Fabrication Error Propagation Properties of Key Components of Large-Span Cable-Stayed Bridges with Steel Box Girder

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(1) 南交通大学学报西第５０卷第５期２０１５年１０月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＷＥＳＴＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ文章编号：０２５８２７２４（２０１５）０５０８３００８ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５８２７２４．２０１５．０５．０１０. . . Ｖｏｌ．５０Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１５. 大跨度钢斜拉桥制造误差的传播及其效应特性张清华，黄灿，卜一之，李乔１. ２. １. １. （１．西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１；２．中交第二航务工程局有限公司技术中心，湖北武汉４３００４０）阐明制造误差效应在大跨度斜拉桥施工控制中的传播问题，对全过程控制条件下超大跨度钢斜拉桥摘要：为关键构件制造误差效应的效应特性进行了研究，由几何非线性平衡方程推导并建立了全过程控制条件下的误差．在此基础上，以典型的超大跨度斜拉桥 — — — 苏通大桥为研究对象，就构件制造误差效应的形成过效应传播方程．研程、效应特性及其传播特性进行了深入研究究表明：所建立的误差传播方程应用和求解方便，适用于大跨度斜拉桥全过程施工控制误差效应的理论研究和计算分析；不同类型构件制造误差的传播特性存在较大差异，随悬臂长度增大，主梁节段间制造角度的误差效应表现出典型的自收敛特性，而主梁节段制造长度的误差效应不具备自收敛特性，施工控制实施时应根据误差效应特性确定科学、合理的误差调控方案．拉桥；施工控制；全过程控制；制造误差；误差传播关键词：斜中图分类号：ＴＵ３１１；Ｕ４４８．２７文献标志码：ＡＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎＥｒｒｏｒＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＫｅｙＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆＬａｒｇｅＳｐａｎＣａｂｌｅＳｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅｓｗｉｔｈＳｔｅｅｌＢｏｘＧｉｒｄｅｒ. ，. ，. ，. ＺＨＡＮＧＱｉｎｇｈｕａ１ＨＵＡＮＧＣａｎ２ＢＵＹｉｚｈｉ１ＬＩＱｉａｏ１. （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅＳｅｃｏｎｄＨａｒｂｏｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，ＣｈｉｎａＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙ，Ｗｕｈａｎ４３００４０，Ｃｈｉｎａ）. ：Ｔｏｃｌａｒｉｆｙｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｓ ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｌａｒｇｅ ｓｐａｎｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｅｒｒｏｒｓｏｆｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ａｎｅｒｒｏｒｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｅｑｕａｔｉｏｎｓ．ＢｙｔａｋｉｎｇＳｕｔｏｎｇｂｒｉｄｇｅ，ａｔｙｐｉｃａｌｌａｒｇｅｓｐａｎｃａｂｌｅ ｓｔａｙｅｄ，ａｓｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ａｎｉｎｄｅｐｔｈｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｆｆｅｃｔ. Ａｂｓｔｒａｃｔ. ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｒｒｏｒｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｓｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｔｏａｎａｌｙｚｅａｎｄｅｘｐｏｕｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｅｆｆｅｃｔｓａｃｃｏｍｐａｎｙｉｎｇｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅｒｅａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓａｍｏｎｇｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅ. ，. ｏｆｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｌｅｎｇｔｈｔｈｅｅｒｒｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅａｎｇｌｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｍａｉｎｇｉｒｄｅｒｓｅｇｍｅｎｔｓｉｓ. ，，ｓｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｅｒｒｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｂｅｔｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；ｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ；ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔｗｈｉｌｅｔｈｅｅｒｒｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｌｅｎｇｔｈｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｉｓｎｏｔ. ｅｒｒｏｒｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ . 实施有效的施工控制是大跨度斜拉桥高质量修建的前提［］．施工控制的首要任务是控制施工１９. 收稿日期：２０１４１０１６家自然科学基金资助项目（５０９０８１９２，５１１７８３９４）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（２６８２０１４ＣＸ０７８）基金项目：国清华（１９７５－），男，副教授，博士，研究方向为钢桥和组合结构桥梁，电话：０２８８７６０１８３６，Ｅｍａｉｌ：ｓｗｊｔｕｚｑｈ＠１２６．ｃｏｍ作者简介：张清华，黄灿，卜一之，等跨度钢斜拉桥制造误差的传播及其效应特性［Ｊ］．西南交通大学学报，２０１５，５０（５）：８３０８３７．．大引文格式：张.

