斜拉桥主梁钢锚箱定位测量与精度分析
The main girders steel anchor box of cable-stayed bridge
measurement and precision analysis. Location
作者：曹善庆 单位：山东省公路桥梁建设有限公司
The author：shanqingcao The company: Shandong province highway bridge construction Co., LTD
摘要：斜拉桥混凝土主梁庞大的重量都是通过斜拉索与钢锚箱将力传递到索塔上，作为传力载体和对斜拉索线型起控制作用的钢锚箱的定位精度将成为直接影响斜拉桥的内力分布、成桥线型的重要因素。如何有效的考虑这些不利的影响因素成为保证斜拉桥梁上钢锚箱定位精度的关键所在。
Abstract: the weight of the girder cable-stayed bridge concrete is through huge stay cabls and steel anchor box transfer power to cable tower force transmission, as of stay-cables carrier and control action of linear up steel anchor box positioning accuracy of cable-stayed bridge will be directly affect the internal force distribution, the important factors bridge line. How to effectively consider these disadvantageous influence factors are the guarantee of anchor box bridge MTR position precision procured key.
关键词：斜拉桥 主梁钢锚箱 定位测量 精度分析
Keywords: cable-stayed bridge the main girders steel anchor box positioning measuring precision analysis
斜拉桥混凝土主梁庞大的重量都是通过斜拉索与钢锚箱将力传递到索塔上，作为传力载体和对斜拉索线型起控制作用的钢锚箱的定位精度将成为直接影响斜拉桥的内力分布、成桥线型的重要因素，而在主梁施工控制图中对梁体高程进行了上调，挂索张拉后落梁，这样落梁过程中索导管必然要发生偏位，从而给主梁钢锚箱定位带来很大的难度，所以如何有效的考虑这些不利的影响因素成为保证斜拉桥梁上钢锚箱定位精度的关键所在。
一、工程概况
本斜拉桥主桥为88+200+88m双塔双索面斜拉桥。主桥结构体系为支承体系（即半漂浮体系），塔墩固结，主梁在桥塔及共用墩处设竖向支承，并在桥塔与主梁之间设置横向与纵向限位装置。
主梁采用双边肋断面。主梁横向宽度为26.9m（含锚索区），梁中心高度为2.1m（边跨现浇梁段中心高度为2.877m），主梁高跨比为1/95.2，标准梁段桥面板厚度为25cm；顺桥向每隔4m间距设置一道横隔板，横隔板采用变高度实心矩形断面，由外侧1.836m渐变至跨中高度2.5m（含桥面板厚度），其中斜拉索锚固横梁厚度为30cm，非锚固横梁厚度为25cm。主梁采取下承式挂篮挂索悬浇施工。
二、钢锚箱的定位精度要求
为确保斜拉桥的内力分布与成桥线形接近理想的设计状态，以有效提高斜拉桥的使用寿命，根据有关工程测量规范的要求，索导管的定位精度高达±5mm，即索导管的锚固端中心与出口中心的三维坐标偏差均不得超过±5mm。
三、钢锚箱定位方案
综合考虑钢锚箱的设计参数、现场、桥型、仪器配备等实际情况，
图1 钢锚箱立面图
拟定了以下定位方案：
如图1所示：通过计算在索导管的锚固端上边缘外侧准确找出锚固端中心点O的正投影点A，作为锚固端的控制测量点。同时自制一个与索导管外径同样大小的木盖板直接盖到索导管的出口，其 中心点B作为索导管出口的一个测量控制点。由设计图纸所给的锚固端中心O点的坐标、以及索导管轴线的纵向倾角和横向偏角，分别推算出A点、B点的大地坐标，充分利用GPS和水准仪的三维坐标测量功能测出该两点坐标，并指挥现场人员进行调整，直到三维坐标偏差均小于±5mm为止并进行加固。待绑扎完钢筋再进行复测，并精确调整，之后即可浇注混凝土。
四、梁体变形对钢锚箱、索导管定位精度的影响及施工测量中的处理方案
1、假设梁体与索导管协调变形的理论计算法
斜拉索张拉、拆除现浇段支架后，在梁体变形（整体绕索塔轴线向下转动）过程中，假设钢锚箱与索导管完全随同梁体协调变形，通过施工控制图所给主梁立模高程与设计成桥高程的差值以及对梁体变形的客观分析计算索导管在定位时的调整值。
①梁体变形的客观理论分析：
在以上假定的基础上通过分析，高程的变化对锚固端中心在横桥向的位置没有影响，而对其顺桥向位置的影响由于高程的变化值远远小于锚固端中心到索塔的距离，所以锚固端高程的变化对其顺桥向位置的影响也甚微，在索导管测量定位中可以忽略不计。只研究梁体高程的变化对索导管出口产生的影响（进而研究对斜拉索轴线的竖向倾角与横向偏角的影响），而索导管出口在横桥向位置的变化也甚微，同样可忽略不计。此时我们集中精力研究对索导管出口中心的高程与
横桥向位置的影响。
A.索导管锚固端中心的定位高程
H´=H+△h
△h=△h1+△h2
H´为索导管锚固端中心的定位高程；
H为索导管锚固端中心的设计高程；
