[科普中國(guó)]-索塔

索塔的施工概述

南京長(zhǎng)江三橋主橋?yàn)殡p塔雙索鋼箱梁斜拉橋 , 其主塔為國(guó)內(nèi)首次采用的 “人” 字形鋼結(jié)構(gòu)索塔, 主跨為648 m , 塔柱高 215 m , 設(shè)4 道橫梁, 其中下塔柱及下橫梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) , 下橫梁以上部分為鋼結(jié)構(gòu)索塔柱 。除鋼混結(jié)合段外 , 每個(gè)鋼索塔共分為 21 個(gè)節(jié)段, 每節(jié)段長(zhǎng) 7.7 ～ 11.42 m , 節(jié)段間連接采用端面金屬接觸, M24 高強(qiáng)螺栓連接。鋼索塔總重約 12 000t 。由于特大橋鋼索塔施工在我國(guó)尚屬首例 , 且鋼索塔的現(xiàn)代施工工藝對(duì)測(cè)量的精度和施工控制提出了相當(dāng)高的要求。故本文對(duì)南京長(zhǎng)江三橋鋼索塔施工測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。

1施工控制網(wǎng)鋼索塔施工模式一般分為機(jī)加工廠房?jī)?nèi)節(jié)段制作加工和橋位現(xiàn)場(chǎng)吊裝。因此, 鋼索塔的施工控制網(wǎng)分為預(yù)拼裝測(cè)量微型控制網(wǎng)和鋼索塔拼裝專用控制網(wǎng)。

1.1 預(yù)拼裝測(cè)量微型控制網(wǎng)

進(jìn)行鋼索塔預(yù)拼裝測(cè)量, 首先, 必須建立精密測(cè)量控制網(wǎng), 如圖2所示。將需匹配的鋼索塔節(jié)段以每?jī)晒?jié)為單位架設(shè)在長(zhǎng)6.8 m 、寬5.0 m 、高0.5 m 的鋼結(jié)構(gòu)胎架上, 微型控制網(wǎng)的坐標(biāo)系建立方法如下:坐標(biāo)原點(diǎn)為鋼結(jié)構(gòu)胎架的幾何中心點(diǎn), X軸為過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O 與胎架一條邊垂直的主軸線OA 。全網(wǎng)網(wǎng)型為大地四邊形,共A、B、C、D4個(gè)控制點(diǎn), 均為觀測(cè)墩加強(qiáng)制對(duì)中基座, AB、BC、CD、DA各邊長(zhǎng)均50 m 左右。按邊角網(wǎng)嚴(yán)密平差后,各點(diǎn)點(diǎn)位中誤差均小于±0.35 mm。高程控制網(wǎng)測(cè)量采用在胎架幾何中心O 點(diǎn)處架設(shè)精密水準(zhǔn)儀, 測(cè)定各混凝土觀測(cè)墩對(duì)中基座頂面的高差, 假設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)A的高程為1 m, 推算出各基準(zhǔn)點(diǎn)的高程值。

1.2 鋼索塔拼裝專用控制網(wǎng)

因?yàn)殇撍魉P(guān)鍵部位定位精度要求特高, 大橋首級(jí)控制網(wǎng)已不能滿足鋼索塔拼裝測(cè)量的精度要求。所以必須根據(jù)大橋現(xiàn)場(chǎng)施工條件要求, 建立相應(yīng)的鋼索塔施工專用控制網(wǎng), 并采取措施提高控制網(wǎng)的精度。綜合考慮南京長(zhǎng)江三橋的實(shí)際情況, 在主塔混凝土部分(下塔柱及下橫梁)完成后, 通過(guò)岸上施工控制網(wǎng)在主塔下橫梁上布設(shè)平面和高程控制點(diǎn), 與原主橋首級(jí)控制網(wǎng)和首級(jí)加密控制網(wǎng)中的若干點(diǎn)組成鋼索塔拼裝專用控制網(wǎng)。

1.2.1 鋼索塔拼裝平面控制網(wǎng)