(2) 第５期张清华，等：大跨度钢斜拉桥制造误差的传播及其效应特性８３１误差，使最终的实际成桥状态逼近理想的目标状梁和索塔索锚点位置的制造误差导致斜拉索的安对于误差及其效应特性的深刻认识是实现高装态误差，其误差效应的分析方法和斜拉索制造误差．而质量施工控制的基础和关键分析方法相同；主梁节段间拼装误差效应的分析年来千米级超大跨的．近法则与主梁节段间无应力角度制造误差效应的度斜拉桥迅速发展，该类桥梁通常采用钢箱梁，结方析方法相同．构纤柔、构件数量多、施工期长、施工工序复杂、误分差调控困难、施工期结构的安全性问题突出，给施全过程控制通过控制构件的无应力状态实现工控制提出了质量保障和风险抑制的双重挑控制目标，而关键施工阶段的主梁线形和斜拉索索［］战．力状态误差则是评判控制质量的重要依据此，．因国内外学者对斜拉桥的施工控制方法进行了建立结构状态误差与构件制造误差之间的关系至［］深入研究，结果表明：相对于传统的部分过程关重要．同时，阐明制造误差效应在施工全过程中控制方法而言，全过程自适应控制是超大跨度斜拉的传播机理，是进行科学、有效的误差调控，进而实．从．下全过程控制的角度出现面就典型构件的制桥较为适用的控制方法施工控制目标的基本前提发，斜拉桥成桥状态误差的形成过程，本质上属于造误差效应在施工全过程中的传播机理进行研究，多种误差因素导致的误差效应在其整个施工过程建立制造误差效应的传播方程；在此基础上以典型中耦合影响并不断传播的过程，阐明误差传播及其的超大跨度钢箱梁斜拉桥 — — — 苏通大桥为研究对效应特性是实现最优控制的前提，采用建立的误差传播方程探讨制造误差导致的管全过程控制象．尽构状态误差的形成及其传播过程，以及关键构件方法在多座大跨度斜拉桥施工控制中得到了成功结造误差的效应特性应用，但目前关于全过程控制条件下误差的传播机制．［］理仍缺乏系统、深入的研究．差效应传播方程的建立本文旨在研究构件制造误差在超大跨度钢箱２误梁斜拉桥施工全过程中的形成和传播过程，建立误２．１全过程控制条件下的几何非线性平衡方程差效应传播方程，并以典型超大跨度斜拉桥为研究构件无应力形态的确定方法可参见文献［９］，对象，探究重要构件制造误差对于线形和索力状态限．为于篇幅，此处不再赘述不失一般性，以杆系单．误差的效应特性元安装时刻的几何形态作为计算起点，设单元的无应力长度为ｌ，其ｉ端和ｊ端的无应力曲率分别为过程控制的误差来源１全阶段单元的初始长度为ｌ（单元初始安ｋ和ｋ．该阶段则为ｌ），所大跨度钢斜拉桥而言，施工误差、测量误差装受轴力为Ｎ，荷载作用下结点位对和环境误差是导致其主梁线形、斜拉索索力和索塔移分别为｛珔ｕ，ｖ珋，珔θ ｝和｛珔ｕ，ｖ珋，珔θ ｝．其中，珔ｕ为局部塔偏等状态误差的主要因素据全过程控制的实坐标系ｘ′轴方向的结点位移，ｖ珋为ｙ′轴方向的结点．根施过程、实现方式和误差间的相互关系，可将全过位移，珔θ 为结点角位移，见图１．程控制条件下的误差分为“原始误差”和“衍生误差 ”两大类，前者主要包括物理参数误差和由构件制造和拼装误差组成的构件几何形态误差始误．原差是导致施工全过程中状态误差的主要原因生．衍误差则是指由原始误差导致的结构状态误差，实质上是原始误差的具体体现和实际效应，主要包括主梁线形误差、斜拉索索力误差和索塔塔偏误差等．构件制造、安装误差及其效应控制是全过程控制最重要的控制内容文中以主梁节段和斜拉索．本为例，说明制造误差的组成要素于主梁节段而．对图１杆系单元变形言，制造误差主要包括三部分：（１）梁段自身的无Ｆｉｇ．１Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｒｕｓｓｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔ应力长度误差；（２）梁段间的无应力角度误差；．（３）主梁节段索锚点位置误差单元几何刚度矩阵（即初始应力刚度矩阵，与．主单斜拉索制造误差主要指其长度的制造误差元的初始应力水平有关）８９. ８１５. ９１１. ０. ｉ０. ｊ０. . ０. ｉ. . . ｉ. ｉ. ｊ. ｊ. ｊ. . . . . . θ. . . . . θ. . . . . . . . . . . . . α. .

