鋼管混凝土拱橋轉(zhuǎn)體施工控制研究

劉 明

（貴州橋梁建設(shè)集團有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001）

管混凝土拱橋已經(jīng)在我們國家成熟的發(fā)展了20多年，其中轉(zhuǎn)體施工技術(shù)辦法在各種大型橋梁當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用。像一些豎轉(zhuǎn)施工方法都十分典型，如我們國家三峽蓮沱大橋、廣西桂江三橋、徐州運河提籃拱橋等等就是利用了這種狀態(tài)施工技術(shù)進行很好的施工。

1 施工監(jiān)控方案

1.1 監(jiān)控內(nèi)容

轉(zhuǎn)體施工階段具體的監(jiān)控內(nèi)容包含以下兩個大方面和四個方面的主要監(jiān)控內(nèi)容，兩大方面是：1）通過MIDAS／Civil軟件按施工全過程計算拱肋的線形和應(yīng)力；2）復(fù)核主拱肋在轉(zhuǎn)體過程中的各拱肋控制截面的坐標(biāo)和應(yīng)力；而四大主要監(jiān)控內(nèi)容包括：1）鋼管索塔頂部位移；2）鋼管索塔底部的應(yīng)力；3）拱肋控制截面線形；4）拱肋控制截面應(yīng)力［1］。

為了讓鋼管砼拱橋在轉(zhuǎn)體施工過程中讓索塔位于一個穩(wěn)定形態(tài)，并且要讓整個橋在成型后，各種線型觀測點誤差控制都要在合理的規(guī)定范圍內(nèi)。因此要按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定，結(jié)合測試儀器精密度給出相關(guān)的控制精密度，并按照此控制精度進行轉(zhuǎn)體施工規(guī)范的打造［2］。

1.2 監(jiān)控方法

采用的監(jiān)控方法要根據(jù)拱橋的實際狀況進行分析，一般來說要采用的思路就是通過施工工程反饋的數(shù)據(jù)，不斷的調(diào)整跟蹤分析參數(shù)。然后用來分析計算施工過程。通過多次的調(diào)參以后，達(dá)到理論和實際工程吻合的數(shù)據(jù)，從而就可以達(dá)到線形為主，內(nèi)力為輔的雙控目的，基本具體步驟如下：

首先，要將設(shè)計的橋梁作為一個理想狀態(tài)，按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計參數(shù)確定每個橋體階段應(yīng)該達(dá)到的分解目標(biāo)，并且要打造整個過程的分析工作程序。

其次，要根據(jù)各個分解的目標(biāo)進行施工，當(dāng)建立目標(biāo)完成以后，要測量實際進行和應(yīng)力數(shù)據(jù)［3］。

再次，要根據(jù)捕捉到的數(shù)據(jù)進行有效分析，有目的調(diào)整各個項目設(shè)計參數(shù)，將調(diào)參以后的數(shù)據(jù)規(guī)劃到施工目標(biāo)當(dāng)中，建立新的跟蹤分析體系。

通常一個橋體轉(zhuǎn)體施工控制過程分為基本以下幾個步驟從施工、測量、識別、修正、預(yù)告，通過這寫環(huán)節(jié)的循環(huán)往復(fù)可以達(dá)到很好的測試跟蹤目的。并將計算結(jié)果和實際結(jié)果進行對比分析可以有效的發(fā)現(xiàn)誤差，并將一些應(yīng)力、材料彈性、溫度場進行現(xiàn)場實際測量對比，確定發(fā)生的原因在打造相關(guān)措施，因為施工的調(diào)整要進行提供了良好的助力［4］。

2 施工監(jiān)控測點布設(shè)

對于線形監(jiān)測，主要測量施工階段控制斷面坐標(biāo)來把控線形，當(dāng)主拱轉(zhuǎn)體合并以后，就可以進行全橋線形測量，基本包含三個測量環(huán)節(jié)。

