中标记点；
10.将标记有ip点的左岸侧主索鞍和标记有ip点的右岸侧主索鞍分别安装到左岸侧主塔和右岸侧主塔上，将标记有ip点的左岸侧散索鞍和标记有ip点的右岸侧散索鞍分别安装到左岸侧相应位置和右岸侧相应位置上；
11.将第一根所述索股上的左岸侧主索鞍ip标记点与所述左岸侧主索鞍的ip点对位，同时将第一根所述索股上的右岸侧主索鞍ip标记点与所述右岸侧主索鞍的ip点对位，将第一根所述索股上的左岸侧散索鞍ip标记点与所述左岸侧散索鞍的ip点对位，将第一根所述索股上的右岸侧散索鞍ip标记点与所述右岸侧散索鞍的ip点对位；
12.测量第一根所述索股的中跨跨中标记点的垂度是否与理论垂度相同，若不相同，则将第一根所述索股与左岸侧主索鞍固定，修正所述右岸侧主索鞍的ip点，直至第一根所述索股的中跨跨中标记点的垂度与理论垂度相同，则得到修正后的所述右岸侧主索鞍的ip点，并将第一根所述索股与右岸侧主索鞍固定；
13.修正所述右岸侧散索鞍的ip点和所述左岸侧散索鞍的ip点，直至第一根所述索股的边跨跨中标记点的垂度与理论垂度相同，则得到修正后的所述右岸侧散索鞍的ip点和修正后的所述左岸侧散索鞍的ip点，并将第一根所述索股与左岸侧散索鞍和右岸侧散索鞍固定；
14.将剩余的所述索股上的左岸侧主索鞍ip标记点与所述左岸侧主索鞍的ip点对位，将剩余的所述索股上的右岸侧主索鞍ip标记点与所述修正后的所述右岸侧主索鞍的ip点对位，将剩余的所述索股上的左岸侧散索鞍ip标记点与所述修正后的所述左岸侧散索鞍的ip点对位，将剩余的所述索股上的右岸侧散索鞍ip标记点与所述修正后的所述右岸侧散索鞍的ip点对位；
15.调整左岸锚跨和右岸锚跨的索股张力至设计要求后，完成悬索桥主缆架设。
16.进一步地，所述测量第一根所述索股的中跨跨中标记点的垂度是否与理论垂度相同，还包括：
17.若相同，则将剩余的所述索股上的左岸侧主索鞍ip标记点与所述左岸侧主索鞍的ip点对位，同时将剩余的所述索股上的右岸侧主索鞍ip标记点与所述右岸侧主索鞍的ip点对位，将剩余的所述索股上的左岸侧散索鞍ip标记点与所述左岸侧散索鞍的ip点对位，同时将剩余的所述索股上的右岸侧散索鞍ip标记点与所述右岸侧散索鞍的ip点对位，调整左岸锚跨和右岸锚跨的索股张力至设计要求后，完成悬索桥主缆架设。
18.进一步地，所述悬索桥主缆的索股在设计标准温度下的无应力长度的求取方式为：
19.通过有限元法计算得到所述悬索桥主缆的索股在设计标准温度下的无应力长度。
20.进一步地，所述对所述下料加工得到的每根所述索股进行分段点标记，具体方法为：
21.先对任意一根所述索股中的一根标准钢丝的无应力长度进行分段点标记；
22.再以标记有分段点的所述标准钢丝为基准，对所述索股进行分段点标记。
23.进一步地，所述分段点还包括左岸侧锚头浇筑时锚杯口与索股相对位置的标记点和右岸侧锚头浇筑时锚杯口与索股相对位置的标记点。
24.进一步地，所述测量第一根所述索股的中跨跨中标记点和边跨跨中标记点的垂度时，选择在温度稳定且风小的夜间进行多次测量。
25.进一步地，所述主索鞍的ip点在所述主索鞍出厂时已标记完成，所述散索鞍的ip点在所述散索鞍出厂时已标记完成。
