一种基于斜拉桥辅助墩分阶段调整的施工控制方法

摘要

本申请公开了一种基于斜拉桥辅助墩分阶段调整的施工控制方法，涉及斜拉桥桥梁施工技术领域，包括判断拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏是否有任一个超出安全阈值。若拉索初张后的主塔纵偏超出安全阈值，则通过调整辅助墩的起顶量升高主梁边跨端高度后，根据计划数据进行施工。若主梁吊装后的主塔纵偏超出安全阈值，则通过调整辅助墩的落顶量降低主梁边跨端高度后，根据计划数据进行施工。本申请通过调整辅助墩的起顶量和落顶量，高效便捷地控制斜拉索张拉和主梁节段吊装循环施工中，主塔的塔顶偏位和塔底弯矩在安全范围内，确保结构受力安全且线形可控。

说明书

技术领域

本申请涉及斜拉桥桥梁施工控制领域，特别涉及一种基于斜拉桥辅助墩分阶段调整的施工控制方法。

背景技术

斜拉桥多采用悬臂架设施工工艺，在辅助跨合龙之前，结构处于对称双悬臂架设阶段，主梁两侧均悬空。在此阶段，采用控制边、中跨斜拉索初张力水平分力相等的方法，即可达到塔直梁平状态。

在完成辅助跨合龙后，主梁边跨一侧架设在辅助墩上，主梁中跨一侧仍然悬空，此时进入单悬臂施工阶段。在此阶段，由于辅助墩竖向约束的存在，主梁两侧的结构边界条件不对称，后续斜拉索张拉和主梁节段吊装均会引起主塔塔顶较大偏位和主塔塔底较大弯矩，其典型特征包括后续每次斜拉索张拉施工会引起主塔向边跨侧偏，每次主梁节段吊装施工则有利于塔偏恢复，甚至会引起主塔向中跨侧偏。

对于斜拉桥，尤其是大跨度斜拉桥，往往辅助跨合龙后的斜拉索张拉及架梁等工况为施工过程中主塔纵向受力的控制工况，需采取措施控制主塔的塔顶纵向偏位和塔底纵向弯矩，确保主塔结构受力安全。

针对斜拉桥辅助跨合龙之后，斜拉索张拉和主梁节段吊装的循环施工会引起较大的塔顶偏位和塔底弯矩，一般采用在斜拉索张拉和主梁节段吊装的循环施工过程中，调整梁上配重和斜拉索索力，以满足结构受力和线形控制要求，即需要在短期内反复调整配重荷载重量、配重荷载位置、以及斜拉索索力，这类施工控制方法费时费力，工序较为繁琐，实际可操作性不强。

发明内容

本申请实施例提供一种基于斜拉桥辅助墩分阶段调整的施工控制方法，能够在单悬臂施工阶段，通过调整辅助墩的起顶量和落顶量，高效便捷地控制斜拉索张拉和主梁节段吊装循环施工中，主塔的塔顶偏位和塔底弯矩在安全范围内，确保结构受力安全且线形可控。

一方面，提供了一种基于斜拉桥辅助墩分阶段调整的施工控制方法，包括：

获取桥梁结构的第一数据和施工计划的计划数据，并处理得到根据计划数据施工后的主塔纵偏；桥梁结构包括主梁边跨端高度和主塔纵偏，施工计划包括依次进行的拉索初张和主梁吊装；

判断拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏是否有任一个超出安全阈值：

若拉索初张后的主塔纵偏超出安全阈值，则通过调整辅助墩的起顶量升高主梁边跨端高度后，根据计划数据进行施工；

若主梁吊装后的主塔纵偏超出安全阈值，则通过调整辅助墩的落顶量降低主梁边跨端高度后，根据计划数据进行施工；

若拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏均未超出安全阈值，则根据计划数据进行施工。

一些实施例中，所述桥梁结构还包括主梁中跨端高度和主梁线形。

一些实施例中，所述计划数据包括拉索初张时的斜拉索初张拉力数据和主梁吊装时的主梁节段重量数据。

一些实施例中，所述安全阈值包括边跨侧纵偏阈值和中跨侧纵偏阈值，边跨侧纵偏阈值和中跨侧纵偏阈值相等。

一些实施例中，调整所述辅助墩的起顶量前，确定辅助墩的起顶量的具体步骤包括：

根据边跨侧纵偏阈值和所述计划数据处理得到拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度；

将拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中包含的主梁边跨端高度进行比对，得到最小起顶量；

根据中跨侧纵偏阈值和所述计划数据处理得到主梁吊装前经过起顶后的主梁边跨端高度；

将主梁吊装前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中包含的主梁边跨端高度进行比对，得到最大起顶量；

