【摘要】江西湖口大橋是一座高、低塔不對稱的P．C．斜拉橋，文中總結了在監測和控制中的一些基本的方法，重點對高、低塔P．C．斜拉橋施工控制中的一些問題進行了探討，并給出了實施的結果，得出了一些有益的認識。
【關鍵詞】斜拉橋
高、低塔 監測 監控
湖口大橋位于江西省九江市至景德鎮的高速公路的鄱陽湖湖口縣境內，跨越鄱陽湖的湖口地段，主孔結構為65+123+318+130m的四跨預應力混凝土高、低塔斜拉橋，其連續長度為636m。主孔采用梁塔分離，在主塔下橫梁上設置豎向支座的半漂浮的結構形式，高塔（九江岸）邊跨輔助墩頂設有拉壓力支座。主梁斷面為雙肋板式截面，梁高2.6m，頂板厚0.28m，橋全寬27.5m，高塔22對索，低塔16對索，除低塔邊跨尾索索距外，主梁索距均為8m，8m設一道橫隔梁，小塔邊跨實心段長4.8m，橋塔均為"H"型，高塔自橋面起算高約90.364m，低塔自橋面起算66．864m，見圖l。低塔基礎采用冷凍法施工。
主梁0號～l號塊的施工，是同時在由掛籃主體結構組成的支架體系上一次澆筑完成的，自第2號梁段開始使用前支點掛籃懸澆，每次施工長度為8m，其中，掛籃重量約200t，斜拉索的安裝索力在當前施工梁段分三次張拉到位。
全橋的監測和監控基本達到了預先制定的湖口大橋控制精度要求，即索力誤差限在±5％，主梁標高誤差控制在±30mm之內。施工期間，除索力、標高和塔頂偏位外，還重點同步實測了不同季節索、梁溫差（溫度場規律）；典型工況下的風向、風速與斜拉索、橋面振動的規律；典型斷面的應變等。合理而有效的控制，為湖口橋的高質量、高速度、高效率的建成提供了技術上的保證。
在主梁的懸澆施工中，為了最大限度地減少理論和實際間的差別，我們做了一些有益的工作，下面將簡要地作一個小結。
一、監測和監控的組織機構及運作方式
斜拉橋施工控制中的監測和監控，是一項包含測試和測量、計算與分析、預測與控制等多項系統復雜、技術含量較高的智能行為，要正常、高效的運作，必須要有強有力的統一的組織上的保證。湖口大橋橋標管理部牽頭成立了由業主、設計、施工、監理和控制等一橋五方組成的控制領導小組和控制研究小組，控制研究小組的立模標高和張拉力聯系單發出去前；
必須由設計代表簽字認可，實踐證明了這種機構對保證湖口大橋的施工控制起到了宏觀統籌、協調的重要作用，使整個控制工作中的信息反饋、數據傳遞路徑暢通無組。
二、施工控制工作小組的監測和監控思路
在湖口大橋施工控制中，把成橋狀態（成橋三年后的狀態軌跡為設計線形）作為控制的最終目標，而把施工的中間狀態（過程運動狀態軌跡）作為中間控制目標和糾偏的依據，而把立模標高和當前安裝索的張拉索力作為能控性的狀態變量，把已建主梁的標高、斜拉索的索力和關鍵截面的應力以及典型工況下的塔頂偏位作為可觀性和待調性狀態變量。采用了斜
拉橋施工的自適應控制思想，我們在已有的控制工作基礎上（[2][3]），重點對控制目標中的索力、標高、塔頂偏位和結構應力的實測值和計算值間的誤差進行權重識別計算與分析，反算出施工控制仿真計算中所選用的設計參數，另一方面，通過采用高精度索力傳感器對斜拉索頻率計（如IFM68動力儀）測得的索力進行標定，以提高索力實測值的精度。其中的參數識別算法是采用于最小二乘法使誤差最小的最優控制算法（[4]）。
控制監測的工況和內容是：對當前施工梁段各工況下的當前斜拉索索力和標高都進行了監測；在立模和最后一次張拉斜拉索后，執行了鄰近5對索的索力、鄰近5段梁的標高、已埋的全部應變計的應變值、塔頂偏位、溫度場的同步測試，即開展了全過程控制。
三、施工控制中的計算與分析
1．采用湖口橋的設計資料和設計參數的規范值進行正裝理論計算
對成橋和主要施工階段的索力、變形、應力和設計線形等進行計算并與設計方的成果進行相互核核對比，分不考慮和考慮收縮、徐變的工況。對比發現了計算結果和和設計值有一些差別，最后通過與設計方一起相互檢查，找出了原因，統一校準了原始數據，反復獨立計算，直到兩套計算結果基本接近為止。