(3) 西南交通大学学报. ８３２６２  ｓｉｎ α ５   ３  －ｓｉｎ２ α  ５  ｌ  －１０ｓｉｎ α Ｎ ｋσ ＝ｌ  ６２  －５ｓｉｎ α   ３ｓｉｎ２ α  ５   －ｌｓｉｎ α  １０. －. （）. （）. －. ６ｃｏｓ２ α ５. ｌｃｏｓ α １０. ３ｓｉｎ２ α ５. －. ６ｃｏｓ２ α ５. ｌｃｏｓ α １０. ２ｌ２１５. ｌｓｉｎ α １０. －. ｌｃｏｓ α １０. ｌｓｉｎ α １０. ６２ｓｉｎ α ５. （）. （）. （）. ３ｓｉｎ２ α ５. ３ｓｉｎ２ α ５－. ６ｃｏｓ２ α ５. ｌｃｏｓ α １０. －. ｌｓｉｎ α １０. 第５０卷. －. ｌ２３０. ３ｓｉｎ２ α ５. （）. ｌｃｏｓ α １０－. ６２ｓｉｎ α ５. －. －. （）. ３ｓｉｎ２ α ５. （）. ３ｓｉｎ２ α ５６ｃｏｓ２ α ５. ｌｓｉｎ α １０. －. ｌｃｏｓ α １０. 式中：α 为整体坐标系的Ｏｘ轴与局部坐标系的的夹角，逆时针为正Ｏ′ｘ′轴．由能量法原理可以证明［］，这一过程中单元几何形态改变引起的单元等效结点荷载向量（２）Ｆ＝Ｆ＋Ｆ，其中，  －Ａ（ｌ－ｌ）ｃｏｓ α －Ｉ（ｋ－ｋ）ｓｉｎ α   －Ａ（ｌ－ｌ）ｓｉｎ α ＋Ｉ（ｋ－ｋ）ｃｏｓ α     ｋｌＩＥ Ｆ＝  ，ｌ  Ａ（ｌ－ｌ）ｃｏｓ α ＋Ｉ（ｋ－ｋ）ｓｉｎ α   Ａ（ｌ－ｌ）ｓｉｎ α －Ｉ（ｋ－ｋ）ｃｏｓ α    １０. ｅ０. ｅ ε. ｅ σ. ０. ｉ０. ｊ０. ０. ｉ０. ｊ０. ｉ０. ｅ ε. ００. ｉ０. ｊ０. ｉ０. ｊ０. ｋｊ０ｌＩ. . （. ｅ ε. ｅ σ. １０. σ. ０. ，（１）. 式中：Ｄ为结构的弹性刚度矩阵（参见文献［１０］，结构的几何刚度矩阵；限于篇幅，不再赘述）；Ｋ为杆系结构的结点位移向量；Ｆ为结构的等效 δ为．结点荷载向量；Ｆ为结构所受的外荷载向量不考虑无应力长度和无应力曲率等几何状态效应时，式（５）退化为传统的几何非线性平衡方程（５）表明，可将单元几何形态改变引起的效．式应等效为结点荷载的形式，建立最终状态与结构形成过程各状态之间的数值关系，从而实现从构件制造到结构最终完成整个过程中各施工阶段的分析计算，为全过程控制的实施奠定理论和分析方法．基础  误差效应传播方程（３）２．２在已知构件理论无应力几何形态的条件下，可由式（５）确定施工全过程各关键施工阶段的结构．下．状态面根据式（５）推导误差效应的传播方程由于主梁、索塔节段和斜拉索的制造误差一般均较小，可以忽略制造误差引起的外荷载向量Ｆ的变不失一般性，假定单元无应力长度的制造误化．为（４）差和两端无应力曲率的制造误差分别为Δｌ、Δｋ和Δｋ，则单元实际制造形态的几何要素为：ｌ′ ＝ｌ＋ Δｌ，（６）ｋ ′ ＝ｋ＋ Δｋ，. ）（）  （）   （）  ，  （）  （）（）  （）  式中：为截面面积；为截面惯性矩；Ｅ为单元材料的弹性模量；Ｆ为单元中由几何变形引起的等效结点荷载向量；Ｆ为单元中由应力引起的等效结点荷载向量．式（３）和式（４）为一般形式，对斜拉索而言，将无应力曲率效应置０即可．此时，［全过程控制条件］下结构的几何非线性平衡方程为：（Ｄ＋Ｋ）δ ＋Ｆ＝Ｆ，（５）２.  ｌ－ｓｉｎ α ７ｋ＋３ｋｉ０ｊ０  ２０  ２  ｌｃｏｓ α ７ｋｉ０＋３ｋｊ０２０   ｌ３  ３ｋｉ０＋２ｋｊ０６０Ｎ ｅＦσ ＝ｌ  ｌ２ｓｉｎ α ７ｋｉ０＋３ｋｊ０  ２０   ｌ２－ｃｏｓ α ７ｋｉ０＋３ｋｊ０  ２０   －ｌ３２ｋｉ０＋３ｋｊ０  ６０ＡＩ. ｌｓｉｎ α  １０   ｌｃｏｓ α  １０  ２  ｌ－３０    ｌｃｏｓ α  １０  ｌ－ｃｏｓ α  １０   ２２ｌ   １５－. σ. ０. ０. ｉ０. ｊ０. ０. ｉ０. ０. ｉ０. ｉ０. ｋｊ０ ′ ＝ｋｊ０＋ Δｋｊ０．. }. 