1 工程概况

　　洞庭湖大桥位于洞庭湖入长江交汇口处岳阳市七里山，东起岳阳，西接君山，是杭瑞高速公路临湘(湘鄂界)至岳阳公路的控制性工程。该桥桥跨布置如图1所示，主缆跨径组合为(460+1 480+491)m，主梁跨径组合为(1 480+453.6)m，塔柱高206.088m，主缆采用预制平行钢丝索股，每根索股由127根5.35mm高强度镀锌钢丝组成，主梁采用板桁结合的钢桁加劲梁。

　　图1 桥跨布置  

　　2 工程及施工监控特点

　　1)工程规模较大，建设条件复杂，技术难度大，创新点较多，主梁架设方案和施工监控技术是洞庭湖大桥成功修建的关键。

　　2)采用窗口刚接法进行主梁安装施工，施工过程中存在较大的应力及位移，可能超限，须对主梁设铰位置、设铰方式及施工过程进行详细的仿真分析和现场监控。

　　3)主梁在君山侧桥塔处连续，面临梁段不对称吊装问题，合理的梁段吊装顺序、合龙方案及索鞍顶推方案至关重要。

　　4)梁段需采用强制内力进行连接，使构件承担设计时未考虑的内力，须通过严格的监控方案协调主梁制作线形和现场拼装线形。

　　5)采用正交异性钢桥面板，需考虑桥面板参与结构整体受力，结构形式新颖，受力复杂。

　　6)锚碇基础沉降与水平位移对主缆、主梁线形和桥塔偏位产生较大影响。

　　7)桥塔较高，监控过程中应充分考虑施工温度对模板定位的影响及后期桥塔压缩对标高的影响，并设置横向预偏量，监控主动横撑。

　　8)跨度较大，主缆架设时应考虑温度场及测量控制网的复杂性。

　　9)由于主梁架设过程具有强烈的几何非线性，结构变形和应力状态变化较大，温度、风速、施工和制作误差等对线形的影响较大。

　　根据实际施工工序，按照已完成的结构状态和施工过程，收集现场参数和数据，对桥跨结构进行实时分析和验算。采用变形预警体系对施工状态进行安全度评价和风险预警，根据验算结果调整控制参数，预测后续施工过程中的结构形状，并提出相应措施和调整后的设计参数，确保成桥后结构内力和线形符合设计要求。

　　3 施工监控

　　3.1 监控计算

　　3.1.1 计算方法

　　采用空间几何非线性有限元法，以桥梁结构静动力非线性分析软件BNLAS为主，辅以ANSYS,Midas软件进行验算。

　　3.1.2 计算模型

　　1)整体模型

　　为分析各工况下的结构受力，建立平面杆系模型，如图2所示。

　　图2 平面杆系模型  

　　2)单元类型

　　模型中采用的单元类型包括:(1)只拉垂索单元为考虑主缆垂度的影响，采用只拉垂索单元模拟主缆;(2)只拉直杆单元采用只拉直杆单元模拟吊索力学行为;(3)空间梁单元桥塔、主梁杆件均采用空间梁单元模拟，并计入剪切变形对结构内力及位移的影响;(4)刚臂单元主缆与锚碇连接和顶推装置均通过无质量刚性单元和刚臂单元模拟;(5)斜拉索单元顶推刚性杆件采用斜拉索单元模拟。

　　3)边界条件

　　塔柱在承台处固结，主梁梁端设置仅约束竖向位移的支座，主缆锚固点处固结。

　　3.1.3 施工阶段划分

　　根据实际施工过程划分151个施工阶段，桥塔施工过程利用BNLAS软件进行简单模拟。

　　3.2 监控参数

　　监控参数包括测试参数和测量参数，其中测试参数包括桥塔应力及温度、裸塔自振模态、吊索索力、主缆锚跨张力、主缆温度、主梁应力及温度，测量参数包括桥塔偏位、桥塔标高变化量、索夹位置、散索鞍偏位、主缆及索股线形、主梁及桥面线形。

　　4 主要监控测试结果分析

　　4.1 桥塔应力

　　在桥塔及上部结构施工过程中，对桥塔应力进行测试及计算分析，结果表明，桥塔应力理论值与实测值基本一致，所有工况下实测应力均≤0MPa，即未出现拉应力，表明桥塔结构应力处于安全可控状态。