2．修改設計參數計算
由于主梁施工前，混凝土標號改到C55（原設計C59），0號～l號塊主梁肋寬加寬至2．7m（標準肋寬1．7m），頂板加厚至0．35m（標準頂板厚0．28m），施工單位的前支點掛籃也與原設計的假定值存在差別（剛度和重量），預應力配索數量和位置也有一些變更，為此，又必須重新計算。在此項工作中，還充分考慮了施工單位對掛籃支承反力的安全要求，在設計允許范圍內調整了斜拉索的第一、二次張拉力值。
3．跟蹤各施工階段詳細計算
通過掛籃的試壓結果，獲得了掛籃的彈性、非彈性變形值，進一步調查了掛籃縱梁的剛度；對于能觀性狀態變量（如標高、塔頂偏位、應力等）的理論、實際值間存在的差別，通過參數識別法擬合出橋梁的新的設計參數，使理論、實測間的差別達到最小，如主梁容重、彈模及塔、梁的剛度、混凝土的收縮、徐變系數等。最后計算出下一段梁的合理索力和線形的修正量。
4．施工方案改變的調整計算
由于施工中存在著外界不利因素的影響，如風振的影響（湖口橋10min平均設計風速34m／s）等，施工中有風期長和風速較大，實測到橋面的風速和通過臨近氣象站資料按理論推算的相應風速有較大差別，尤其是實測到主梁的抖振位移比較大，原方案中，大塔邊跨中的輔助墩（15號索位）上的拉壓力支座待施工完22號斜拉索后再安裝（因為工期安排緊張，輔助墩立柱只有待掛籃完成17號梁段后才可施工），但因抗風安全問題，中途又改變了施工方案（已施工到了14號梁段）"待完成17號梁段后，立即安裝臨時抗風的拉壓力支座，在22號索完成后，再進行永久拉壓力支座和臨時拉壓力支座的轉換"這兩種不同的施工方案使得理論立模標高在12～22號梁段最大點有近600mm的差別，為此必須進行線形（立模標高）等
的修正、擬合計算，在這施工階段中，塔的彎曲剛度經識別后提高了5％，合龍前，掛索完成后，理論同實測線形比較，標高誤差大都在±30mm以內。
5．開放交通前的調索計算
在二期恒載完成后，統測索力和標高、應力，以索力和應力為主，把偏差較大的索力調整到靠近設計的理論值、滿足索力控制精度要求為止，為長期觀測研究打下基礎。
四、施工監測內容和特點
1．索力測量
斜拉索索力測試的準確性直接關系到主梁內力和主梁的線形和塔頂偏位，它的誤差有時可以掩蓋其他權重相對較小的一系列可觀性狀態變量誤差的表現，如不足夠重視它，乃至關系到施工安全，因此，在健康的監測中，必須把保證索力測試結果正確可靠放在第一位。
湖口橋的索力測量主要采用了頻譜分析法（也稱脈動法），把高靈敏度傳感器綁在待測的斜拉索合適的位置上，采集拉索在環境振動激勵下的振動信號，經過濾波、放大和頻譜自動計算分析后，就可在頻譜圖上確定拉索的自振頻率，最后根據自振頻率和索力的關系確定索力。
影響斜拉索索力測試果的準確性因素較多，主要有斜拉索兩端錨固點間的有效長度、綜合容重、邊界條件和拉索彎曲剛度以及風振引起的橋面振動等而形成的組合振動等，在測試中的典型工況下進行了標定，一方面用INV-306動力儀和IFM8動力儀互校測索的頻率，再用高精度測力傳感器標定索力（分錨在前支點掛籃上和描在主梁上張拉的兩種工況）。同時應盡量對混凝土的澆筑方量控制好，因為它直接影響第二次張拉力的大小的控制。
索力測試中，對當前施工梁段的斜拉索進行了全部工況下的同步測試，并對立模、澆完混凝土以及最后一次張拉工況測試了前5對索的索力，此外，對典型工況下的素力進行了統測，也進行過索力隨溫度24h變化的測試工作，還進行了斜拉索有風振時的索力與無風振時的索力的對比工作。
2．主梁中線和標高測量
中線測量的目的是控制主梁的平面位置，保證在和龍口的主梁的中線正確，控制精度為±10mm。通過觀測己施工梁段的中線控制點與理論橋軸線的偏差，在主梁掛籃立模時，對掛籃最前端的中線控制點平面坐標進行修正。