将ｌ′取代式（１）中的ｌ，可得此时的单元几何刚度矩阵ｋ ′ （加“′”表示计入误差后的参数），进而得Ｋ ′，同理可得Ｄ′；将ｌ′、ｋ ′ 和ｋ ′ 分别取代式（３）～（４）中的ｌ、ｋ和ｋ，可以确定单元实际制造形态引起的等效结点荷载向量Ｆ ′，据此可得此时的等效结点荷载向量Ｆ ′．此时，结构的几何非线性平衡方程变为（Ｄ′ ＋Ｋ ′）δ′ ＋Ｆ ′ ＝Ｆ，（７） σ. ｉ０. σ. ０. ｉ０. ｊ０. ｊ０. ｅ０. ０. σ. ０.

(4) 第５期张清华，等：大跨度钢斜拉桥制造误差的传播及其效应特性８３３式中，δ′为计入制造误差后的结构结点位移．由式（５）和式（７）可得：（Ｄ′ ＋Ｋ ′）δ′ －（Ｄ＋Ｋ）δ ＝Ｆ－Ｆ ′．（８）正常情况下，单元制造误差较小，可忽略制造影响，则式（８）进一步简化为误差对Ｄ和Ｋ的（Ｄ＋Ｋ）（δ′ － δ）＝Ｆ－Ｆ ′．（９）式（８）和式（９）即为误差效应传播方程基．可于该方程实现构件制造误差效应特性的分析和求解，并进一步确定后续关键施工阶段制造误差效应的传播特性．因关键构件安装误差的效应特性与制图２典型施工过程示意造误差类似，故可将构件安装误差视为广义的构件Ｆｉｇ．２Ｔｙｐｉｃａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｇｉｒｄｅｒｓａｎｄｃａｂｌｅｓ制造误差，上述误差传播方程同样适用于构件安装误差效应的理论分析建立的误差效应传播方程３．２误差效应的形成和传播过程．所应用和求解方便，适用于全过程控制条件下大跨度误差效应传播方程表明：全过程控制条件下，钢箱梁斜拉桥误差效应的理论研究和计算分析．构件制造误差引起的与其无应力长度和无应力曲率相关的等效荷载向量改变，是导致结构状态误差３构件制造误差的效应特性．由的根本原因全过程控制的实现方式和施工过程究对象３．１研可知：成桥理想目标状态的主梁线形、内力和斜拉苏通大桥主桥主跨１０８８ｍ，是首座跨度超过索索力等控制目标是通过确保关键构件几何形态１０００ｍ的．其超大跨度钢箱梁斜拉桥主梁采用梁的相互关系实现的．构件制造误差的存在直接导致高４．０ｍ的正交异性板流线型扁平钢箱梁，节段标上述各关键构件间几何形态的关系偏离理想值，具准长度１６ｍ，边跨尾索区标准长度１２ｍ，全桥钢箱体表现为关键施工阶段的结构状态误差此，在．因．斜梁共分为１４１个梁段拉索采用空间双索面扇形结构出现状态误差的情况下，可以通过修正后续安．索，全桥共２７２根塔采装布置，每个索面布置３４对关键构件间的几何形态关系实现误差调控．这就用倒Ｙ形结构，索塔高３００．４ｍ．是全过程控制条件下结构状态误差控制的理论在苏通大桥施工控制过程中，各梁段和斜拉索依据．的编号规则（该桥有南通侧和苏州侧２座塔，对各现以苏通大桥典型施工工况 — — — 段拼Ｊ２０梁塔的梁段和斜拉索分别编号，因梁段和斜拉索对称装为例，扼要阐述状态误差的形成及传播过程．为布置，编号方式相同，故对此未加区分）：岸侧和江便于说明，假定：（１）Ｊ２０梁段的制造长度比其理侧分别用Ａ和Ｊ表示，数字随梁段距索塔中心距离想制造长度长１０．０ｍｍ，即该梁段的无应力长度误的增大而增大，如江侧最靠近跨中的斜拉索编号为差Δｌ＝＋１０．０ｍｍ；（２）该梁段及后续梁段均按照中跨最大悬臂主梁节段编号为Ｊ３４，其余类梁Ｊ３４，段间的理论几何形态关系进行制造和拼装控制；似便于后续各图表示，将主跨跨中作为顺桥向（３）各．为斜拉索均按照其理论无应力索长进行安装纵坐标的坐标原点，苏州侧方向为正．控制段制造长度误差导致的典型施工阶段．