南京長(zhǎng)江三橋鋼索塔拼裝平面專用控制網(wǎng)分為南、北主塔兩個(gè)控制網(wǎng)體系(如圖3), 每個(gè)控制網(wǎng)有8 個(gè)控制點(diǎn),各有6 個(gè)已知點(diǎn),其中NT04 、NT06 、JM03 、JM05 為2 個(gè)控制網(wǎng)公用點(diǎn)(主橋首級(jí)平面控制點(diǎn));T8、T9、JM02、JM04為兩岸15、18輔助墩上建立主橋首級(jí)加密控制點(diǎn);未知點(diǎn)HL1、HL2、T6 、T7 分別為新建在南(北)塔下橫梁上的4 個(gè)控制點(diǎn)。全網(wǎng)采用邊角網(wǎng)形式, 按國(guó)家二等三角測(cè)量的精度要求實(shí)施

1.2.2 鋼索塔高程控制網(wǎng)

結(jié)合橋梁現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度, 當(dāng)主塔鋼套箱基礎(chǔ)出水后, 在橋軸線方向上建立4個(gè)二等水準(zhǔn)點(diǎn), 其中NTS 、BTS 分別位于南北主塔基礎(chǔ)上,JM01 位于13過(guò)渡墩頂面上, JM02位于18輔助墩上, 與主橋首級(jí)高程控制網(wǎng)中的控制點(diǎn)NT01 、NT02 、NT03 、NT04一起構(gòu)成鋼索塔高程專用控制網(wǎng) 。其中NT03-NT04 段采用經(jīng)緯儀傾角法跨河水準(zhǔn);JM01-NTS 、NTS-BTS 、BTS-JM02 、JM02-NT02 采用精密三角高程跨河水準(zhǔn);NT01-JM01采用懸掛鋼尺法傳遞高程;NT01-NT03、NT02-NT04采用陸上水準(zhǔn)。全網(wǎng)達(dá)到國(guó)家二等水準(zhǔn)的精度, 同時(shí)橋軸線上JM01、NTS、BTS 、JM02 相鄰控制點(diǎn)間的精度控制在±2 mm 以內(nèi)。

2預(yù)拼裝測(cè)量為了檢驗(yàn)機(jī)加工完成后的鋼索塔節(jié)段的接口匹配狀態(tài)、金屬接觸情況、塔柱線形等, 考察制造工藝的合理性及拼裝的可靠性, 需要在機(jī)加工廠房模擬橋位現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相鄰兩節(jié)段間的預(yù)拼裝。

2.1 預(yù)拼裝溫度測(cè)量

鋼結(jié)構(gòu)膨脹系數(shù)較大, 受溫度影響結(jié)構(gòu)變形顯著;為了保證預(yù)拼裝的鋼索塔節(jié)段各部分溫差不超過(guò)2 ℃,同時(shí)預(yù)拼裝測(cè)量過(guò)程中環(huán)境溫差在2 ℃以內(nèi), 所有預(yù)拼裝測(cè)量工作都在凌晨3:00～5:00進(jìn)行, 并且采用點(diǎn)溫計(jì)進(jìn)行溫度測(cè)量, 溫度測(cè)量?jī)?nèi)容包括:

(1)壁板溫度測(cè)量。溫度測(cè)點(diǎn)分別選取均勻分布于壁板A 、B 、C 、D 外側(cè)的1 、2 、3 點(diǎn)處,其3 點(diǎn)的溫度平均值為該壁板的溫度, 記為TA、TB、TC、TD。同理測(cè)得腹板E 、F 的溫度為TE、TF。

(2)內(nèi)環(huán)境溫度測(cè)量。分別測(cè)量3個(gè)腹腔中的M1、M2、M3處的空氣溫度,其溫度平均值即為內(nèi)環(huán)境溫度值,記為TM。

(3)外環(huán)境溫度測(cè)量。將點(diǎn)溫計(jì)測(cè)針?lè)謩e置于塔外空氣中的N1、N2、N3、N4處,其4 點(diǎn)溫度的平均值即為外環(huán)境溫度值,記為TN。當(dāng)TA、TB、TC、TD、TE、TF、TM、TN之間的溫差小于2 ℃時(shí),即認(rèn)為此時(shí)處于均溫狀態(tài),可以進(jìn)行立式匹配測(cè)量。

2.2 節(jié)段斷面檢測(cè)及測(cè)量點(diǎn)布設(shè)