主梁標高測量一般選在索、塔、梁間溫差較小和氣溫穩定的時間段進行，尤其是在掛籃的立模和最后一次張拉從嚴執行。一個截面的雙助上各布一個標高測點，對梁助底的標高進行有效的控制，在典型工況下，24h內連續實測主梁線形隨溫度的變化值。
3．溫度測試和風速測試
施工期內，重點實測了不同季節、不同天氣下的索、梁溫差和溫度場，主梁選了一個有代表性截面，在主肋和頂板沿高度共布設了40個高性能的熱敏電阻，在2m長的同實索等直徑的試驗索中心和鋼絲外圈與PE層內部共布5個高性能的熱敏電阻，橋面板與梁肋的溫度差大于規范的5℃，索與梁助的平均溫差也大于10℃，所測結果對主梁狀態標高控制和加快施工進度起到了較大的作用，但遺憾的是未對塔的溫度場進行測試。此外，因本橋處在鄱陽湖出口與長江交匯處附近，有風期較長，給測試索力和標高帶來較多困難，我們也同時用三臺風速儀對橋面的風速等進行了典型天氣下的觀測，并與湖口縣氣象站的實測風速、風向進行了對比，初步認識了風力對索力測試影響的一些規律；有關這部分的工作，將另文單獨探討。
4．應力測試
斜拉橋施工中的主梁應力測試是一項長期的、艱苦的現場監測工作，我們經過長期使用大量的不同類型的應變測試元件進行測試分析，認為針對混凝土結構選用振弦式應變計，測試結果較好，且長期的穩定性也較好，對于不同截面可選用不同任應變量程的應變計，受拉區采用振弦式鋼筋應變計。湖口橋采用了國產和少量進口的應變計，在受外力之前測試初值，與相同部位的無應力應變計同步測試。
湖口橋在近12個段梁和兩道橫梁里共埋設了206個振弦式應變計，對于有代表性的梁段，在掛籃立模和張拉預應力以及斜拉索第三次張拉的前后，進行了測試，對于橋面板的"剪力滯'現象又有了進一步的深刻認識，如橋面板的"負剪力滯"現象等，把應變的結果與理論值（含收縮、徐變）對比，未間接控制主梁中的應力，另一方面，還可作為修正收縮、徐變系數
的直接依據之一，所測的應變結果，對湖口橋的主梁施工中安全起到了較大的作用。
五、湖口橋控制特點和結果
在湖口橋的控制工作中，對于計算分析方面重點做了設計參數識別；在監測方面做了大量而細致的測試工作；全過程的索力、標高和應力控制，積累了施工中的橋面板的應力分布規律的資料；實測了肋板式斷面的溫度梯度和索、梁溫差規律；實測了多種典型天氣下的斜拉索風振時的風向與風速資料，認識了斜拉索風振和索力以及橋面振動的一些基本規律。以上這些工作，對湖口大橋的控制起到了非常重要的作用。控制結果符合精度要求，令人滿意。
下面給出合龍前高塔完成22號索第三次張拉的結果，如圖2，索力均住制在±5％以內，標高基本上都控制在±30mm以內。
六、結束語
湖口大橋的控制實踐說明了在混凝土斜拉橋的懸澆施工中，當前施工梁段斜拉索的分次索力和標高的全過程控制也同等重要，它將決定相鄰梁段線型的控制精度；對長索用傳感器進行標定可減少外界因素的干擾，提高測力的精度。
立模和第三次張拉時，同步實測溫度場（特別是索、梁溫差等）有利于設計參數的準確識別。
跟蹤監測主梁中關鍵截面的應變，不僅可對主梁應力安全起預警作用，而且還可對理論的收縮、徐變參數進行校核。
參加和支持湖口大橋監測和監控工作的專家和領導還有：交通部長沙交通學院的張建仁教授和李學文及張向陽老師，中南大學的陳政清教授，廣東虎門咨詢公司的程翔云教授，湖口大橋橋標管理部潘濤、鄒記根副主任和鄒顯華工程處處長，江西省交通設計院聶復生總工、魏建華工程師等，交通部二公局湖口橋項目經理李新形高工等，湖口大橋監理處的馮小平、肖敏和鐘任耀工程師等。在此一并致謝！
參考文獻
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［2］田仲初，顏東煌，寧平華．結合梁斜拉橋施工任制技術．長沙交通學院學報，1998，6（2）
［3］顏東煌，崔冰，彭力軍，陳明憲．銅陵長江公路大橋施工控制中的仿真計算．中國公路學會橋梁和結構工程分會論文集．北京：人民交通出版社，1995
［1］顏東煌，文鈺等．斜拉橋施工的最優控制．國外公路，1993，6（3）