△h为索导管锚固端中心的高程调整值；
△h1为模板预压沉降反弹情况的统计值 ；
△h2为梁体立模高程与设计高程的差值预计（变形值）。
B.对索导管出口中心高程的影响
Ⅰ.断面高程变化的三角正比计算法
通过对梁体变形的观测发现：梁体当前施工段挂索张拉后变形值基本上与施工控制图所提供的变形值相同，所以在钢锚箱施工控制中理论计算索导管的预偏值时采用了以施工控制图变形值为依据的相对三角正比计算法，如下：
△Si=△L´*[(Hm-Hx)/(Lm-Lx)]
Si——本施工段及以后各施工段挂索张拉后梁体变形过程中本施工段索导管出口与锚固端高程变形差；
L´——钢锚箱锚固端中心与索导管出口中心的桩号差；
Hm——锚固端中心梁体的变形值；
Hx——本施工段与钢锚箱锚固端所在断面相邻高程控制断面的高程变形值；
Lm——钢锚箱锚固端中心所在断面的桩号；
Lx——本施工段与钢锚箱锚固端中心所在断面相邻的高程控制断面的桩号。
其中：△L´=L*COS（β）(水平角的变化甚微)
L——为索导管长度与锚垫板厚度以及盖板厚度之和；
β——为斜拉索设计水平角。
Ⅱ.最终计算高程调整值
S1=∑△Si
S——为理论计算的最终索导管出口中心与锚固端中心的高程变形差；
Si——分别为本施工段及以后各施工段挂索张拉后本施工段索导管出口中心相对于锚固端中心的高程变形差。
②索导管高程的实际变形监测法
在实际的变形中，钢锚箱与混凝土并非完全协调变形，鉴于此，我们对理论计算的结果通过现场变形监测进行修正，如图2所示：待钢锚箱精确调整定位完毕，在钢锚箱锚固端中心正上方索导管外侧的正投影点A上焊一根Φ12的钢筋并伸到现浇梁的梁顶外侧，于其外侧套一根塑料管，同时在索导管出口上外侧最高点焊一根小钢筋头，分别作为索导管锚固端中心与出口中心的高程变化监测点。观测两监测点测量定位后与后续各施工段挂索张拉并在梁体变形稳定后的高差值，同时测出本施工段梁体与两监测。
温度变形值，并对以上高程测量结果进行统计分析，且与施工控制图所提供的各阶段变形值对比，总结推出索导管调整误差值，作为下一施工段索导管定位时的理论计算结果的修正值S2。
③索导管出口最终调整值
A.高程调整值
S=S1+S2
其中：S1始终为正；
S2可能为正、也可能为负。
B.顺桥向位置调整值
△L=L*cos(α)-L*cos(arcsin((L*sin(α)-S)/L))
C.索导管出口中心最终坐标（相对于锚固端中心）
XB=XO±L*cos(arcsin((L*sin(α)-S)/L))
YB=YO±L*cos(arcsin((L*sin(α)-S)/L))*tag(β)
ZB=ZO±L*sin(arcsin((L*sin(α)-S)/L))
通过以上在索导管锚固端高程调整后对索导管出口高程与顺桥向位置的预调，待全桥合拢，梁体变形稳定后，索导管出口能基本上与设计位置吻合，有效保证了索导管的定位精度。其最大误差仅为12mm，而且90%的索导管三维坐标都能保证在±5mm以内，不仅完全满足施工要求，而且从根本上控制了斜拉索的索面线形，为斜拉桥的施工质量提供了可靠的保证。
参考文献：
1.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041—2000）
2.《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）
3.《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）
斜拉桥主梁钢锚箱定位测量与精度分析
The main girders steel anchor box of cable-stayed bridge
measurement and precision analysis. Location
作者：曹善庆 单位：山东省公路桥梁建设有限公司
The author：shanqingcao The company: Shandong province highway bridge construction Co., LTD
摘要：斜拉桥混凝土主梁庞大的重量都是通过斜拉索与钢锚箱将力传递到索塔上，作为传力载体和对斜拉索线型起控制作用的钢锚箱的定位精度将成为直接影响斜拉桥的内力分布、成桥线型的重要因素。如何有效的考虑这些不利的影响因素成为保证斜拉桥梁上钢锚箱定位精度的关键所在。
Abstract: the weight of the girder cable-stayed bridge concrete is through huge stay cabls and steel anchor box transfer power to cable tower force transmission, as of stay-cables carrier and control action of linear up steel anchor box positioning accuracy of cable-stayed bridge will be directly affect the internal force distribution, the important factors bridge line. How to effectively consider these disadvantageous influence factors are the guarantee of anchor box bridge MTR position precision procured key.