由最小起顶量和最大起顶量确定所述辅助墩的起顶量范围。

一些实施例中，所述通过调整辅助墩的起顶量升高主梁边跨端高度的具体步骤包括：

判断主梁吊装后的主塔是否朝边跨侧偏位：

若是，则将拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏进行比对得到第一差值，以第一差值的一半为第一主塔纵偏平均值，根据第一主塔纵偏平均值和所述计划数据处理得到拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度，将拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中的主梁边跨端高度进行比对，得到最佳起顶量；

若否，则将拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏进行均值化处理得到第二主塔纵偏平均值，根据第二主塔纵偏平均值所述计划数据处理得到拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度，将拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中的主梁边跨端高度进行比对，得到最佳起顶量。

一些实施例中，调整所述辅助墩的起顶量前，确定辅助墩的落顶量的具体步骤包括：

根据中跨侧纵偏阈值和所述计划数据处理得到主梁吊装前经过落顶后的主梁边跨端高度；

将主梁吊装前经过落顶后的主梁边跨端高度和第一数据中包含的主梁边跨端高度进行比对，得到最小落顶量；

根据边跨侧纵偏阈值和所述计划数据处理得到拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度；

将拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中包含的主梁边跨端高度进行比对，得到最大落顶量；

由最小落顶量和最大落顶量确定所述辅助墩的落顶量范围。

一些实施例中，所述通过调整辅助墩的落顶量降低主梁边跨端高度的具体步骤包括：

判断拉索初张后的主塔是否朝边跨侧偏位：

若是，则将拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏进行均值化处理得到第三主塔纵偏平均值，根据第三主塔纵偏平均值所述计划数据处理得到拉索初张前经过落顶后的主梁边跨端高度，将拉索初张前经过落顶后的主梁边跨端高度和第一数据中的主梁边跨端高度进行比对，得到最佳落顶量；

若否，则将拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏进行比对得到第二差值，以第二差值的一半为第四主塔纵偏平均值，根据第四主塔纵偏平均值和所述计划数据处理得到拉索初张前经过落顶后的主梁边跨端高度，将拉索初张前经过落顶后的主梁边跨端高度和第一数据中的主梁边跨端高度进行比对，得到最佳落顶量。

一些实施例中，所述方法还包括：

通过测量得到桥梁结构的实际结构数据，将桥梁结构的实际结构数据和预先获取的桥梁结构的理论结构数据进行校对，得到桥梁结构的所述第一数据。

一些实施例中，所述施工计划包括以一次拉索初张和一次主梁吊装为一次施工组合，通过循环进行所述施工组合完成斜拉桥的所有拉索初张和所有主梁吊装；

所述方法还包括：

在每次进行所述施工组合前均判断是否对辅助墩的高度进行调整，以确定调整所述辅助墩的起顶量的时间点和调整所述落顶量的时间点。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

通过控制辅助跨合龙后各拉索、架梁阶段辅助墩高度，调整主塔纵向偏位及塔底弯矩在可控范围，确保结构受力安全，线形可控。

辅助墩起顶落顶施工相对传统主梁配重及斜拉索索力调整等主塔内力控制方法，施工更加便捷、高效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1为本发明实施例中未采用辅助墩起顶时，拉索初张后的斜拉桥变形示意图。

图2为本发明实施例中未采用辅助墩起顶时，主梁吊装后的斜拉桥变形示意图。

图3为本发明实施例中采用辅助墩起顶时，拉索初张后的斜拉桥变形示意图。

图4为本发明实施例中采用辅助墩起顶时，主梁吊装后的斜拉桥变形示意图。

图5为本发明实施例中基于斜拉桥辅助墩分阶段调整的施工控制方法的流程图。

图6为本发明实施例中步骤S3流程图之一。

图7为本发明实施例中步骤S3流程图之二。

图8为本发明实施例中步骤S4流程图之一。

图9为本发明实施例中步骤S4流程图之二。

附图标记：

1-未采用辅助墩起顶的斜拉索初张工况主塔纵向变形曲线；2-未采用辅助墩起顶的主梁节段吊装工况主塔纵向变形曲线；3-采用辅助墩起顶的斜拉索初张工况主塔纵向变形曲线；4-采用辅助墩起顶的主梁节段吊装工况主塔纵向变形曲线；5-辅助墩墩顶；6-架梁吊机。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种基于斜拉桥辅助墩分阶段调整的施工控制方法，应用于斜拉索张拉和主梁节段吊装的循环施工，具体的，预先制定有针对该循环施工的施工计划，该施工计划包括以一次拉索初张和一次主梁吊装为一次施工组合，通过循环进行施工组合完成斜拉桥的所有拉索初张和所有主梁吊装。