26.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供了一种无基准索股的悬索桥主缆架设方法，主要解决目前垂度调整法架设主缆索股时，受气候干扰大，垂度调整步骤繁琐且精度不高，导致施工周期长且操作难度大的问题。使用本发明提出的无基准索股的悬索桥主缆架设方法后，无需再进行繁琐的垂度调整，架设第一根索股后可以无视气候环境的影响，达到提高主缆架设质量和节省工期的目的。采用在恒温环境下，即在稳定预制环境下制造的主缆索股，其制造精度大大提高，关键是能够消除制作过程中产生的偶然误差，保证每根索股的误差都为相同值。在主缆架设时仅需修正第一根索股的偏差，其他索股的架设只需将标记点与修正后索鞍的ip标记点对位架设。这种方法操作简单，节省工期。
27.也就是说，为了提高主缆架设质量，克服环境对主缆架设的影响，避免主缆索股垂度调整产生的困难从而缩短工期，本发明提出一种无基准索股的悬索桥主缆架设方法，该方法以无应力索长恒定不变理论为基础，在精确计算主缆无应力长度的基础上，在室内恒温条件下通过多基线测量装置对索股控制点(分段点)进行标记，这种在同一制造条件下的测量方法能够消除预制过程中每根索股间的偶然误差，使所有索股的误差值相同。在第一根索股架设并修正完成后，只需将其他索股标记点直接与修正后的主、散索鞍的ip点对位架设，达到索股架设不受气候影响的目的，施工周期大大缩短。
28.综上，采用本发明无基准索股的悬索桥主缆架设方法制造的主缆索股，消除了各索股制造产生的偶然误差，使所有索股的误差值保持一致，仅需在第一根索股架设时修正主索鞍和散索鞍的ip标记点，之后其他索股标记点直接与修正后的主索鞍和散索鞍的ip点对位架设，无需再进行复杂的垂度调整，使用该方法操作简便，架设精度高，可避免各索股间架设时误差累积造成主缆形态不理想，且架设其他索股时可以无视环境条件，大大的节省施工工期。
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实
施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本发明一种无基准索股的悬索桥主缆架设方法操作流程图；
32.图2是三跨悬索桥索股标记点位置示意图；
33.图3是标准钢丝和索股标记方法示意图；
34.图4是室内多基线测量装置示意图；
35.图5是塔顶主索鞍ip点出厂位置标记及位置修正示意图；
36.图6是散索鞍ip点出厂位置标记及位置修正示意图；
37.图7是修正第一根索股流程图。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.目前对于主缆索股的制造是根据理论计算得到的无应力长度值由预制厂自行标定产生的。在施工时标记点仅作为辅助手段对索股进行初步定位，之后还要用复杂的垂度调整法对索股进行逐根测量，这种常规方法受外界环境干扰大，架设工期长且主缆成型后难以达到预期效果。当前标记法仅作为辅助手段的原因是由于现场施工与主缆预制厂联系不紧密，目前国内索股预制厂制作方法各有不同，不统一，索股标记点的精确度难以保证。而理论上来说只要对各跨索股无应力长度计算准确、索股上各控制点的标记位置绝对准确，并在施工时将标记位置对准控制点中心位置入鞍即可保证索股架设的精度，根本无需再进行调整。但实际上中根本无法保证索股标记点的绝对准确。
40.因此，可参考图1所示，本发明一种无基准索股的悬索桥主缆架设方法，基于无应力长度恒定原理，主张将索股的预制环节纳入主缆专项施工方案中，将施工具体实施方案与预制厂预制方案紧密结合，在室内恒温环境下利用特定测量装置消除各索股标记误差的偶然性差异，保证所有索股的标记误差为相同值，在之后的架设过程中可以无视环境因素，只需对所有索股调整同一值就可达到架设要求，具体包括如下步骤：
