虛擬調(diào)索法在鋼筋混凝土系桿拱橋施工中應(yīng)用

高艷秋 程鋒磊

(1．同濟(jì)大學(xué)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?yàn)橐焕蠘蛳掠? 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(hù)欄)+11．50 m(機(jī)動(dòng)車道)+5 m(非機(jī)動(dòng)車道)+2．5 m(人行道)，全寬19．5 m。

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

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，橋梁拱肋、風(fēng)撐、系梁、中、端橫梁、橋面板均為支架現(xiàn)澆。本橋按先梁后拱的方法施工，施工流程為:搭設(shè)支架、現(xiàn)澆系梁及橫梁、澆筑拱肋及風(fēng)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(shí)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(chǎn)生

本橋在施工中，采用橋梁博士和Midas建立模型，進(jìn)行兩輪調(diào)索，得到較好的線形和應(yīng)力結(jié)果，符合設(shè)計(jì)與施工要求，然后將其計(jì)算的結(jié)果應(yīng)用于施工中，對每個(gè)施工工況都進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析，以期得到較好的控制結(jié)果。

圖1 某橋立面圖

然而第一輪吊桿張拉后，吊桿索力的實(shí)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(shí)測值與理論值也有較大出入，如果我們按照模型計(jì)算的結(jié)果，繼續(xù)進(jìn)行第二次張拉，誤差積累會(huì)越來越大，最終會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。出現(xiàn)與模型計(jì)算不符是正?，F(xiàn)象，施工中的誤差是不可避免的，一般情況我們都會(huì)用經(jīng)驗(yàn)，將索力調(diào)整到允許范圍內(nèi)，但這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)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(xiàn)的情況，根據(jù)有關(guān)資料，實(shí)測值采用的邊界條件為兩端固結(jié)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(shí)測值與理論值對比

表2 第一輪吊桿張拉前后老橋側(cè)系梁變形的實(shí)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(shí)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(jīng)驗(yàn)調(diào)索就很難達(dá)到要求，即便能夠?qū)崿F(xiàn)我們要求的結(jié)果，也會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。針對這種情況，我們就需要提出一種可行的系統(tǒng)的辦法，讓我們在施工中能夠輕松而準(zhǔn)確的達(dá)到我們想要的結(jié)果。

3 虛擬調(diào)索法的應(yīng)用與結(jié)果對比分析

經(jīng)過多次分析研究，針對現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)調(diào)索的局限性，我們提出了“虛擬調(diào)索法”的概念，即在模型中進(jìn)行現(xiàn)場施工模擬，得到與現(xiàn)場實(shí)測索力值相接近的一個(gè)范圍，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行二次調(diào)索，通過索力優(yōu)化得到理想的線形和應(yīng)力狀態(tài)，然后將在模型中得到的索力值實(shí)施于現(xiàn)場，進(jìn)行第二輪張拉，這樣我們就節(jié)省了大量人力物力，而且還能解決問題。在這個(gè)過程中我們要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證應(yīng)力和位移在允許的范圍內(nèi)。

表3 虛擬調(diào)索法得到的施工橋面板后的索力值與實(shí)測值的對比

表3～表7是我們在進(jìn)行了虛擬調(diào)索法，二次調(diào)索后得到的一些數(shù)據(jù)。表3為虛擬調(diào)索法得到的施工橋面板后的索力值與實(shí)測值的對比，表4為虛擬調(diào)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(shí)測值與理論值的對比，表6為二期鋪裝后吊桿索力的實(shí)測值與理論值的對比，表7為第二輪吊桿張拉前后老橋側(cè)拱肋變形的實(shí)測值與理論值對比。

表4 虛擬調(diào)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(shí)測值與理論值的對比

表6 二期鋪裝后吊桿索力的實(shí)測值與理論值的對比

表7 第二輪吊桿張拉前后老橋側(cè)拱肋變形的實(shí)測值與理論值對比 cm

從表3～表7可以看出，通過虛擬調(diào)索法，吊桿索力在后續(xù)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(nèi)，不排除極個(gè)別的有些出入。與此同時(shí)，二輪張拉后拱肋實(shí)測變形與理論變形的趨勢也較為一致?？傊?，該橋成橋狀態(tài)下的位移、應(yīng)力和索力均控制的較好，虛擬調(diào)索法對于本橋的施工控制來說是切實(shí)可行的。

4 結(jié)語

在本橋的施工中我們采用虛擬調(diào)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(jīng)驗(yàn)。

1)虛擬調(diào)索法是在出現(xiàn)實(shí)測值與理論值相差甚遠(yuǎn)的情況下，模擬現(xiàn)場情況進(jìn)行二次調(diào)索達(dá)到理論值要求的方法，通過理論計(jì)算分析以及施工過程的跟蹤監(jiān)測，我們對索力及梁、拱的變形值與理論值進(jìn)行了多次比較，兩者非常接近，說明成橋后結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和線形達(dá)到了理想狀態(tài)，我們采取的虛擬調(diào)索法是成功的。2)虛擬調(diào)索法在此橋上的成功應(yīng)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(shí)時(shí)監(jiān)測的準(zhǔn)確性與有效性，對于施工過程監(jiān)控要求非常高，仍需要在理論和實(shí)踐上對其進(jìn)行更深層的研究，以形成一種系統(tǒng)的具有科學(xué)理論依據(jù)的切實(shí)可行的方法，使之更好地應(yīng)用于實(shí)踐。

［1］范立礎(chǔ)．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(jì)算方法與應(yīng)用研究［D］．石家莊:石家莊鐵道學(xué)院土木工程分院，2011．