Ｊ２０梁苏通大桥主梁节段和斜拉索施工过程主要包的状态误差和成桥阶段的状态误差分别见图３和括３个阶段：（１）梁段匹配拼装工况，该工况为控图４．制工况，主要控制对象为待安装梁段和已安装梁段结果表明：（１）Ｊ２０梁段无应力制造长度误差之间的无应力角度；（２）对应梁段的斜拉索一张工直接导致该梁段及其相邻梁段出现线形和索力状况，该工况为非控制工况；（３）对应斜拉索的二张态误差，Ｊ２０梁段线形及其对应斜拉索的索力误差工况，该工况为控制工况，主要控制对象为待安装显著高于其他梁段；（２）各梁段前端点的线形误差斜拉索的无应力长度段和斜拉索拼装施随．以Ｊ２１梁段距离的增大而逐步减小并趋于稳其与Ｊ２０梁工为例，其控制工况的典型施工过程见图２（Ｔ定值，一直持续到成桥阶段；（３）Ｊ２０梁段无应力度误差导致的成桥阶段线形和索力误差的最大中，Ｔ为初始张拉索力，２０表示编号为２０的斜拉长不采取值均出现在该梁段及其对应斜拉索；（４）在索；其余类似）． . . σ. ０. σ. ０. . . . . σ. σ. ０. . ０. . . . . . . . . . . . . ＃. ＃. ＃. ＃. ＃. ＃. ＃. ＃. ＃. ＃. ０２０. ＃. ０.

(5) 西南交通大学学报. ８３４ . . . . . . . . . . . . 第５０卷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （ａ）线形误差. . . . . . . . . . . . . . . （ｂ）索力误差. 图典型施工过程的状态误差. ３Ｆｉｇ．３Ｔｙｐｉｃａｌｅｒｒｏｒｓｉｎｔｙｐｉｃａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ . . . . . . . . . . . .

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(7) . （ａ）典型梁段线形误差. 图成桥阶段状态误差. . . . . . . . . . . . . . . （ｂ）典型斜拉索索力误差. ４Ｆｉｇ．４Ｔｙｐｉｃａｌｅｒｒｏｒｓａｆｔｅｒｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ. 有效的误差效应调控措施的条件下，将无法有效控索的索力确定无应力长度，并据此进行斜拉索的安制梁段无应力长度误差导致的线形和斜拉索索力装拉索二张工况为苏通大桥斜拉索的张拉．斜控制误差述状态误差的形成和传播过程见图５．．上控制工况段无应力制造长度误差为．在Ｊ２０梁情况下，Ｊ２０斜拉索下索锚点的纵坐＋１０．０ｍｍ的标出现相应的误差，按理论无应力索长对该斜拉索进行张拉控制时，其索力大于理论值，并进而直接导致两类状态误差．（１）斜拉索索力误差段长度制造误差导致．梁的各梁段质量的误差极小，即Ｊ２０斜拉索及其附近区域斜拉索的竖向分力总和保持不变，Ｊ２０斜拉索的索力误差使得该区域斜拉索的索力重分配，导致此前已安装的多根斜拉索索力小于理论值，出现负误差，而其后安装的多根斜拉索索力则出现正误差力误差的影响范围主要限于Ｊ２０斜拉索附近．索形误区域，主梁越纤柔，该影响区域越小．（２）线差拉索的索力误差导致Ｊ１９和Ｊ２０梁段主．Ｊ２０斜图５施工过程状态误差的形成和传播过程Ｆｉｇ．５Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｒｒｏｒｓ．根梁的线形高于理论线形，发生正误差据Ｊ２１和段间的夹角进行Ｊ２１和后续梁段拼装控制全过程控制条件下，根据斜拉索上下索锚点Ｊ２０梁，各梁段的线形相应地发生正误差，斜拉索下锚（分别位于索塔和主梁）的坐标及其安装阶段斜拉时 . ＃. ＃. . ∆. . . . . . . . . . ∆. ＃. .