鋼索塔節(jié)段斷面檢測(cè)在機(jī)加工車間內(nèi)用精密工業(yè)測(cè)量?jī)x器Tracker Ⅱ型三維激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)完成并提供數(shù)據(jù)。與此同時(shí)在鋼索塔節(jié)段壁板上進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)的布設(shè)(如圖6), 一般選在特征點(diǎn)或軸線上,采用洋沖眼作為標(biāo)記?？紤]到在橋位現(xiàn)場(chǎng)拼裝測(cè)量時(shí)仍需使用預(yù)拼裝的測(cè)量標(biāo)志, 從而貼上直徑為15 mm的圓形熒光紙作為拼裝測(cè)量標(biāo)志, 便于橋位現(xiàn)場(chǎng)的夜間施測(cè)。

2.3 胎架水平度檢測(cè)

預(yù)拼裝測(cè)量的主要目的是要獲得預(yù)拼裝節(jié)段的垂直度及其壁板上的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo), 而由于胎架本身的水平度α對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生直接的影響, 所以每次預(yù)拼裝測(cè)量前都要先測(cè)定胎架在預(yù)拼裝坐標(biāo)系的X 軸和Y 軸方向的水平度。用檢定過(guò)的鋼尺量取胎架某一邊上P1、P2之間的距離為S ,將銦瓦水準(zhǔn)尺立在P1、P2點(diǎn)之上, 測(cè)出P1、P2點(diǎn)的高差h, 則得到該邊在Y方向的水平度:αY=h/ s, 同理可以測(cè)出其余各邊的水平度。

2.4 拼接處錯(cuò)邊量

直接采用游標(biāo)卡尺量取下節(jié)段上端面軸線點(diǎn)和上節(jié)段下端面軸線點(diǎn)之間的距離。

3 拼裝測(cè)量由于鋼索塔節(jié)段在機(jī)加工廠房加工完成后, 幾何形態(tài)已經(jīng)確定, 在現(xiàn)場(chǎng)鋼索塔拼裝過(guò)程中不能對(duì)其線形進(jìn)行局部調(diào)整, 且鋼索塔各節(jié)段間采用高強(qiáng)螺栓連接, 傳力方式為金屬接觸傳力。故在南京三橋的橋位現(xiàn)場(chǎng)只是進(jìn)行鋼索塔節(jié)段拼裝, 其重點(diǎn)在于控制鋼索塔節(jié)段的姿態(tài)、 整體的垂直度。

3.1 鋼混結(jié)合段(T0 段)定位測(cè)量

由于T0 段平面定位和頂面標(biāo)高偏差精度要求小于±2 mm。故T0段的定位測(cè)量只能采用內(nèi)控法, 即在塔柱內(nèi)部或距離塔柱很近的控制點(diǎn)架設(shè)全站儀施測(cè)。以北塔為例, 利用下橫梁上布設(shè)的兩個(gè)平面控制點(diǎn)HL1 、HL2 和高程控制點(diǎn)BTS1 ,采用內(nèi)控法定位T0 段。T0 段定位的關(guān)鍵在于其鋼結(jié)構(gòu)部分的定位。而鋼結(jié)構(gòu)從下到上分為底座定位件、 底座、 錨固箱三部分。故T0 段定位包括底座定位件及底座定位、錨固箱定位。

底座定位件及底座定位測(cè)量

結(jié)合底座定位件及底座定位的施工流程(見(jiàn)圖12),其定位的關(guān)鍵在于軸線點(diǎn)的測(cè)設(shè)和頂面傾斜度的調(diào)整, 在底座頂面四邊縱橫軸線點(diǎn)X1、X2、Y1、Y2上布設(shè)洋沖眼(見(jiàn)圖12)以調(diào)整平面位置。調(diào)整過(guò)程如下:

(1)初步調(diào)整:HL1、HL2點(diǎn)架設(shè)全站儀, 后視NT04 ,極坐標(biāo)法調(diào)整底座端口的平面位置,偏差在5 mm 左右即可。

(2)在底座頂面架設(shè)精密水準(zhǔn)儀, 測(cè)量特征點(diǎn)A 、B 、C 、D 的高程,同時(shí)用精密鋼尺量距法量取AB 、CD 的距離,反算出頂面傾角,并對(duì)偏差進(jìn)行調(diào)整, 直至滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)重復(fù)上述兩步操作, 直至滿足設(shè)計(jì)要求。4.1.2 錨固箱定位底座定位完成后即澆注底座混凝土, 混凝土凝固后進(jìn)行錨固箱的定位。錨固箱定位方法和底座定位件及底座定位方法相似。