关键词：斜拉桥 主梁钢锚箱 定位测量 精度分析
Keywords: cable-stayed bridge the main girders steel anchor box positioning measuring precision analysis
斜拉桥混凝土主梁庞大的重量都是通过斜拉索与钢锚箱将力传递到索塔上，作为传力载体和对斜拉索线型起控制作用的钢锚箱的定位精度将成为直接影响斜拉桥的内力分布、成桥线型的重要因素，而在主梁施工控制图中对梁体高程进行了上调，挂索张拉后落梁，这样落梁过程中索导管必然要发生偏位，从而给主梁钢锚箱定位带来很大的难度，所以如何有效的考虑这些不利的影响因素成为保证斜拉桥梁上钢锚箱定位精度的关键所在。
一、工程概况
本斜拉桥主桥为88+200+88m双塔双索面斜拉桥。主桥结构体系为支承体系（即半漂浮体系），塔墩固结，主梁在桥塔及共用墩处设竖向支承，并在桥塔与主梁之间设置横向与纵向限位装置。
主梁采用双边肋断面。主梁横向宽度为26.9m（含锚索区），梁中心高度为2.1m（边跨现浇梁段中心高度为2.877m），主梁高跨比为1/95.2，标准梁段桥面板厚度为25cm；顺桥向每隔4m间距设置一道横隔板，横隔板采用变高度实心矩形断面，由外侧1.836m渐变至跨中高度2.5m（含桥面板厚度），其中斜拉索锚固横梁厚度为30cm，非锚固横梁厚度为25cm。主梁采取下承式挂篮挂索悬浇施工。
二、钢锚箱的定位精度要求
为确保斜拉桥的内力分布与成桥线形接近理想的设计状态，以有效提高斜拉桥的使用寿命，根据有关工程测量规范的要求，索导管的定位精度高达±5mm，即索导管的锚固端中心与出口中心的三维坐标偏差均不得超过±5mm。
三、钢锚箱定位方案
综合考虑钢锚箱的设计参数、现场、桥型、仪器配备等实际情况，
图1 钢锚箱立面图
拟定了以下定位方案：
如图1所示：通过计算在索导管的锚固端上边缘外侧准确找出锚固端中心点O的正投影点A，作为锚固端的控制测量点。同时自制一个与索导管外径同样大小的木盖板直接盖到索导管的出口，其 中心点B作为索导管出口的一个测量控制点。由设计图纸所给的锚固端中心O点的坐标、以及索导管轴线的纵向倾角和横向偏角，分别推算出A点、B点的大地坐标，充分利用GPS和水准仪的三维坐标测量功能测出该两点坐标，并指挥现场人员进行调整，直到三维坐标偏差均小于±5mm为止并进行加固。待绑扎完钢筋再进行复测，并精确调整，之后即可浇注混凝土。
四、梁体变形对钢锚箱、索导管定位精度的影响及施工测量中的处理方案
1、假设梁体与索导管协调变形的理论计算法
斜拉索张拉、拆除现浇段支架后，在梁体变形（整体绕索塔轴线向下转动）过程中，假设钢锚箱与索导管完全随同梁体协调变形，通过施工控制图所给主梁立模高程与设计成桥高程的差值以及对梁体变形的客观分析计算索导管在定位时的调整值。
①梁体变形的客观理论分析：
在以上假定的基础上通过分析，高程的变化对锚固端中心在横桥向的位置没有影响，而对其顺桥向位置的影响由于高程的变化值远远小于锚固端中心到索塔的距离，所以锚固端高程的变化对其顺桥向位置的影响也甚微，在索导管测量定位中可以忽略不计。只研究梁体高程的变化对索导管出口产生的影响（进而研究对斜拉索轴线的竖向倾角与横向偏角的影响），而索导管出口在横桥向位置的变化也甚微，同样可忽略不计。此时我们集中精力研究对索导管出口中心的高程与
横桥向位置的影响。
A.索导管锚固端中心的定位高程
H´=H+△h
△h=△h1+△h2
H´为索导管锚固端中心的定位高程；
H为索导管锚固端中心的设计高程；