(8) . . . . . . . . . . ＃. . . ∆. . . . . ＃. . . . . . . . . ＃. ＃. ＃. ＃. ＃. ＃.

(9) 第５期张清华，等：大跨度钢斜拉桥制造误差的传播及其效应特性８３５点的纵坐标和竖向坐标均发生改变，进而导致各斜对象，对制造误差的效应特性进行了系统、深入研便于说明，主要拉索的无应力长度误差 — — — 斜拉索索力误差产生究，限于篇幅，仅给出典型结果．为考虑发生系统制造误差的情况，不涉及随机误差和的主要原因．种制造误差的耦合效应问题上述误差效应的产生和传播过程表明：（１）关多施工控制中最重．以键构件的无应力几何形态误差是导致全过程控制要的２类状态误差指标 — — — 主梁线形误差和斜拉条件下关键施工阶段结构状态误差的根本原因；索索力误差为例探讨制造误差的效应特性．（２）构件无应力几何形态误差导致的状态误差具根据梁段间无应力角度制造和控制的实现方有自身的形成和传播特性，主梁线形和斜拉索索力式，通过主梁节段顶底板的制造误差间接定义角度两类典型的状态误差具有耦合性，二者同时发生，误差，即在梁段底板或顶板制造长度保持不变的情且相互影响，共同组成斜拉桥的主要状态误差况下，其顶板或底板制造长度误差等效于主梁节段．间的无应力角度误差造误差的效应特性主梁节段底板的制造误差３．３制．各全过程控制条件下，大跨度钢箱梁斜拉桥主梁均引起的主梁线形和斜拉索索力误差为＋１ｍｍ时和索塔索锚点位置的制造误差导致斜拉索的安装效应见图６．误差，其误差效应与斜拉索制造误差的效应一致．主梁节段和斜拉索无应力制造长度误差均分为＋２和－２ｍｍ导以主梁无应力长度误差、梁段间的无应力角度误差别致的主梁线形和斜拉索索力和斜拉索长度制造误差３类典型制造误差为研究误差效应分别见图７和图８． . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （ａ）线形误差（ｂ）索力误差图６主梁节段无应力角度误差效应的传播特性. Ｆｉｇ．６Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒｒｏｒｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｇｌｅｅｒｒｏｒｓｏｆｇｉｒｄｅｒｓｅｇｍｅｎｔｓ . .

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(18) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （ａ）线形误差（ｂ）索力误差图７主梁节段长度制造误差效应的传播特性. Ｆｉｇ．７Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒｒｏｒｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｌｅｎｇｔｈｅｒｒｏｒｓｏｆｇｉｒｄｅｒｓｅｇｍｅｎｔｓ. 研究表明，不同类型构件制造误差的效应及传播特性具有显著差异：（１）主梁节段的无应力角度误差导致的主梁线形和斜拉索索力误差均具有典型的自收敛性，即其误差效应随悬臂长度增大逐步 . 减小，这一过程实质上是无应力角度的误差效应随．（２）主结构刚度减小逐步减弱的过程梁节段长度制造误差效应在主梁线形和斜拉索索力两类状态误差上表现出截然不同的特性，各典型梁段的线形.

(19) 西南交通大学学报第５０卷误差效应基本不随悬臂长度增大而增大，梁段距跨因主梁自重不变，超大跨度斜拉桥主梁相对纤中越近，其线形误差效应越显著，且误差效应量值柔，且各斜拉索自身制造长度误差的影响不像主梁较大，不容忽视；大悬臂条件下各斜拉索索力误差梁段一样具有延续性，因此，较小的斜拉索制造长较小，且随悬臂长度增大而迅速降低误差导致的斜拉索索力误差也较小拉索度．（３）斜．．制造长度的误差效应主要表现为主梁线形误差主梁节段无应力角度误差和长度制造误差各８３６. . . .