3.2 T1 段拼裝測(cè)量

T1 段位于索塔鋼結(jié)構(gòu)部分的最底層,其定位精度要求和T0 段相當(dāng),是鋼索塔拼裝的關(guān)鍵部分。白天利用拖拽繩配合塔吊進(jìn)行T1 段的初步吊裝,通過(guò)設(shè)置于T0 段上端口的定位匹配件定位T1 與T0 間的相互關(guān)系, 打入不低于20%螺栓孔數(shù)量的拼接板沖釘;然后進(jìn)行塔段間接觸率的檢查, 安裝高強(qiáng)螺栓并進(jìn)行初擰。等到夜間22 :00 左右塔柱處于均溫狀態(tài)時(shí)進(jìn)行拼裝測(cè)量。其測(cè)量?jī)?nèi)容如下:

(1)內(nèi)控法測(cè)量?jī)?nèi)側(cè)壁板上標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)在HL1 、HL2 點(diǎn)架設(shè)全站儀,后視NT04 ,極坐標(biāo)法測(cè)量上、下游塔柱內(nèi)側(cè)壁板的8 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)。

(2)外控法測(cè)量岸側(cè)壁板上標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)及頂面縱橫軸線點(diǎn)坐標(biāo)在JM02 處架設(shè)全站儀,后視NT04 點(diǎn),極坐標(biāo)法測(cè)定上、下游塔柱岸側(cè)壁板上8 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)(測(cè)量前要測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)的大氣折光系數(shù)K值,并對(duì)全站儀進(jìn)行相應(yīng)改正)。由于頂面軸線點(diǎn)是用來(lái)控制X 、Y 方向(即橫橋向、順橋向方向)的偏移量, 因此Y1、Y2點(diǎn)只需測(cè)出Y坐標(biāo)值, X1、X2測(cè)出X 坐標(biāo)值即可。

(3)頂面端口順橋向軸線之間的水平距離在塔段頂面設(shè)置全站儀直接測(cè)量上下游中軸線 Y1-Y1、Y2-Y2之間的距離。由于塔柱壁板為寬僅6 cm 左右的鋼板,無(wú)法在節(jié)段頂面端口架設(shè)全站儀和棱鏡進(jìn)行測(cè)距, 為此專門設(shè)計(jì)加工了專用強(qiáng)制對(duì)中底盤, 用高強(qiáng)螺栓將其與塔柱壁板緊密連接, 以取代常規(guī)測(cè)量中使用的強(qiáng)制對(duì)中底盤。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí), 將全站儀和棱鏡架設(shè)于專用強(qiáng)制對(duì)中底盤上進(jìn)行往返測(cè)距 , 兩測(cè)回取平均。這時(shí)測(cè)得的距離 S′實(shí)際上只是上下游對(duì)中底盤之間的距離,而非節(jié)段頂面順橋向軸線間的距離。因此必須求出軸線與對(duì)中底盤中心之間的距離 L 。其方法為小角度法 :將 TCA2003 全站儀和棱鏡分別置于專用對(duì)中底盤中心 O1 、 O2O1 、 O2 兩點(diǎn), 測(cè)出節(jié)段頂面兩對(duì)中底盤中心之間的距離 L , 接著測(cè)出節(jié)段頂面順橋向軸心點(diǎn) Y1 與對(duì)中底盤中心之間的小角度 θ。

4 結(jié)束語(yǔ)南京三橋鋼索塔的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)均優(yōu)于鋼索塔驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn), 說(shuō)明所采用的鋼索塔施工測(cè)量技術(shù)完全滿足了設(shè)計(jì)、施工的需要, 從而得出了以下結(jié)論:

(1)鋼索塔預(yù)拼裝測(cè)量檢驗(yàn)了鋼索塔各節(jié)段的制作加工情況, 獲取了已匹配節(jié)段的狀態(tài), 并指導(dǎo)后繼節(jié)段在機(jī)加工廠房?jī)?nèi)的加工和橋位施工現(xiàn)場(chǎng)鋼索塔的拼裝。

