虛擬調索法在鋼筋混凝土系桿拱橋施工中應用

高艷秋 程鋒磊

(1．同濟大學橋梁與隧道工程系，上海 200092;2．中交隧道局第五工程公司，天津 300011)

1 背景介紹

某橋為一老橋下游5 m處的新建右幅橋梁，新、老橋分離布置。右幅新建橋梁橫斷面布置為:0．5 m(護欄)+11．50 m(機動車道)+5 m(非機動車道)+2．5 m(人行道)，全寬19．5 m。

右幅新建橋梁結構形式為下承式鋼筋混凝土簡支系桿拱橋，橋臺基礎為鉆孔灌注樁。拱肋的理論計算跨徑為80 m，計算矢高16 m，矢跨比1/5，理論拱軸線為二次拋物線。橋面結構采用縱橫梁體系，整體橋面板，以提高結構的整體剛度。

根據設計要求，橋梁拱肋、風撐、系梁、中、端橫梁、橋面板均為支架現澆。本橋按先梁后拱的方法施工，施工流程為:搭設支架、現澆系梁及橫梁、澆筑拱肋及風撐、安裝吊桿、吊桿第一輪張拉、澆筑橋面板、吊桿第二輪張拉、拆除臨時支架、成橋。

右幅新建橋梁(以下簡稱某橋)立面布置示意圖見圖1。

2 問題的產生

本橋在施工中，采用橋梁博士和Midas建立模型，進行兩輪調索，得到較好的線形和應力結果，符合設計與施工要求，然后將其計算的結果應用于施工中，對每個施工工況都進行實時監控分析，以期得到較好的控制結果。

圖1 某橋立面圖

然而第一輪吊桿張拉后，吊桿索力的實測值與理論值差距較大，第一輪吊桿張拉前后系梁變形的實測值與理論值也有較大出入，如果我們按照模型計算的結果，繼續進行第二次張拉，誤差積累會越來越大，最終會出現嚴重的質量問題。出現與模型計算不符是正常現象，施工中的誤差是不可避免的，一般情況我們都會用經驗，將索力調整到允許范圍內，但這種方法費時費力，也有可能總也滿足不了要求。表1，表2是在第一輪吊桿索力張拉后出現的情況，根據有關資料，實測值采用的邊界條件為兩端固結并考慮截面剛度，對比情況如表1，表2所示。

表1 第一輪吊桿索力實測值與理論值對比

表2 第一輪吊桿張拉前后老橋側系梁變形的實測值與理論值對比 cm

從表2中我們可以看出，第一輪索力張拉后實測值與理論值相差很大，系梁的變形值差距也很大，對于這種情況，我們采用經驗調索就很難達到要求，即便能夠實現我們要求的結果，也會費時費力。針對這種情況，我們就需要提出一種可行的系統的辦法，讓我們在施工中能夠輕松而準確的達到我們想要的結果。

3 虛擬調索法的應用與結果對比分析

經過多次分析研究，針對現場經驗調索的局限性，我們提出了“虛擬調索法”的概念，即在模型中進行現場施工模擬，得到與現場實測索力值相接近的一個范圍，在此基礎上再進行二次調索，通過索力優化得到理想的線形和應力狀態，然后將在模型中得到的索力值實施于現場，進行第二輪張拉，這樣我們就節省了大量人力物力，而且還能解決問題。在這個過程中我們要進行實時監測，保證應力和位移在允許的范圍內。

表3 虛擬調索法得到的施工橋面板后的索力值與實測值的對比

表3～表7是我們在進行了虛擬調索法，二次調索后得到的一些數據。表3為虛擬調索法得到的施工橋面板后的索力值與實測值的對比，表4為虛擬調索法得到的第二輪張拉的索力值，表5為二輪張拉后吊桿索力的實測值與理論值的對比，表6為二期鋪裝后吊桿索力的實測值與理論值的對比，表7為第二輪吊桿張拉前后老橋側拱肋變形的實測值與理論值對比。

表4 虛擬調索法得到的第二輪張拉的索力值 kN

表5 第二輪張拉后吊桿索力的實測值與理論值的對比

表6 二期鋪裝后吊桿索力的實測值與理論值的對比

表7 第二輪吊桿張拉前后老橋側拱肋變形的實測值與理論值對比 cm

從表3～表7可以看出，通過虛擬調索法，吊桿索力在后續的施工過程如吊桿二輪張拉、二期鋪裝后都有了較大的改善，和理論值的差距基本都控制在容許的范圍之內，不排除極個別的有些出入。與此同時，二輪張拉后拱肋實測變形與理論變形的趨勢也較為一致。總之，該橋成橋狀態下的位移、應力和索力均控制的較好，虛擬調索法對于本橋的施工控制來說是切實可行的。

4 結語

在本橋的施工中我們采用虛擬調索法解決了吊桿張拉后與理論不符的問題，由此我們得到了一些經驗。

1)虛擬調索法是在出現實測值與理論值相差甚遠的情況下，模擬現場情況進行二次調索達到理論值要求的方法，通過理論計算分析以及施工過程的跟蹤監測，我們對索力及梁、拱的變形值與理論值進行了多次比較，兩者非常接近，說明成橋后結構的應力狀態和線形達到了理想狀態，我們采取的虛擬調索法是成功的。2)虛擬調索法在此橋上的成功應用可以為其他類似系桿拱橋的施工提供一定的借鑒，但是此法要保證實時監測的準確性與有效性，對于施工過程監控要求非常高，仍需要在理論和實踐上對其進行更深層的研究，以形成一種系統的具有科學理論依據的切實可行的方法，使之更好地應用于實踐。

［1］范立礎．橋梁工程(下冊)［M］．北京:人民交通出版社，1996．

［2］凌知民，楊沈紅，沈炯偉．吊桿索力的計算方法與應用研究［D］．石家莊:石家莊鐵道學院土木工程分院，2011．