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(22). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(26). . . . . . . . . . . . . . （ａ）线形误差（ｂ）索力误差图８斜拉索长度制造误差效应的传播特性Ｆｉｇ．８Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒｒｏｒｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｌｅｎｇｔｈｅｒｒｏｒｏｆｃａｂｌｅｓ. ．导致的主梁线形误差效应包络图见图９．因误差效跨线形误差的计算结果应相对于主跨跨中具有对称性，仅给出其中一侧主研究表明：（１）主梁底板制造误差均为－１ｍｍ . . . . .

(27) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(28). （ａ）底板制造误差. 图主梁线形误差效应包络图. . . . . . . （ｂ）长度制造误差. ９Ｆｉｇ．９Ｅｎｖｅｌｏｐｅｄｉａｇｒａｍｏｆｇｉｒｄｅｒｓｈａｐｅｅｒｒｏｒｉｎｄｕｃｅｄｂｙｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｓ. 时，随悬臂长度增大，主梁线形状态误差为负值，即实际线形低于理论线形，新增梁段安装工况线形误差的绝对值保持不断增大的趋势梁底板制造误．主差均为＋１ｍｍ时，在误差量值与上面的情况相反，．但误差效应随悬臂长度增大的变化趋势一致（２）对主梁节段间无应力角度制造误差效应取绝对值，其最大值的曲线斜率随悬臂长度增大不断减小，即实际误差状态效应表现出一定程度的自收敛．（３）主性梁节段长度制造误差的效应特性与主梁节段间无应力角度制造误差的效应特性存在显著差别：该误差导致的主梁线形误差和曲线斜率随悬臂长度增大而不断增大，主梁线形误差效应表现出. 典型的发散特性；误差包络图上下限值基本相同，同一类型的主梁节段制造长度误差导致的误差效应量值基本保持不变，波动性较小类误差．（４）两的实际效应均不容忽视，只有通过适当的误差调控对于主梁节段间．（５）相措施才能抑制其不良效应无应力角度制造误差而言，主梁节段长度制造误差的效应更显著，主要表现为误差效应量值绝对值较大且不具备自收敛性．４ . 结论. 由几何非线性平衡条件推导并建立了全过程控制条件下的误差效应传播方程，探讨了苏通大桥 .

(29) 第５期张清华，等：大跨度钢斜拉桥制造误差的传播及其效应特性８３７京：人民交通出版社，２００７：９６１０８．［Ｍ］．北关键构件制造误差效应的形成机理及其在施工全８．［］李乔，卜一之，张清华基于几何控制的全过程自适过程中的传播特性，得到以下结论：，２００９，应施工控制系统研究［Ｊ］．土木工程学报（１）所建立的全过程控制条件下的误差效应４２（７）：６９７７．传播方程适用于大跨度钢箱梁斜拉桥全过程施工ＬＩＱｉａｏ，ＢＵＹｉｚｈｉ，ＺＨＡＮＧＱｉａｎｈｕａ．Ｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅ控制误差效应研究和计算分析，研究结果可为误差ａｄａｐｔｉｖｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｇｅｏｍｅｔｒｙ调控决策提供科学依据．ｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，（２）由构件制造误差引起的与其无应力长度２００９，４２（７）：６９７７．和无应力曲率相关的等效荷载向量改变，是导致结［９］李乔，卜一之，张清华．大跨度斜拉桥施工全过程几构状态误差的根本原因．：西南交通大学出版何控制概论与应用［Ｍ］．成都社，２００９：１４０１７３．（３）不同类型制造误差的误差效应和传播特性存在显著差异：随悬臂长度增大，主梁节段间制［１０］黄灿．基于几何控制法的大跨度斜拉桥自适应施工：西南交通大学土木工程控制体系研究［Ｄ］．成都造角度的误差效应表现出典型的自收敛特性；主梁２０１１．学院，节段制造长度误差导致的主梁线形误差在悬臂施［１１］ＬＩＱｉａｏ，ＢＵＹｉｚｈｉ，ＺＨＡＮＧＱｉｎｇｈｕａ．Ａｄａｐｔｉｖｅ工过程中基本保持不变，不具备自收敛特性；斜拉ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｓｕｐｅｒｌｏｎｇ 索制造长度误差则主要导致主梁线形误差．ｓｐａｎｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｓ［Ｃ］∥１８ｔｈＩＡＢＳＥＣｏｎｇｒｅｓｓ．必须指出，施工控制实施时，应根据不同制造Ｓｅｏｕｌ：［ｓ．ｎ．］，２０１２：１０１１０９．误差的效应特性进行科学、合理地误差调控决策．［１２］黄灿，赵雷，张清华大跨度斜拉桥制造阶段参数．特原始误差、测量误差和环境误差综合影响下的大跨，敏感性分析及工程应用［Ｊ］．四川建筑科学研究度斜拉桥误差特性及其调控是下一阶段研究的２０１１，３７（３）：２９７３００．