鋼管混凝土系桿拱橋施工監(jiān)控分析

徐 秀 成

(天津城建設(shè)計院有限公司，天津 300000)

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鋼管混凝土系桿拱橋施工監(jiān)控分析

徐 秀 成

(天津城建設(shè)計院有限公司，天津 300000)

結(jié)合某跨徑96 m鋼管混凝土系桿拱橋工程實例，介紹了系桿拱橋的主要施工過程，并從拱肋與系梁的變形、拱腳水平位移、拱肋與系梁的應(yīng)力以及吊桿的內(nèi)力等方面，進(jìn)行了施工監(jiān)測設(shè)計，可為同類橋梁的施工監(jiān)控過程提供參考。

系桿拱橋，施工監(jiān)控，拱肋，吊桿，變形監(jiān)測

1 工程概況

某鐵路鋼管混凝土系桿拱橋，梁全長100 m，計算跨徑為96 m。該橋拱肋平面內(nèi)矢高19.2 m，采用懸鏈線線型。拱肋橫截面采用啞鈴形鋼管混凝土截面，截面高度3.0 m，等高布置，鋼管直徑為1 m，由16 mm厚的鋼板卷制而成，鋼管內(nèi)填充微膨脹混凝土。系梁為單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，箱寬17.1 m，高2.5 m。系梁內(nèi)設(shè)16根19-7φ5鋼絞線系桿，錨固在系梁梁端。如圖1所示，該橋吊桿布置采用尼爾森體系，吊桿間距為8 m，采用127根φ7高強(qiáng)低松弛平行鋼絲束。

該系桿拱橋采用先拱后梁的施工方法，靠拱腳段拱肋在系梁上搭設(shè)支架安裝，中間大節(jié)段拱肋采用吊裝方法施工。拱肋鋼管混凝土灌注后，在拱肋上懸掛模板，分段現(xiàn)澆各節(jié)段系梁混凝土。

2 主要施工過程

1)主孔基礎(chǔ)及墩身的施工，施工支架基礎(chǔ)搭設(shè)支架并預(yù)壓，現(xiàn)澆拱腳及節(jié)段1、節(jié)段1′系梁節(jié)段混凝土。

2)在現(xiàn)澆系梁上搭設(shè)支架，預(yù)拼拱肋鋼管(空間)，根據(jù)需要加設(shè)臨時定位撐(見圖2)。

3)鋼管拼裝焊接完畢后安裝部分系桿并進(jìn)行張拉，依次泵送拱肋上管管內(nèi)混凝土、拱肋下管管內(nèi)混凝土、拱肋腹板板內(nèi)混凝土(見圖3)。

4)張拉系梁1,1′節(jié)段內(nèi)的部分橫向預(yù)應(yīng)力束并灌漿，安裝2,2′吊桿并進(jìn)行張拉，拆除系梁支架(見圖4)。

5)張拉2號及11號系桿，對稱安裝系梁掛籃，澆筑節(jié)段2、節(jié)段2′混凝土，安裝3號、3′號、4號、4′號吊桿并進(jìn)行張拉，按照張拉系桿澆筑混凝土安裝吊桿的順序依次進(jìn)行后續(xù)施工，直至中跨合龍(見圖5)。

6)張拉1，1′吊桿，對稱張拉系梁的頂板和底板束，拆除墩梁臨時固結(jié)措施，復(fù)查吊桿索力并調(diào)整至設(shè)計值，分批對稱張拉系梁內(nèi)全部剩余預(yù)應(yīng)力索達(dá)到設(shè)計索力并張拉剩余橫向索。

7)安裝橋面二期恒載，復(fù)查吊桿索力并調(diào)整到設(shè)計值。

3 施工監(jiān)控設(shè)計

3.1 施工監(jiān)控計算模型

結(jié)構(gòu)計算利用橋梁博士3.1.0程序進(jìn)行。參考設(shè)計提供的施工過程，全橋總體模型共建立主梁單元50個，拱肋單元48個，吊桿單元20個，全模型總計單元155個，節(jié)點(diǎn)142個。結(jié)構(gòu)計算模型如圖6所示。

3.2 拱肋與系梁變形監(jiān)測

根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，確定拱肋和系梁變形狀態(tài)監(jiān)測位置布置在拱肋的拱腳、拱頂及各吊桿錨點(diǎn)位置，其中系梁布置40個測點(diǎn)，拱肋布置28個測點(diǎn)，如圖7所示。

