浅谈斜拉索索导管（口）施工定位方法

张冬冬

张冬冬

中铁一局第四工程有限公司712000

摘要：宝鸡市阳平渭河大桥主桥为双塔双索面钢混斜拉桥，安装施工困难，对Z3号主墩索塔斜拉索索盘上桥、展索、塔端挂设、梁端挂设、牵引及张拉等方面进行斜拉索安装施工技术总结。

关键词：桥梁工程；斜拉桥；索；牵引；安装

一、项目概况

宝鸡市阳平渭河大桥全长1272m，桥面宽度37m。其中主桥412m，引桥860m。主桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨径布置为102+208+102m，主塔高度96.5m，主桥采用双塔双索面斜拉桥，全桥共设32对拉索，边，中跨在桥面纵向拉索间距为12m，在桥塔上竖向间距均为５米，桥梁拉索横向间距为30.8m。斜拉索与主梁的夹角为31.7°~64.6°，两边跨布置32根索，中跨布置32根索。

单塔拉锁布置示意图

二、索导管（口）施工测量定位方法

根据《工程测量规范》要求、索导管的空间测量精度应该为±5mm，即索导管（口）中心位置坐标（X、Y、Z）偏差均不应该超出5mm的规范要求。

索导管（口）施工测量定位的方法主要有以下几种：（1）拉线法，（2）红外线对孔法，（3）平面坐标、标高直接测定，（4）角度测定控制等。下面就各种方法分别简单作一介绍：

2.1拉线法

拉线法就是用线绳分别从桥面锁口和塔柱锁口对拉，靠肉眼观察、凭经验判断的定位方法。此方法优点：在于测量用具方便，线绳随处可找；缺点：在于线绳自重的影响，很难绷紧。并且索导管（口）中心位置难以寻找，误差大，如果靠管壁绷绳，往往很难做到同轴线。再者靠肉眼观察、凭经验判断大大降低了孔位安装精度，为拉锁施工埋下隐患。

2.2红外线对孔法

红外线对孔法是基于拉线法的原理。此方法改善了线绳自重下坠影响，但同样存在索孔中心位置难以精确找出，最主要的是红外线发射装置在索口管上难以安装，发射光束细的红外线发射装置价格昂贵。

2.3平面坐标、标高直接测定法

根据设计图纸直接计算索导管（口）中心位置坐标和标高，使用全站仪测量定位。此方法仍然存在索口中心位置难以精确找出的缺点，并且塔柱上的索口位置难以架设棱镜，50m开外高的塔柱反射片有时无法反射光线，全站仪无法读数。

本项目就是利用此方法进行索口位置复测的，先是根据索导管不同直径规格制作了对应的轻质不锈钢圆盘，在圆心位置钻一个棱镜架立所需的小窝，测量时一个人将圆盘贴在索口上对齐，另一个人将棱镜立在圆盘中心，即索口中心，然后测量人员用全站仪测得该点的坐标及标高，通过与设计坐标和标高对比找出定位偏差。每次测量要求至少3人配合，而塔柱上的索口测起来更麻烦。

2.4角度测定控制法

角度测定控制就是把索导管的安装角度作为重点控制项目，利用水平尺和钢直角尺测量索管与水平面或者竖直面形成的直角三角形的各边长，利用三角形a2＋b2=c2边长公式对边长测量数据进行复核，确保闭合差满足的情况下再根据三角函数计算索导管水平面或者竖直面的夹角，与设计值比较，从而达到定位的目的。

对于钢箱梁钢塔组拼的桥梁，锁口管是先与钢箱梁或钢塔拼装，然后作为钢箱梁或钢塔的部分整体安装的，只要控制钢箱梁、钢塔安装定位准确，锁管（口）定位也会同样满足拉锁要求。角度测定控制是将索导管（口）安装定位的过程转移至拼装时的过程控制，一个技术员用水平尺和直角尺便可以很轻松测得定位所需数据，操作简单可靠，节省人力。

三、索导管（口）施工测量定位选用方法可靠性分析

上述4种索导管（口）位置定位控制方法的可靠性分析如下：

（1）拉线法：线绳有自重，靠肉眼和人为经验控制，可靠性差；

（2）红外线对孔法：索管（口）几何中心位置定位为精确，红外线发射设备安装定位准确，但是红外线光束的粗细程度决定了控制精度；

（3）平面坐标、标高直接测定法：钢箱梁受温度环境变化影响，不同环境条件下测得的里程、偏距、坐标、标高已然不同，对索导管（口）的定位温度难以把控，加之索导管（口）几何中心确定误差较大，就算是使用测量误差±2mm的1秒级全站仪进行测量也很难把精度控制在5mm以内。