41.步骤1：在恒温环境下，根据悬索桥主缆的索股在设计标准温度下的无应力长度，进行索股的下料加工得到索股，恒温环境为设计标准温度；
42.具体地说，通过有限元法计算得到悬索桥主缆的索股在设计标准温度下的无应力长度，即索股的下料加工长度。
43.某一实施例中，索股预制要在空间密闭的厂房进行，并且采用恒温装置(如多台空调)使室内温度始终与设计标准温度保持一致，消除因温度变化产生的误差。
44.步骤2：在恒温环境下，对下料加工得到的每根索股进行分段点标记，分段点包括中跨跨中标记点、左岸侧主索鞍ip标记点、右岸侧主索鞍ip标记点、左岸侧散索鞍ip标记点、右岸侧散索鞍ip标记点、边跨跨中标记点、左岸侧锚头浇筑时锚杯口与索股相对位置的标记点和右岸侧锚头浇筑时锚杯口与索股相对位置的标记点；
45.某一实施例中，以三跨主缆悬索桥为例，可分为8段9个标记点进行标记，标记位置
如图2所示：
46.m0：左岸侧锚头浇筑时锚杯口与索股相对位置的标记点；
47.m1：左岸侧散索鞍ip标记点；
48.m2：左岸侧边跨跨中点；
49.m3：左岸侧主索鞍ip标记点；
50.m4：中跨跨中标记点；
51.m5：右岸侧主索鞍ip标记点；
52.m6：右岸侧边跨跨中点；
53.m7：右岸侧散索鞍ip标记点；
54.m8：右岸侧锚头浇筑时锚杯口与索股相对位置的标记点。
55.作为优选的实施方式，对下料加工得到的每根索股进行分段点标记，具体方法为：先对索股中的一根标准钢丝的无应力长度进行分段点标记；再以标记有分段点的标准钢丝为基准，对索股进行分段点标记。标记点处用对比强烈的红和蓝两种油漆，根据标记点位置，在标准丝和索股整个周边涂刷标志，两种颜色各60mm宽，红蓝分界线为标记控制截面，如图3所示；
56.具体地说，某一实施例中，如图4所示，设计多基线测量装置保证所有索股在同一测量条件下进行标记，该测量装置具体为，在厂房内设置21根刚性桩，间距为15m，即总长300m，刚性桩顶部设置滚轮方便传送钢丝。将索股中的一根标准钢丝牵引至21根刚性桩上的滚轮上，标准钢丝一端用砝码拽拉，这样即可准确得到在砝码拉力和自身重力下标准钢丝的有应力长度，然后换算得到相应的无应力长度，无应力长度得到后便能准确定位分段点位置，并进行标记。为了架设时进行标记点与索鞍的ip点的对位，根据标准钢丝的标记点位置确定索股的标记点位置。依据同样方法将其他索股进行标记。采用此种方法得到标记点精度很高但可能也会受一些因素影响，比如刚性桩间距误差、滚轮的安装精度及摩阻力影响和钢材材性的理论计算采用值与实际值偏差的影响等，但这些因素对于每根索股的影响是相同的，产生的误差为系统误差而非偶然误差，即认为所有索股的出厂长度与理想长度差一个相同值。
57.步骤3：将标记有ip点的左岸侧主索鞍和标记有ip点的右岸侧主索鞍分别安装到左岸侧主塔和右岸侧主塔上，将标记有ip点的左岸侧散索鞍和标记有ip点的右岸侧散索鞍分别安装到左岸侧相应位置和右岸侧相应位置上；
58.具体地说，各索鞍的ip点在索鞍出厂时已标记完成。也就是说，为了架设时进行索股标记点与索鞍的ip点的对位，厂内加工索鞍时需要在索鞍的ip点设计位置进行精确标记，主、散索鞍出厂标记分别如图5和图6所示。