该施工控制方法包括首先获取用于表征桥梁结构的当前结构状况的第一数据，结合包含所有施工计划的计划数据，预测根据计划数据进行施工后桥梁结构的理论结构状况，如果根据计划数据施工后，主塔纵偏超出安全阈值，则需要在实施上述施工计划前，通过调整主梁边跨端的高度预先调整主梁线形，从而在实施上述施工计划时，避免主塔纵偏超出安全阈值。由于在辅助跨合龙后，主梁边跨端架设在辅助墩上，因此，可以通过调整辅助墩的起顶量或落顶量来调整主梁边跨端的高度，高效便捷的控制斜拉索张拉和主梁节段吊装循环施工中，主塔的塔顶偏位和塔底弯矩在安全范围内，确保斜拉桥结构受力安全且线形可控。

具体的，如图5所示，基于斜拉桥辅助墩分阶段调整的施工控制方法包括：

步骤S1、获取桥梁结构的第一数据和施工计划的计划数据，并处理得到根据计划数据施工后的主塔纵偏。桥梁结构包括主梁边跨端高度和主塔纵偏，施工计划包括依次进行的拉索初张和主梁吊装。主塔纵偏指主塔中心线相对于桥梁中心线的位移，该桥梁中心线垂直于主梁桥面且与主塔未产生任何偏移时的中心线重合。主塔纵偏由两个指标表征，一个是主塔塔顶偏位，另一个是主塔塔底弯矩，主塔塔顶偏位和主塔塔底弯矩对应，如果主塔塔顶偏位不超出安全范围，则主塔塔底弯矩也不超出安全范围，如果主塔塔顶偏位超出安全范围，则主塔塔底弯矩也超出安全范围。所述桥梁结构还包括主梁中跨端高度和主梁线形。桥梁结构的第一数据包括未进行拉索初张和主梁吊装前的主梁边跨端高度、主梁中跨端高度、主梁线形、以及主塔纵偏的相关数据，桥梁结构的第二数据包括根据施工数据推导的进行拉索初张后的主梁边跨端高度、主梁中跨端高度、主梁线形、以及主塔纵偏的相关数据、以及根据施工数据推导的进行主梁吊装后的主梁边跨端高度、主梁中跨端高度、主梁线形、以及主塔纵偏的相关数据。

步骤S2、判断拉索初张后的主塔纵偏是否超出安全阈值：

若是，则转步骤S3。

若否，则转步骤S4。

步骤S3、通过调整辅助墩的起顶量升高主梁边跨端高度后，根据计划数据进行施工。

步骤S4、判断主梁吊装后的主塔纵偏是否超出安全阈值：

若是，则转步骤S5。

若否，则转步骤S6。

步骤S5、通过调整辅助墩的落顶量降低主梁边跨端高度后，根据计划数据进行施工。

步骤S6、根据计划数据进行施工。

在本实施例中，完成辅助跨合龙后，进行拉索初张后，主塔会向边跨侧偏位，进行主梁吊装后，主塔偏位恢复甚至朝向中跨侧偏位。若拉索初张后主塔纵偏比主梁吊装后的主塔纵偏大，则主梁吊装后的主塔纵偏不会超出安全阈值。若拉索初张后的主塔纵偏小于主梁吊装后的主塔纵偏，则拉索初张后的主塔纵偏不会超出安全阈值。此为斜拉桥拉索初张和主梁吊装的基本特征。

基于上述基本特征，由于在单次施工组合中，拉索初张在前，主梁吊装在后。因此，首先判断拉索初张后的主塔纵偏是否会超出安全阈值，如果拉索初张后，主塔向边跨侧的偏位会超出安全阈值，则说明基于第一数据进行拉索初张后会出现安全隐患，需要在拉索初张前，通过调整辅助墩的起顶量使主梁边跨端的高度升高，高度升高后，进行拉索初张后，则主塔向边跨侧的偏位不会超出安全阈值。

如果判断拉索初张后的主塔纵偏不会超出安全阈值，则继续判断主梁吊装后的主塔纵偏是否会超出安全阈值，如果主梁吊装后，主塔向中跨侧的偏位会超出安全阈值，则说明基于第一数据进行拉索初张和主梁吊装后会出现安全隐患，需要在拉索初张前(为了节省施工步骤，单次施工组合仅在拉索初张前进行至多一次的辅助墩高度调整，因此，在拉索初张前进行辅助墩高度调整后，在进行主梁吊装时辅助墩的高度仍然等同于进行拉索初张时辅助墩的高度)，通过调整辅助墩的落顶量使主梁边跨端的高度降低，高度降低后，进行拉索初张和主梁吊装后，则主塔向中跨侧的偏位不会超出安全阈值。