（4）角度测定控制

通过阳平渭河大桥项目实际工程数据可靠性计算如下：

以8#主塔上远离塔柱面拉索最长A1和近塔柱面拉索最短A8两组索为例：梁面索导管长度2.5m，其它设计数据如下：

通过角度控制实测数据分析索导管安装角度偏差对拉索的影响为：

A1索导管偏差：250×tan（0.0601）=0.2622cm=2.622mm；

A8索导管偏差：250×tan（0.011）=0.0480cm=0.48mm。

根据桥梁验收规范要求，桥梁轴线、高程、里程偏差要求为±10mm。

假设一：钢箱梁或钢塔安装偏差都达到规范上限要求的10mm，那么由梁面索导管（口）、塔柱索导管（口）及拉索组成的三角形有：

A1梁面索导管（口）里程方向边长为：（K1+718.45）m-（K1+627.111）m±10mm=（91.339±0.01）m

A8梁面索导管（口）高度方向边长为：（K1+718.45）m-（K1+709.425）m±10mm=（9.025±0.01）m

A1塔柱面索导管（口）里程方向边长为：（59.115±0.01）m

A8塔柱面索导管（口）高度方向边长为：（18.97±0.01）m

则：A1索导管（口）水平角度变化最不利为91.339+0.01与59.115-0.01和91.339-0.01与59.115+0.01两种组合方式，利用反tan函数分别求A1索导管（口）水平角度偏差。

arctan（59.105&pide;91.349）=32.9038°

与设计角度偏差32.911-32.9038=0.0072°

arctan（59.125&pide;91.329）=32.9184°

与设计角度偏差32.911-32.9184=-0.0074°

A8索导管（口）水平角度变化最不利为9.025+0.01与18.97-0.01和9.025-0.01与18.97+0.01两种组合方式，利用反tan函数分别求A8索导管（口）水平角度偏差。

arctan（18.96&pide;9.035）=64.5208°

与设计角度偏差64.557-64.5208=0.0362°

arctan（18.98&pide;9.015）=64.5935°

与设计角度偏差64.557-64.5935=-0.0365°

故：里程、高程偏差对索导管（口）定位影响：

A1索导管偏差：250×tan（±0.007）=±0.0003cm=0.003mm；

A8索导管偏差：250×tan（±0.037）=±0.0016cm=0.016mm。

假设二：索导管（口）角度控制精确，用±5mm偏差规定反向推导坐标最大偏差允许，则有：250×tan（±α）=±0.5cm→α=±0.1146°

A1索导管（口）水平角度变化最不利为91.339+X与59.115-X和91.339-X与59.115+X两种组合方式，分别求解A1索导管（口）水平距离偏差。

Arctan（（59.115±X）&pide;（91.339?X））=32.911°±0.1146°

水平距离偏差：X=±0.1571m=±157.1mm

即：A1索导管（口）里程、标高在157.1mm范围内变化，索导管（口）的几何中心位置也能满足规范±5mm的要求。

A8索导管（口）水平角度变化最不利为9.025+X与18.97-X和9.025-X与18.97+X两种组合方式，分别求解A8索导管（口）水平距离偏差。

Arctan（（18.97±X）&pide;（9.025?X））=64.557°±0.1146°

水平距离偏差：X=±0.0315m=±31.5mm

即：A8索导管（口）里程、标高在31.5mm范围内变化，索导管（口）的几何中心位置也能满足规范±5mm的要求。

四、索导管（口）施工测量定位选用方法结论

传统的采用全站仪或者经纬仪对索导管（口）圆几何中心的三维坐标控制的控制方法欠佳，因为测量学中，距离基数越长，距离微变化量对角度的影响越小，几乎可忽略。而斜拉索的索导管（口）几何中心的微变化量相对于其里程、高程、偏距来说就是微变化量对距离基数大的影响情况。

所以索导管（口）施工测量定位重点应该是控制索导管安装角度，测量方法也应该选用文中所叙述的角度测定控制法。

参考文献

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［2］左宏献，张士轩，付东，黄冈公铁两用长江大桥斜拉索安装技术[J]．桥梁建设，2013（2）：28-32．