第一，高程測量，通過全新的全站水準(zhǔn)測量儀進行高程控制網(wǎng)的打造，將各個控制基點設(shè)置在拼裝現(xiàn)場，然后由大橋測量控制網(wǎng)的基準(zhǔn)點高層。為了保證數(shù)據(jù)真實有效，要每隔一段時間就對這些基準(zhǔn)點進行復(fù)查復(fù)檢［5］。

第二，軸線偏位測量，根據(jù)架設(shè)在現(xiàn)場的設(shè)備，主要利用坐標(biāo)法進行空間位置測量。通?？梢杂脙x器架設(shè)在基準(zhǔn)點上，然后通過監(jiān)視一個基準(zhǔn)點觀察縱軸特點，通過對比實測與設(shè)計同軸線數(shù)據(jù)，可以比較得到一個軸線偏位。

第三，索塔塔頂位移測量，通常在鎖塔安裝拉伸過程中，采用坐標(biāo)法進行控制點的控件坐標(biāo)測量。可以在儀器上加設(shè)一個已知基準(zhǔn)點，然后對比另一個基準(zhǔn)點觀測塔頂基準(zhǔn)點，通過實際和觀測坐標(biāo)對比計算頂位移狀況。

3 施工預(yù)拱度計算

一般的平轉(zhuǎn)法施工橋梁由于在轉(zhuǎn)體結(jié)束后線形調(diào)整較困難，為了使最終成橋狀態(tài)時達(dá)到設(shè)計的線形，必須從拱肋合龍階段開始考慮預(yù)拱度的影響。

可以將施工過程劃分為多個施工階段。采用MIDAS／Civil建立了三維有限元模型，進行了施工階段的數(shù)值模擬。然后確定各主要施工階段鋼管混凝土拱肋的位移［6］。

然后根據(jù)《鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定：拱肋預(yù)拱度的設(shè)置應(yīng)取橋梁施工階段撓度＋1／2汽車荷載撓度＋徐變撓度。

最后，假設(shè)施工階段跨中撓度最大值位于跨中處，最大位移為－0.031m；徐變產(chǎn)生的位移最大值位于跨中處，位移最大值為－0.019m；汽車荷載作用下位移最大值位于距跨中10m 處，位移最大值為－0.010m。最后將實際計算各撓度按照規(guī)定進行疊加計算后得到的計算預(yù)拱度曲線如圖3所示。預(yù)拱度最大值位于距跨中10m處，最大預(yù)拱度為0.052m。

由圖4(a)可知，當(dāng)τ

4 轉(zhuǎn)體的平衡稱重方案

為了更準(zhǔn)確地獲得系統(tǒng)的實際重量分布，保證回轉(zhuǎn)體的順利、平穩(wěn)運行，還需要通過平衡稱重試驗對理論計算結(jié)果進行檢驗［7］。

通常要對鋼管混凝土拱橋在橋梁結(jié)構(gòu)安排，也由于存在不對稱的設(shè)計，具體的過程會導(dǎo)致橫向分布差異和后壁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉的差別，將不可避免地導(dǎo)致偏移重心的結(jié)構(gòu)，所以需要更精確地測量旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)不平衡力矩，依照實際狀況打造稱重方案［8］。

對于球鉸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的稱重方案，一般假定旋轉(zhuǎn)體的上板及以上結(jié)構(gòu)為剛體。

剛體繞球鉸中心沿縱軸方向轉(zhuǎn)動。通過在吊板底部施加轉(zhuǎn)動力矩，記錄轉(zhuǎn)動力矩在相應(yīng)位置引起的位移。開始時，位移值緩慢而均勻地增加。當(dāng)轉(zhuǎn)動體在轉(zhuǎn)動力矩、不平衡力矩和靜摩擦阻力矩的共同作用下正處于臨界平衡狀態(tài)時，位移會發(fā)生突變。通過對試驗中測得的舉升力和位移數(shù)據(jù)進行稱重，繪制出力－位移曲線，從而確定曲線拐點的位置。與拐點相對應(yīng)的力的大小就是臨界力，通過改變升力和位移測量點的位置，可以得到多個測試結(jié)果［9］。