以拉索初张后主塔向边跨侧偏位、且主梁吊装后主塔向主跨侧偏位为例进行说明。如图1所示，为未采用辅助墩辅助时，进行拉索初张后的主塔变形和主梁变形的示意图，未采用辅助墩起顶的斜拉索初张工况主塔纵向变形曲线1相对于桥梁中心线的主塔纵偏d1(主要指塔顶纵偏)大于安全阈值，主塔纵偏d1对应塔底弯矩M1。如图2所示，未采用辅助墩起顶的主梁节段吊装工况主塔纵向变形曲线2相对于桥梁中心线的主塔纵偏d2(主要指塔顶纵偏)小于安全阈值，主塔纵偏d2对应塔底弯矩M2。通过上述控制施工方法计算得到起顶量△i后，如图3所示，采用辅助墩起顶的斜拉索初张工况主塔纵向变形曲线3相对于桥梁中心线的主塔纵偏d1’小于安全阈值，主塔纵偏d1’对应塔底弯矩M1’。如图4所示，采用辅助墩起顶的主梁节段吊装工况主塔纵向变形曲线4相对于桥梁中心线的主塔纵偏d2’小于安全阈值，主塔纵偏d2’对应塔底弯矩M2’。

在本实施例中，通过在拉索初张前升高主塔边跨端高度即可在施工时保证主塔纵偏不超出安全阈值，保证桥梁结构安全。

在较佳的实施例中，所述计划数据包括拉索初张时的斜拉索初张拉力数据和主梁吊装时的主梁节段重量数据。

在本实施例中，根据桥梁现有结构数据和拉索初张时的斜拉索初张拉力数据即可计算得到拉索初张后的桥梁结构数据，就可以判断拉索初张后主塔纵偏是否超出安全范围。同样的，根据桥梁现有结构数据、拉索初张时的斜拉索初张拉力数据、以及主梁吊装时的主梁节段重量数据，就可以判断依次进行拉索初张和主梁吊装后主塔纵偏是否超出安全范围。

进一步的，根据拉索初张后的桥梁结构数据和拉索初张时的斜拉索初张拉力数据，也可以倒退出拉索初张前的桥梁结构数据。根据主梁吊装后的桥梁结构数据，也可以倒退出拉索初张前的桥梁结构数据。

在较佳的实施例中，所述安全阈值包括边跨侧纵偏阈值和中跨侧纵偏阈值，边跨侧纵偏阈值和中跨侧纵偏阈值相等。

在本实施例中，边跨侧纵偏阈值指主塔向边跨侧的最大偏移量，中跨侧纵偏阈值指主塔向中跨侧的最大偏移量。

在较佳的实施例中，如图6所示，所述步骤S3中，调整所述辅助墩的起顶量前，确定辅助墩的起顶量的具体步骤包括：

步骤S31a、根据边跨侧纵偏阈值和所述计划数据处理得到拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度。

步骤S32a、将拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中包含的主梁边跨端高度进行比对，得到最小起顶量。

步骤S33a、根据中跨侧纵偏阈值和所述计划数据处理得到主梁吊装前经过起顶后的主梁边跨端高度。

步骤S34a、将主梁吊装前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中包含的主梁边跨端高度进行比对，得到最大起顶量。

步骤S35a、由最小起顶量和最大起顶量确定所述辅助墩的起顶量范围。

在本实施例中，由于拉索初张后，主塔朝边跨侧偏位，主梁吊装后，主塔朝中跨侧偏位。因此，最小起顶量需满足拉索初张后主塔曲线与边跨侧纵偏阈值重合，最大起顶量需满足主梁吊装后主塔曲线与主跨侧纵偏阈值重合。也即，拉索初张后，主塔曲线至少不能向边跨侧偏移的超出边跨侧纵偏阈值，主梁吊装后，主塔曲线至少不能向中跨侧偏移的超出中跨侧纵偏阈值。

在确定起顶量范围后，可根据需要在起顶量范围内任意确定一起顶量，根据该起顶量调整辅助墩高度和主梁边跨端高度后，即可进行一次拉索初张和一次主梁吊装。

在较佳的实施例中，如图7所示，所述步骤S3中，调整所述辅助墩的起顶量前，确定辅助墩的起顶量的具体步骤包括：

步骤S31b、判断主梁吊装后的主塔是否朝边跨侧偏位：

若是，则转步骤S32b。

若否，则转步骤S33b。

步骤S32b、将拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏进行比对得到第一差值，以第一差值的一半为第一主塔纵偏平均值，根据第一主塔纵偏平均值和所述计划数据处理得到拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度，将拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中的主梁边跨端高度进行比对，得到最佳起顶量。