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理、力学耐久性和装饰性能进行综合考量，以保证材料选择以及节点设置的合理性。同时在接缝操作中，需对施工区域所在的天气情况实行综合分析，以提升节点设计的有效性，促进节能防水目标的实现。在预制外墙板垂直缝设计中，需要做好防水措施，尽可能使用防水性高的材料和结构。本工程中主要是通过预留钢筋焊接和混凝土现浇接缝的方式来加强墙体垂直缝位置的防水效果的。外墙连接节点位置使用的密封胶必须具有融合性、抗剪性、抗伸缩变形、防霉、防火等性能。在安装门窗构件时，需增强外墙与门窗连接的安全性和气密性。与此同时在剪力墙结构设计中，选择合适的保温材料，强化外墙保温效果，以减少室内能源流失，改善建筑节能特性。

结语

综上所述，预制装配式建筑设计工作在当前面临着更高的难度，相关要求比较高，尤其是在装配式建筑越来越复杂的发展趋势下，如何优化装配式建筑设计方案成为关键任务。未来装配式建筑设计工作应该重点把握好各个关键设计流程和要点，提高设计人员综合素质，灵活运用先进设计手段，较好提升整体设计水平。

参考文献

[1]卢苏梁.试析装配式建筑结构的设计要点及相关探讨[J].工程建设与设计，2019（06）：13-14.

[2]栗晗.装配式建筑设计要点及相关问题研究[J].居舍，2019（09）：94-95.

[3]王伟.预制装配式建筑设计的要点分析[J].太原城市职业技术学院学报，2018（9）.

[4]刘畅.基于装配式建筑结构设计要点分析[J].绿色环保建材，2019（03）：85+88.

[5]杨丽红.浅谈装配式建筑工程质量监督要点[J].建材与装饰，2019（08）：141-142.

[6]何嘉莹.谈装配式技术在住宅建筑设计中的应用[J].住宅与房地产，2019（06）：22.

[7]张燕.预制装配式建筑设计要点分析[J].城市建设理论研究（电子版），2018（4）.

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是否竖直所采取的施工措施是张弦结构施工质量控制的重中之重。为了保证张弦梁撑杆竖直，需从以下两个方面加以保证。

1.仿真计算模拟

仿真计算采用MIDAS有限元分析软件进行分析。仿真计算模拟主要是为现场的实测数据提供对比参考，以及为张拉施工的修正调整提供数据依据。主要体现于以下两个方面：

①确定索长

由于索调节端的调节量很有限，因此确定索下料长度时应该同时考虑安装和张拉后两种工况下的长度，使得下料长度既能够保证钢拉索能在“0”应力状态下挂在钢结构上，又能保证张拉端的调节量足以满足钢拉索受力伸长的需要。

具体做法是：根据建筑图纸的几何图形计算出索的长度（即荷载效应标准组合作用下索的长度）；然后根据上述的几何长度和有限元计算结果在索厂试验台上张拉至计算的应力状态，并在该应力状态下进行下料。这样做可以保证钢拉索在实际张拉后只要在拉索拉力准确达到设计要求时，索长就可以满足结构的几何形态的要求。

②给索上作标记点

在索体上作标记是保证撑杆竖直的重要措施，标记点的位置和张拉力的控制将直接决定撑杆的竖直与否。为了保证撑杆在张拉后竖直，必须先计算出在张拉完成后的几何状态和受力状态。即计算出张拉后每个撑杆在竖直状态时下节点应该处于的位置和张拉后索的应力。根据几何位置和索力，在索厂试验台上将索张拉至要求的应力状态，并在相应的位置上作上标记。这样只要张拉后索力准确就能够保证撑杆的竖直。

2.现场对钢结构实测

由于实际施工中总是不可避免的存在施工误差，因此在挂索之前必须对钢结构的安装进行实测。通过实测，找出节点安装位置的偏差、钢结构的实际起拱等理论模型与实际构件有出入的地方。根据实测数据对计算模型进行调整，重新分析计算。根据重新计算的结果对索的标记点进行微调。通过上述的做法来尽可能的减少钢结构安装误差对索张拉的影响。

3结语

张弦梁结构是一种新型自平衡大跨度预应力空间结构体系，上弦压弯构件采用桁架拱，在荷载作用下拱的水平推力由下弦的钢拉索承受，形成一种自产自销的自平衡体系，减轻了拱对支座产生的负担，减少了滑动支座的水平位移，充分发挥了高强索的强抗拉性能。鉴于张弦梁结构构件截面相对较小、结构体系简单、受力明确、结构形式多样、运输方便、充分发挥了刚柔两种材料优势等优点，因此张弦梁结构在建筑工程应用上前景十分可观。

参考文献

[1]白正仙，刘锡良，李义生.新型空间结构形式—张弦梁结构[J].空间结构，2001，7（2）：33-35.

[2]冯强.张弦梁结构稳定性分析[D].北京工业大学硕士学位论文，2004.