　　4.2 裸塔自振模态

　　为准确了解洞庭湖大桥岳阳侧、君山侧桥塔动力特性，在桥塔施工完成未安装猫道和主缆的裸塔状态下进行环境激励动力测试。测试结果与理论结果较接近，表明桥塔实际刚度与设计刚度较吻合，满足要求。

　　5 主要监控测量结果分析

　　5.1 桥塔偏位

　　由桥塔偏位测量结果可知，吊梁过程中岳阳侧及君山侧桥塔均向跨中方向偏位，达到一定限值后，施工单位根据监控单位的指令进行鞍座顶推，顶推完成后主塔向两侧边跨偏位。岳阳侧桥塔塔顶最大纵向偏位为18.3cm，君山侧为19.5cm，均未超过20cm的限值。岳阳侧桥塔塔顶最大扭转偏位为2.5cm，君山侧为3.3cm，均未超过3.5cm的限值，可知岳阳侧及君山侧桥塔塔顶扭转基本趋于稳定状态，未发生明显增大现象。成桥时桥塔位置接近设计状态，岳阳侧桥塔向君山侧偏位2.0cm，君山侧桥塔向岳阳侧偏位0.8cm，均未超过5.0cm的限值，满足监控方案要求。

　　5.2 主缆线形

　　5.2.1 基准索股

　　施工单位完成基准丝股精调后，与监控单位共同对基准索股进行稳定测量。由测量数据可知，中跨最大高差为8mm，左右幅相对高差为10mm;边跨最大高差为21mm，左右幅相对高差为9mm，均满足监控方案要求。

　　5.2.2 成缆线形

　　主缆紧缆完成后对成缆线形进行测量，测量数据作为索夹安装定位和确定吊索制作长度的重要依据。

　　在空缆线形稳定观测期间对索股温度进行实时监控，并对主塔及散索鞍偏位进行测量，用于修正实测空缆线形。

　　主缆标高实测值与理论值如表1所示，由表1可知，左幅最大标高差值为4.0cm，右幅最大标高差值为3.4cm，实测数据与理论计算结果基本符合，表明主缆线形控制良好。

　　表1 主缆标高 

　　表1 主缆标高

　　6 成桥状态主要监控结果分析

　　为更好地了解洞庭湖大桥成桥状态及初始运营状态，在完成桥面铺装及荷载稳定后进行一次成桥状态索力及线形监控，监控内容主要包括吊索索力、主缆索股锚跨张力、主梁应力、主缆线形及标高、主梁线形及长度。

　　6.1 吊索索力

　　由吊索索力实测值与理论值的对比可知，全桥所有吊索索力误差均控制在10%以内。

　　6.2 索股锚跨张力

　　部分索股由于位置关系无法测量，可由已测数据进行推测。由测量结果可知，岳阳侧桥塔左幅锚跨175根索股最大张力差为7.98%，右幅锚跨175根索股最大张力差为8.06%;君山侧桥塔左幅锚跨181根索股最大张力差为7.93%，右幅锚跨181根索股最大张力差为8.87%，均满足10%的限值要求。

　　6.3 主梁应力

　　对成桥状态下主梁应力进行监控，由监控结果可知，应力变化情况与计算结果基本相同，且在控制范围内。

　　6.4 主缆线形

　　由主缆线形测量结果可知，成桥状态下主缆实测标高与理论标高较接近，差值为-41～60mm，满足监控方案要求。

　　6.5 主梁线形

　　由主梁线形测量结果可知，成桥状态下主梁实测标高与理论标高较接近，差值为-32～51mm，仅有少数几处主梁桥面实测标高小于理论标高，满足“宁高勿低”的原则，且满足监控方案要求。

　　6.6 主梁长度

　　桥面铺装完成后对主梁长度进行测量及计算，主梁长度实测平均值为1 935.448m，理论值为1 935.519m，相差0.071m，满足监控及洞庭湖大桥专项工程质量检验评定标准要求。

　　7 结语

　　悬索桥由主缆、吊索、桥塔、锚碇及加劲梁等组成，线形与主缆弹性模量、主缆应力分布均匀程度、结构各部分质量、桥塔沉降、锚碇沉降等多种因素有关。通过介绍洞庭湖大桥施工监控主要内容，分析施工过程中结构安全、成桥线形和成桥内力监控结果，总结大跨度非对称双跨钢桁梁悬索桥施工监控技术。