(2)為了保證預(yù)拼裝測(cè)量過(guò)程中的鋼索塔節(jié)段各部分溫差不超過(guò)2 ℃,且環(huán)境溫差在2 ℃以內(nèi),因此預(yù)拼裝所有測(cè)量工作都應(yīng)選在凌晨3∶00 ～5∶00 進(jìn)行;同時(shí), 鋼索塔拼裝測(cè)量應(yīng)選在同一時(shí)間段。

(3)鋼索塔關(guān)鍵部位定位精度要求特高, 大橋首級(jí)控制網(wǎng)已不能滿足拼裝測(cè)量的精度要求。在此情況下, 根據(jù)大橋現(xiàn)場(chǎng)施工條件要求建立相應(yīng)的鋼索塔施工專用控制網(wǎng), 并采取措施提高控制網(wǎng)的精度。

(4)鋼索塔拼裝施工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)條件復(fù)雜, 單一的觀測(cè)手段很難滿足鋼索塔不同節(jié)段拼裝的需要, 因此針對(duì)不同節(jié)段、不同施工條件, 需要采用內(nèi)控法、外控法及內(nèi)外控結(jié)合的測(cè)量方法。1

索塔錨固區(qū)變形特征概述索塔是斜拉橋的基本承重構(gòu)件與重要組成部分，它不但要承受自重及通過(guò)斜拉索傳遞來(lái)的主梁橋面系的重量，還要承受由橋面系豎向荷載與水平荷載引起。隨著斜拉橋跨徑記錄不斷刷新，索塔的巨大彎矩高度也被不斷突破，相應(yīng)的索塔錨固形式也越來(lái)越多。蘇通大橋主跨為 1 088 m，主橋索塔錨固區(qū)采用了形式新穎，技術(shù)含量高的鋼錨箱式鋼 － 混組合結(jié)構(gòu)。錨固區(qū)用直徑 22 mm、長(zhǎng) 200 mm 的剪力釘，剪力釘在豎向間距為 15 cm，水平間距為 20 cm( 兩端為 15 cm) ，索塔塔壁為 C50 混凝土。該鋼 － 混組合結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和受力狀態(tài)均較為復(fù)雜，且索塔兩側(cè)斜拉索的拉力不平衡，塔柱自身受外力、溫度、風(fēng)力等外界環(huán)境因素影響，致使。如果塔體發(fā)生的偏移量索塔發(fā)生擺動(dòng)和位移變形超出了規(guī)定限度，就有可能會(huì)破壞索塔結(jié)構(gòu)受力，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及橋梁安全。為查清鋼錨箱作用力的傳遞機(jī)理，詳細(xì)分析外界環(huán)境因素引起的索塔變形，以便準(zhǔn)確評(píng)估索塔錨固區(qū)及索塔本身的安全性。開(kāi)展了原型實(shí)測(cè)研究，監(jiān)測(cè)對(duì)象為北索塔錨固區(qū)。

眾所周知，溫度、風(fēng)力等氣候因素的作用除引發(fā)鋼 － 混組合結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)反應(yīng)影響結(jié)構(gòu)的耐久性外，更重要的是它們產(chǎn)生的溫度效應(yīng)嚴(yán)重影響了其受力特性而危及結(jié)構(gòu)的安全。高頻度的觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，溫度對(duì)錨固區(qū)的干擾非常明顯，而且不同的溫度變化( 短時(shí)的日照輻射和長(zhǎng)時(shí)的季節(jié)性溫差) 引起的應(yīng)力響應(yīng)的形式和幅度存在一定差異。緩慢變化的季節(jié)性溫差荷載只在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度位移，不產(chǎn)生溫度應(yīng)力，而短時(shí)急劇變化的日照輻射產(chǎn)生的溫度應(yīng)力對(duì)塔柱水平位移影響尤其顯著。因此，及時(shí)了解溫度導(dǎo)致索塔的變形情況對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估其的安全性至關(guān)重要。自 Mallat提出多分辨率分析的概念以來(lái)，利用小波分解與重構(gòu)方法濾波降噪一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。Mallat又提出奇異性檢測(cè)理論，從而可利用小波變換模極大值方法進(jìn)行去噪。