59.步骤4：将第一根索股上的左岸侧主索鞍ip标记点与左岸侧主索鞍的ip点对位，同时将第一根索股上的右岸侧主索鞍ip标记点与右岸侧主索鞍的ip点对位，将第一根索股上的左岸侧散索鞍ip标记点与左岸侧散索鞍的ip点对位，将第一根索股上的右岸侧散索鞍ip标记点与右岸侧散索鞍的ip点对位；
60.步骤5：测量第一根索股的中跨跨中标记点的垂度是否与理论垂度相同，若相同，则将剩余索股上的左岸侧主索鞍ip标记点与左岸侧主索鞍的ip点对位，同时将剩余索股上的右岸侧主索鞍ip标记点与右岸侧主索鞍的ip点对位，将剩余索股上的左岸侧散索鞍ip标
记点与左岸侧散索鞍的ip点对位，同时将剩余索股上的右岸侧散索鞍ip标记点与右岸侧散索鞍的ip点对位，调整左岸锚跨和右岸锚跨的索股张力至设计要求后，完成悬索桥主缆架设。
61.一般来说，测量第一根索股的中跨跨中标记点和边跨跨中标记点的垂度时，应选择在温度稳定且风小的夜间进行。但由于施工过程中可能存在的桥塔施工偏差、索鞍位置偏差以及厂内制造过程中产生的系统误差，会使第一根索股的跨中垂度与理论垂度存在一定的偏差，故需要调整第一根索股标记点与索鞍标记ip点的相对位置，从而使跨中垂度与理论垂度一致。而上述因素引起的偏差对每根索股的影响是相同的，因此仅需将第一根索股的偏差进行修正，即对主索鞍和散索鞍处索股对位点进行重新标记，得到修正后的主索鞍和散索鞍的ip标记点。
62.具体地，参考图7所示，将第一根索股与左岸侧主索鞍固定，修正右岸侧主索鞍的ip点，直至第一根索股的中跨跨中标记点的垂度与理论垂度相同，则得到修正后的右岸侧主索鞍的ip点，并将第一根索股与右岸侧主索鞍固定；修正右岸侧散索鞍的ip点和左岸侧散索鞍的ip点，直至第一根索股的边跨跨中标记点的垂度与理论垂度相同，则得到修正后的右岸侧散索鞍的ip点和修正后的左岸侧散索鞍的ip点，并将第一根索股与左岸侧散索鞍和右岸侧散索鞍固定；调整左岸锚跨和右岸锚跨的索股张力至设计要求后，完成第一根索股架设。修正后应连续3天夜间对中跨跨中标记点和边跨跨中标记点的垂度进行稳定性观测，确保修正后索鞍的ip标记位置满足施工控制要求，修正后的主索鞍和散索鞍上的ip标记点，如图5和图6所示；
63.步骤6：将剩余索股上的左岸侧主索鞍ip标记点与左岸侧主索鞍的ip点对位，将剩余索股上的右岸侧主索鞍ip标记点与修正后的右岸侧主索鞍的ip点对位，将剩余索股上的左岸侧散索鞍ip标记点与修正后的左岸侧散索鞍的ip点对位，同时将剩余索股上的右岸侧散索鞍ip标记点与修正后的右岸侧散索鞍的ip点对位；调整左岸锚跨和右岸锚跨的索股张力至设计要求后，完成悬索桥主缆架设。
64.本发明中的无应力长度是指构件在标准温度下截面应力变为零时的长度。
65.本发明主要解决当前垂度调整法架设主缆索股时，容易受周边环境干扰，且各索股间误差累计相互影响，导致施工周期长、操作难度大且主缆成形状态不理想的问题。采用本发明无基准索股的悬索桥主缆架设方法制造的主缆索股，消除了索股制造过程中产生的偶然误差，使所有索股的误差保持一致，在架设过程中仅需在首根索股架设时修正主鞍座标记点，之后其他索股标记点直接与修正后的主鞍座标记点重合，无需再进行繁琐的垂度调整。这种无基准索股的架设方法操作简便，避免了误差累积，主缆成形状态理想，其他索股架设时可以无视环境条件，大大的节省施工工期。
66.最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。