假設(shè)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)鋼管混凝土拱橋采用平面鉸鏈，也就是說，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)沒有球鉸鏈，因為沒有球鉸鏈之間的上、下盤，平衡重的計劃不同于球鉸鏈旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

在稱重過程中，應(yīng)使用環(huán)上的安全墩作為樞軸點，而不是球鉸中心。由于在平衡稱重時，沒有球鉸的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)需要支撐整個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，因此需要提供足夠的舉升力，并對旋轉(zhuǎn)支點施加較大的彎矩效應(yīng)。僅在上下旋轉(zhuǎn)板之間施加力的方法很難實現(xiàn)。在鋼管混凝土拱橋的平衡在稱重過程之前，我們在第一次嘗試類似的球鉸鏈的重負(fù)荷將承壓系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)頂推力超過范圍，也沒有看到應(yīng)變傳感器讀數(shù)顯得更大的突變，最后重計劃以失敗告終，這證實了沒有球關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)需要提供足夠的彎矩完成稱重。我們將考慮加載位置的拱肋懸臂端，所以，當(dāng)相同的力，在加載的過程中可以保證提供更大的扭矩，活躍時不平衡彎矩是略高于臨界彎矩的價值，另一方面保險碼頭位置位移發(fā)生突變，載荷和位移曲線的繪制是一個明顯的轉(zhuǎn)折點，可以計算不平衡力矩的轉(zhuǎn)折點［10］。

那么，可以假設(shè)的平衡稱重方案為：

1）由于橋墩與環(huán)的距離4cm左右，考慮提前將位移傳感器安裝在靠近橋墩的位置，將千斤頂和壓力傳感器安裝在拱肋懸臂端托架上；2）調(diào)整兩個點的初始狀態(tài)，并記錄傳感器的初始數(shù)據(jù)；3）隨著兩個頂?shù)募恿?，要觀察傳感器數(shù)值變化大小，如果數(shù)值增量小的話，就要繼續(xù)加力。當(dāng)出現(xiàn)突變以及傳動系統(tǒng)被支撐起來，并且十分明顯就可以記錄自己的傳感器讀數(shù)［11］；4）當(dāng)懸臂端位置已經(jīng)選好以后，就要對轉(zhuǎn)動體系進行多次頂升試驗；5）畫出P－Δ曲線；6）最終就可以偏心距和不平衡矩，然后最終確定配重。

5 結(jié)語

本文主要闡述了鋼管混凝土拱橋在轉(zhuǎn)體施工當(dāng)中應(yīng)該包含的基本監(jiān)控內(nèi)容，并指出要對塔頂、塔底應(yīng)力等進行監(jiān)測，然后指出要通過有限元數(shù)據(jù)分析軟件進行預(yù)拱度計算，得到相關(guān)的預(yù)拱度模型圖，并根據(jù)實際需求采用預(yù)拱度值大于理論值的計算值。其次，指明在進行正式轉(zhuǎn)體施工之前，要進行平衡稱重，鋼管混凝土拱橋可以采用平面轉(zhuǎn)鉸結(jié)構(gòu)，通過平衡稱重的方法將稱重過程需要對比出的變換負(fù)載位置進行計算，然后分別列舉平面和球面不同的稱重方案，給出相應(yīng)的偏心距、不可平衡力矩、配重量計算。并通過進行監(jiān)測結(jié)果，可以很好的說明設(shè)計值和實際值的誤差，看是否需要及時調(diào)整，然后分析各個應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果，如果符合計算結(jié)果就不需要調(diào)整，如此循環(huán)往復(fù)，能夠進行良好的轉(zhuǎn)體施工控制。