ＨＵＡＮＧＣａｎ，ＺＨＡＯＬｅｉ，ＺＨＡＮＧＱｉｎｇｈｕａ．．重点Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ参考文献：ｓｔａｇｅｆｏｒｓｕｐｅｒｓｐａｎｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅａｎｄｉｔｓ. ３）：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉｌｄｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１１，３７（［１］ＶＩＲＬＯＧＥＵＸＭ．Ｒｅｃｅｎｔｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄ２９７３００．ｂｒｉｄｇｅｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅ，１９９９，２１：７３７７５５．东煌，陈常松，董道福，等跨度钢主梁斜拉桥．大［２］郝超跨度钢斜拉桥的施工监控及其目标精度［１３］颜．大Ｊ．中的自适应无应力构形控制［］国公路学报，［Ｊ］．中国公路学报，２００３，１６（１）：５４５７．２０１２，２５（１）：５５５８．ＨＡＯＣｈａｏ．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎＹＡＮＤｏｎｇｈｕａｎｇ，ＣＨＥＮＣｈａｎｇｓｏｎｇ，ＤＯＮＧＤａｏｆｕ，ｅｔｇｏａｌｏｆｌｏｎｇｓｐａｎｓｔｅｅｌｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎａａｌ．ＣｏｎｔｒｏｌｏｆｓｅｌｆａｄａｐｔｉｖｅｚｅｒｏｓｔｒｅｓｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｆｏｒＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔ，２００３，１６（１）：５４５７．ｌｏｎｇｓｐａｎｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈｓｔｅｅｌｍａｉｎ［３］葛耀君阶段施工桥梁分析与控制［Ｍ］．北京：．分ｇｉｒｄｅｒ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔ，人民交通出版社，２００３：１３４１５５．２０１２，２５（１）：５５５８．［４］ＭＡＮＡＢＥＹ，ＨＩＲＡＨＡＲＡＮ，ＭＵＫＡＳＡＮ，ｅｔａｌ．［］张清华，卜一之，李乔跨度斜拉桥施工控制的研１４．大ＡｃｃｕｒａｃｙｃｏｎｔｒｏｌｏｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＴａｔａｒａ究进展［Ｃ］∥第二十届全国桥梁学术会议论文集：ｂｒｉｄｇｅ［Ｃ］∥ ＩＡＢＳＥＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｍａｌｍ，Ｓｗｅｄｅｎ：［ｓ．上册北京：人民交通出版社，：．２０１２５２１５２９．ｎ．］，１９９９：３２２３３１．少敏，赵雷，卜一之幅不对称索面钢箱梁斜拉桥．分［５］李乔，唐亮臂拼装桥梁制造与安装线形的确定［１５］贾．悬Ｊ．２０１４４４３１１４１１９．主梁安装控制［］桥梁建设，，（）：［Ｃ］∥ 第十六届全国桥梁学术会议论文集：上册．ＪＩＡＳｈａｏｍｉｎ，ＺＨＡＯＬｅｉ，ＢＵＹｉｚｈｉ．Ｅｒｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ北京：人民交通出版社，２００４：２９７３０２．ｏｆｍａｉｎｇｉｒｄｅｒｏｆｓｔｅｅｌｂｏｘｇｉｒｄｅｒｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ［６］卜一之，赵雷，李乔通长江大桥结构非线性稳定．苏ｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｅｄｄｅｃｋｓａｎｄａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｃａｂｌｅｐｌａｎｅｓ［Ｊ］．性研究［Ｊ］．土木工程学报，２０１３，４６（１）：８４９１．ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１４，４４（３）：１１４１１９．ＢＵＹｉｚｈｉ，ＺＨＡＯＬｅｉ，ＬＩＱｉａｏ．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｕｔｏｎｇＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒｂｒｉｄｇｅ［Ｊ］．（中、英文编辑：付国彬）ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２０１３，４６（１）：８４９１．［７］秦顺全梁施工控制：无应力状态法理论与实践．桥.

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