在各個施工工況結(jié)束后，進(jìn)行拱肋空間位移的監(jiān)測，為盡可能減少溫度的影響，測量宜安排在凌晨日出之前，采用全站儀測量。測量方法是在兩岸設(shè)置固定觀測站，用全站儀按4測回觀測法觀測拱肋各控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，根據(jù)所測定的坐標(biāo)來計算拱肋各控制測點(diǎn)的空間位移變化。

3.3 拱腳水平位移監(jiān)測

對采用先拱后梁方法施工的系桿拱橋，由于在施工過程中需對系桿進(jìn)行多次張拉以盡可能平衡拱腳不斷增加的水平推力，但拱腳水平力不可能完全抵消(水平力差)，而拱腳的水平力差會導(dǎo)致拱腳產(chǎn)生水平位移。在拱腳與橋墩臨時固結(jié)的情況下，拱腳的不平衡水平力會使橋墩參與受力。如實測水平位移偏離理論值較大，應(yīng)暫停施工以查明原因，因此施工過程中要加強(qiáng)對拱腳水平位移的監(jiān)測。拱腳水平位移的測點(diǎn)布置如圖8所示。

3.4 拱肋系梁應(yīng)變監(jiān)測

通過對結(jié)構(gòu)構(gòu)件在各施工工況的關(guān)鍵截面應(yīng)力變化情況進(jìn)行監(jiān)測，并與監(jiān)控計算模型的理論數(shù)值對比分析，應(yīng)力測試數(shù)據(jù)偏離計算值，若出現(xiàn)偏差較大的情況，則要查明原因后再進(jìn)行施工，以保證結(jié)構(gòu)的安全可靠。

應(yīng)力狀態(tài)的測試采用智能溫度型數(shù)碼應(yīng)變計。根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，監(jiān)測位置布置在拱肋的拱腳、四分點(diǎn)和拱頂截面。應(yīng)力狀態(tài)的測試時間在全天分時段進(jìn)行，通過設(shè)定測試的間隔時間隨時控制截面的應(yīng)力狀態(tài)，以確保結(jié)構(gòu)的安全。拱肋系梁應(yīng)變測點(diǎn)設(shè)置見圖9。

3.5 吊桿內(nèi)力監(jiān)測

吊桿是拱橋的關(guān)鍵構(gòu)件，成橋吊桿力是決定系桿拱橋內(nèi)力及最終線形的關(guān)鍵因素，保證成橋吊桿力的準(zhǔn)確對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)線形以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要意義。在本橋的施工控制中對吊桿力在各主要工況進(jìn)行跟蹤測量，并與理論計算結(jié)果進(jìn)行對比以作校核。

目前吊桿內(nèi)力的測試方法有多種，但最方便實用的則是振動法，采用專用的夾具將加速度計固定在吊桿上，以測定吊桿的振動。

4 結(jié)語

施工控制的目的就是通過在施工過程中對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，評估各主要施工階段結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的變形及材料特性變化狀態(tài)是否符合設(shè)計要求，判斷施工過程是否安全，結(jié)構(gòu)是否正常工作；而當(dāng)出現(xiàn)較大誤差時，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行誤差分析，對后續(xù)進(jìn)行的施工方案進(jìn)行合理安排，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)施工過程安全可靠，成橋時最大可能地接近設(shè)計狀態(tài)。

綜合分析實測的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)與理論計算結(jié)果基本一致，說明結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)滿足設(shè)計要求，主橋的結(jié)構(gòu)是安全的，達(dá)到了施工監(jiān)控的目的。

[1] 徐曉和,陳小強(qiáng).大跨度鋼管混凝土系桿拱橋施工監(jiān)控[J].鐵道建筑,2009(10):22-23.

[2] 向木生,杜國東.鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)測與控制技術(shù)[J].工程力學(xué),2001(A03):809-814.

[3] 王 君,楊振偉,王高彥.高速鐵路大跨鋼管混凝土提籃式拱橋施工監(jiān)控[J].橋梁建設(shè),2011(6):82-88.

On construction monitoring of steel pipe concrete tied-arched bridges

Xu Xiucheng

(TianjinUrbanConstructionDesignInstituteCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

Combining with some 96 m-span steel pipe concrete tied-arch bridge project, the paper introduces the main construction process of the tied-arch bridge project, and undertakes the construction monitoring design from the deformation of arch rib and tied-beam, horizontal displacement of arch abut, stress of arch rib and tied-beam and internal stress of the suspender, so as to provide some reference for the construction monitoring process of similar bridges.

tied-arch bridge, construction monitoring, arch rib, suspender, deformation monitoring

1009-6825(2016)20-0153-02

2016-05-09

徐秀成(1970- )，男，高級工程師

U448.225

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