△h为索导管锚固端中心的高程调整值；
△h1为模板预压沉降反弹情况的统计值 ；
△h2为梁体立模高程与设计高程的差值预计（变形值）。
B.对索导管出口中心高程的影响
Ⅰ.断面高程变化的三角正比计算法
通过对梁体变形的观测发现：梁体当前施工段挂索张拉后变形值基本上与施工控制图所提供的变形值相同，所以在钢锚箱施工控制中理论计算索导管的预偏值时采用了以施工控制图变形值为依据的相对三角正比计算法，如下：
△Si=△L´*[(Hm-Hx)/(Lm-Lx)]
Si——本施工段及以后各施工段挂索张拉后梁体变形过程中本施工段索导管出口与锚固端高程变形差；
L´——钢锚箱锚固端中心与索导管出口中心的桩号差；
Hm——锚固端中心梁体的变形值；
Hx——本施工段与钢锚箱锚固端所在断面相邻高程控制断面的高程变形值；
Lm——钢锚箱锚固端中心所在断面的桩号；
Lx——本施工段与钢锚箱锚固端中心所在断面相邻的高程控制断面的桩号。
其中：△L´=L*COS（β）(水平角的变化甚微)
L——为索导管长度与锚垫板厚度以及盖板厚度之和；
β——为斜拉索设计水平角。
Ⅱ.最终计算高程调整值
S1=∑△Si
S——为理论计算的最终索导管出口中心与锚固端中心的高程变形差；
Si——分别为本施工段及以后各施工段挂索张拉后本施工段索导管出口中心相对于锚固端中心的高程变形差。
②索导管高程的实际变形监测法
在实际的变形中，钢锚箱与混凝土并非完全协调变形，鉴于此，我们对理论计算的结果通过现场变形监测进行修正，如图2所示：待钢锚箱精确调整定位完毕，在钢锚箱锚固端中心正上方索导管外侧的正投影点A上焊一根Φ12的钢筋并伸到现浇梁的梁顶外侧，于其外侧套一根塑料管，同时在索导管出口上外侧最高点焊一根小钢筋头，分别作为索导管锚固端中心与出口中心的高程变化监测点。观测两监测点测量定位后与后续各施工段挂索张拉并在梁体变形稳定后的高差值，同时测出本施工段梁体与两监测。
温度变形值，并对以上高程测量结果进行统计分析，且与施工控制图所提供的各阶段变形值对比，总结推出索导管调整误差值，作为下一施工段索导管定位时的理论计算结果的修正值S2。
③索导管出口最终调整值
A.高程调整值
S=S1+S2
其中：S1始终为正；
S2可能为正、也可能为负。
B.顺桥向位置调整值
△L=L*cos(α)-L*cos(arcsin((L*sin(α)-S)/L))
C.索导管出口中心最终坐标（相对于锚固端中心）
XB=XO±L*cos(arcsin((L*sin(α)-S)/L))
YB=YO±L*cos(arcsin((L*sin(α)-S)/L))*tag(β)
ZB=ZO±L*sin(arcsin((L*sin(α)-S)/L))
通过以上在索导管锚固端高程调整后对索导管出口高程与顺桥向位置的预调，待全桥合拢，梁体变形稳定后，索导管出口能基本上与设计位置吻合，有效保证了索导管的定位精度。其最大误差仅为12mm，而且90%的索导管三维坐标都能保证在±5mm以内，不仅完全满足施工要求，而且从根本上控制了斜拉索的索面线形，为斜拉桥的施工质量提供了可靠的保证。
参考文献：
1.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041—2000）
2.《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）
3.《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）