Donoho提出非線性小波變換閾值去噪法，主要適用于信號(hào)中混有白噪聲的情況。Coifman在閾值法基礎(chǔ)上提出平移不變量提小波去噪法，它是對(duì)閾值法的一種改進(jìn)。田鵬等出一種基于小波消噪的時(shí)序分析改進(jìn)法; 劉青松等提出一種基于小波去噪和數(shù)據(jù)融合的多傳感器數(shù)據(jù)重建算法，使數(shù)據(jù)處理精度進(jìn)一步提高。因本研究中各溫度影響并不是單一作用在錨固區(qū)，故在去除溫度噪聲時(shí)，結(jié)合同步氣象觀測(cè)資料，針對(duì)不同時(shí)段各噪聲強(qiáng)度的差異，采用基于時(shí)段尺度的分層去噪技術(shù)逐級(jí)分離各溫度產(chǎn)生的噪聲，提取錨固區(qū)受力的特征值，為錨固區(qū)傳力機(jī)理研究提供更準(zhǔn)確可靠的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可得出由于溫度影響產(chǎn)生的索塔變形情況。

1錨固區(qū)應(yīng)力觀測(cè)目的與觀測(cè)點(diǎn)布置蘇通大橋采用的索塔錨固區(qū)鋼錨箱結(jié)構(gòu)是將斜拉橋鋼箱梁和橋面恒載及其所承受的所有外荷載傳遞到索塔的重要結(jié)構(gòu)，而索塔本身又需安全承受強(qiáng)大的索力作用。確保斜拉索、索導(dǎo)管及索塔錨固區(qū)的安全至關(guān)重要。鋼錨箱與索塔之間的豎向剪力主要依靠端板上剪力釘傳遞。顯然，鋼錨箱與混凝土塔壁之間約束作用的大小，與其正應(yīng)力及剪力釘?shù)膭偠?、?qiáng)度間距有直接關(guān)系。此外，鋼錨箱與混凝土塔壁連續(xù)粘結(jié)面積很大( 寬 2． 7 m、長(zhǎng)達(dá) 73． 6 m) ，混凝土由荷載、干燥收縮、日照輻射等引起的變形受到鋼錨箱的約束作用，應(yīng)力響應(yīng)較復(fù)雜。此外，設(shè)計(jì)時(shí)鋼錨箱承受的水平力是由其兩側(cè)的拉板承擔(dān)的。但實(shí)際上必然有一部分水平力由索塔鋼筋混凝土分?jǐn)?，這部分力對(duì)容易產(chǎn)生裂縫的鋼 － 混組合結(jié)構(gòu)是十分不利的。

為了查清錨固區(qū)傳力機(jī)理，在工程實(shí)施過(guò)程中開(kāi)展了數(shù)值模擬分析、剪力釘模型試件和單節(jié)段鋼錨箱足尺模型的加載試，這些研究為原型監(jiān)測(cè)工作奠定了好的基礎(chǔ)。根據(jù)索塔錨固區(qū)的結(jié)構(gòu)形式和受力特點(diǎn)，底部斜拉索與水平面夾角最大( J5#斜拉索與水平面的夾角為66． 36°) ，此外由于各節(jié)段鋼錨箱之間豎向連接在一起，首節(jié)鋼錨箱還承受了一部分上覆鋼錨箱的豎向力，故首節(jié)鋼錨箱底座和底部錨固區(qū)需要承受較大的豎向力; 頂部斜拉索與水平面的夾角最小，其索力最大( J34#斜拉索與水平面的夾角為 24． 6°，索力約為 8 528kN) ，故頂部索塔錨固區(qū)受到的水平方向的拉力最大。據(jù)此，選擇首節(jié)鋼錨箱底座、底部錨固區(qū)和頂部錨固區(qū)作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位。為了查清由剪力釘、索導(dǎo)管以及鋼錨箱端板與塔壁混凝土的摩擦作用所傳遞的豎向分力及其分布，驗(yàn)證剪力釘沿塔高方向分擔(dān)力的狀況和大小，將中部錨固區(qū)也作為代表性監(jiān)測(cè)部位。