步骤S33b、将拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏进行均值化处理得到第二主塔纵偏平均值，根据第二主塔纵偏平均值所述计划数据处理得到拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度，将拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中的主梁边跨端高度进行比对，得到最佳起顶量。

在本实施例中，如果主梁吊装后的主塔仍然位于边跨一侧，则说明拉索初张后主塔向边跨侧偏移较大的量，即使后续主梁吊装时主塔向桥梁中心线恢复最终也仍然位于桥梁边跨一侧，为了使拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏都尽量的小，也即，为了使主塔向两侧的偏移都尽量的小，则可以在拉索初张前施加一起顶量，使主梁吊装后的主塔偏移至中跨一侧，这样，拉索初张后主塔不会向边跨侧过多偏移，使拉索初张后的主塔和主梁吊装后的主塔尽可能靠近桥梁中心线。该起顶量的计算过程如步骤S32b所述。

如果主梁吊装后的主塔偏转到中跨一侧，则为了使拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏都尽量的小，此时起顶量的计算过程如步骤S33b所述。

在较佳的实施例中，如图8所示，所述步骤S4中，调整所述辅助墩的起顶量前，确定辅助墩的落顶量的具体步骤包括：

步骤S41a、根据中跨侧纵偏阈值和所述计划数据处理得到主梁吊装前经过落顶后的主梁边跨端高度。

步骤S42a、将主梁吊装前经过落顶后的主梁边跨端高度和第一数据中包含的主梁边跨端高度进行比对，得到最小落顶量。

步骤S43a、根据边跨侧纵偏阈值和所述计划数据处理得到拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度。

步骤S44a、将拉索初张前经过起顶后的主梁边跨端高度和第一数据中包含的主梁边跨端高度进行比对，得到最大落顶量。

步骤S45a、由最小落顶量和最大落顶量确定所述辅助墩的落顶量范围。

在较佳的实施例中，如图9所示，所述步骤S4中，所述通过调整辅助墩的落顶量降低主梁边跨端高度的具体步骤包括：

步骤S41b、判断拉索初张后的主塔是否朝边跨侧偏位：

若是，则转步骤S42b。

若否，则转步骤S43b。

步骤S42b、将拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏进行均值化处理得到第三主塔纵偏平均值，根据第三主塔纵偏平均值所述计划数据处理得到拉索初张前经过落顶后的主梁边跨端高度，将拉索初张前经过落顶后的主梁边跨端高度和第一数据中的主梁边跨端高度进行比对，得到最佳落顶量。

步骤S43b、将拉索初张后的主塔纵偏和主梁吊装后的主塔纵偏进行比对得到第二差值，以第二差值的一半为第四主塔纵偏平均值，根据第四主塔纵偏平均值和所述计划数据处理得到拉索初张前经过落顶后的主梁边跨端高度，将拉索初张前经过落顶后的主梁边跨端高度和第一数据中的主梁边跨端高度进行比对，得到最佳落顶量。

在较佳的实施例中，所述方法还包括：

通过测量得到桥梁结构的实际结构数据，将桥梁结构的实际结构数据和预先获取的桥梁结构的理论结构数据进行校对，得到桥梁结构的所述第一数据。

在本实施例中，在获取第一数据前，需对桥梁结构数据进行校正，以保证后续计算的准确性。在较佳的实施例中，所述施工计划包括以一次拉索初张和一次主梁吊装为一次施工组合，通过循环进行所述施工组合完成斜拉桥的所有拉索初张和所有主梁吊装。

所述方法还包括：

在每次进行所述施工组合前均判断是否对辅助墩的高度进行调整，以确定调整所述辅助墩的起顶量的时间点和调整所述落顶量的时间点。

在本实施例中，由于在斜拉桥的整个拉索架梁循环过程中，要进行多次的拉索初张和主梁吊装，在每次拉索初张前均对本次拉索初张后和本次主梁吊装后主塔纵偏进行预测，如果出现超出阈值的现象，则需要调整辅助墩的起顶量和落顶量，调整时间在进行拉索初张前根据实际情况选定。

对于结合梁斜拉桥，还能通过调整混凝土桥面板结合时机，增加桥面板压应力储备，减小开裂风险。

本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围之内。