在監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置時(shí)，利用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，但也考慮到錨固區(qū)受力的不對(duì)稱性; 以豎向力的傳遞為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，但也考慮到水平向受拉問(wèn)題，同時(shí)布置了一些三向應(yīng)力測(cè)點(diǎn); 重點(diǎn)關(guān)注豎向力沿高度方向的分布，對(duì)于代表性部位，也需要查清其沿塔壁厚度方向的分布; 對(duì)于首節(jié)鋼錨箱底座，在查清正應(yīng)力平面分布的同時(shí)，也重視力的擴(kuò)散途徑。根據(jù)這些原則，首節(jié)鋼錨箱底座和底部錨固區(qū)( 對(duì)應(yīng)的索號(hào)為 J4 和 J5) 布置 87 個(gè)測(cè)點(diǎn)，中部錨固區(qū)( 對(duì)應(yīng)的索號(hào)為 J19) 布置 26 個(gè)測(cè)點(diǎn)，頂部錨固區(qū)( 對(duì)應(yīng)的索號(hào)為 J33) 布置 52 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2 錨固區(qū)應(yīng)力影響因素分析2. 1 錨固區(qū)應(yīng)力與溫度

蘇通大橋索塔高 300． 4 m，在塔的不同高度，氣象條件和應(yīng)力響應(yīng)存在差異。試驗(yàn)數(shù)據(jù)取自高度為220．9 m ～224．4 m 處的底部南側(cè)錨固區(qū)的a 和b 測(cè)點(diǎn)與北側(cè)錨固區(qū)的g 和h 測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1，a(g)和b(h)測(cè)點(diǎn)與塔外壁的距離分別為89 cm 和14 cm。對(duì)比氣象資料，從溫度和風(fēng)力兩方面分析引起索塔變形的主要影響因素。

選擇溫度變化不大，風(fēng)速變化較大(0．6 m /s ～16．8 m /s)，且恒載維持不變的06 年12 月15 日3:32到06 年12 月23 日21:32 時(shí)段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析氣象因素對(duì)索塔錨固區(qū)不同部位的影響結(jié)果。南側(cè)和北側(cè)錨固區(qū)應(yīng)力與溫度的觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2 和圖3，Sa－Sh代表各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力，Ta－Th代表各測(cè)點(diǎn)處的混凝土溫度，Te為環(huán)境溫度。南側(cè)錨固區(qū)，索塔外壁的混凝土溫度對(duì)日照輻射很敏感，而索塔內(nèi)壁則遲鈍; 即使日照輻射較弱，錨固區(qū)應(yīng)力仍表現(xiàn)出對(duì)日照輻射的強(qiáng)敏感性。其中，外壁b 測(cè)點(diǎn)的壓應(yīng)力與溫度呈正相關(guān)性，這反映了日照輻射產(chǎn)生的溫度應(yīng)力;內(nèi)壁a 測(cè)點(diǎn)的壓應(yīng)力與溫度呈負(fù)相關(guān)性，反映了高塔因日照輻射而向北傾斜產(chǎn)生的彎拉作用使南壁處于受拉狀態(tài)。對(duì)于此說(shuō)明如下: 日照輻射在索塔南壁產(chǎn)生的應(yīng)力由兩部分組成，與南側(cè)錨固區(qū)相比，圖3 表示:北側(cè)錨固區(qū)索塔外壁的混凝土溫度對(duì)日照輻射的敏感性較弱，索塔內(nèi)壁同樣是遲鈍的。同時(shí)，外壁h 測(cè)點(diǎn)和內(nèi)壁g 測(cè)點(diǎn)的壓應(yīng)力與溫度都呈正相關(guān)性，且外壁測(cè)點(diǎn)的壓應(yīng)力明顯的大于內(nèi)壁測(cè)點(diǎn)壓應(yīng)力，這反映了日照輻射導(dǎo)致的彎拉作用使高塔北壁處于受壓狀態(tài)。此說(shuō)明如下: 日照輻射在索塔北壁產(chǎn)生的應(yīng)力由兩部分組成，即σt+σb，σt為溫度應(yīng)力，σb為由彎曲派生的應(yīng)力。當(dāng)溫升時(shí)，σt為正值，σb也為正值。故索塔外壁和內(nèi)壁的壓應(yīng)力與溫度都呈正相關(guān)性。只是索塔外壁溫升較大，內(nèi)壁溫升不明顯，且彎拉作用在外壁產(chǎn)生的壓應(yīng)力大于內(nèi)壁，導(dǎo)致Sg