論鋼桁架橋梁在施工過程中的監測與控制

董國華DONG Guo-hua

（中鐵十四局集團第三工程有限公司，兗州272100）

0 引言

近年來，隨著全國經濟的發展，鋼材產量和鋼材品種的增多，鋼結構已成為了我國大型結構形式的重要組成部分，特別是很多高層建筑和大跨徑橋梁都采用了鋼結構的形式。目前，鋼橋按主梁的結構形式來分，梁橋可分為板梁橋、桁架橋和箱梁橋，隨著橋梁跨徑的增大，經濟性的綜合考慮，對于公路橋來說，在較大跨徑范圍內，鋼橋一般采用桁架橋，尤其是下承式的桁架橋采用更多。

在公路級城市道路領域選用鋼桁架橋有其特殊的優越性，不僅可以適應當今快速、重載交通的需求，而且鋼桁架橋架設速度快，可以保證中斷交通的時間最短，同時也為城市和公路增添了一道特別的風景線。

橋梁施工監測與控制是橋梁施工技術的重要組成部分，縱觀國內外工程，由于施工過程中的控制不當而造成的事故屢見不鮮，考慮到鋼桁架橋梁結構的復雜性，施工方法的多樣性，因此必須采取適當的施工控制手段，才能保證結構在施工期間的安全和最終滿足設計要求。在施工過程中，如何解決鋼桁架梁上弦桿的側向穩定性問題，如何考慮溫度、桿件間拼裝誤差、整體線形等眾多因素對結構受力的影響，如何保證最終成橋結構滿足設計要求等問題，更加充分的指向了對于鋼桁架橋梁在施工過程中的監測與控制的必要性。

本文主要對鋼桁架橋梁在施工過程中的監測與控制內容及方法進行探討。

1 工程概況

該橋主橋采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節間長度6.75m，主桁高度11m，高跨比為1/7.36。兩片主桁中心距為13.2m，寬跨比為1/6.14，橋面寬度為12m。

主桁上下弦桿均采用箱型截面，截面寬度600mm，高度均為640mm，板厚16mm～32mm，工廠焊接，在工地通過高強度螺栓在節點內拼接。除端斜桿采用箱型截面以增加面內外剛度外，腹桿均采用焊接H形截面，最大板厚24mm。

結構立面布置圖參見圖1。

圖1 鋼桁梁立面布置圖

2 鋼桁架橋施工監控理論

該橋的施工采用分階段逐步完成的施工方法，結構的形成必須經歷一個較長的而又復雜的施工過程以及結構體系轉換過程，對施工過程中每個階段的變形計算和受力分析是本橋結構施工監控中的最基本內容。施工監控的目的就是確保施工過程中結構的安全，保證橋梁成橋線形及受理狀態符合設計要求。為了達到施工監控的目的，我方對橋梁施工過程中每個階段的受力狀態和變形情況進行詳細的計算分析，并進行預測、監測及控制。

通過前面施工控制影響因素分析，結合本監控項目的實際情況，選用閉環控制方法。閉環控制法可以按照性能最優的原則對施工誤差進行糾正和控制，使得誤差已經發生的結構狀態達到最優。

3 監控過程分析

3.1 仿真計算 本次計算主要針對主橋上部結構縱向受力體系進行。參照該橋設計文件及相關施工方案，分析計算該橋施工過程中相關截面位移及應力情況。

采用橋梁結構計算分析專用有限元程序MIDAS Civil2011對該橋主橋上部結構建立結構離散模型，共劃分了578個單元，223個節點，計算幾何模型見圖2。

3.2 監控的主要內容 施工監控主要包括施工監測和施工控制兩方面。施工監測是為施工監控提供必要的反映施工實際情況的數據和技術信息，如已施工結構的變位、應力、溫度監測；施工控制是根據監測結果與理論值的對比，通過最優估計、實時仿真分析、狀態預測、理想狀態修正、狀態調整等理論和方法，對已建結構加以調整，對未建結構加以預測，以使結構最終達到理想線形和內力狀態。

圖2 結構計算模型圖

根據本橋的相關特點，主要針對平面線形開展了如下的施工監測工作：

3.2.1 鋼桁梁平面線形監測 平面監測通過施工測量控制網引入基點作為測點，將精密全站儀架設在基點上，反射棱鏡至于下弦桿中心線上，利用全站儀測量待測點的平面坐標，并與理論值進行比較，從而得出各階段施工誤差，鑒于本橋的施工特點，在桁架拼裝及整體吊裝上墩后均進行了平面線形測量。

3.2.2 鋼桁梁豎向位移監測 鋼桁梁豎向位移監測通過在下弦每個節點布設測點，主要利用全站儀對節點坐標進行測量。

在施工過程中的精密監測與控制能及時并有效的達到對橋梁線形的控制作用，以下為具體的線形數據：

①鋼桁梁拼裝完成時線形復測。

該橋拼裝完成后的線形復測結果參見圖3～圖4：測量結果豎向線形最大誤差3mm。拼裝線形精度滿足要求。

圖3 鋼桁梁拼裝線形與目標線形對比

②鋼桁梁吊裝前線形復測。

該橋平面線形與豎向線形監測對比結果參見圖5～圖7。

測量結果平面線形最大誤差4mm，豎向線形最大誤差2mm。拼裝線形精度滿足要求。

③鋼桁梁吊裝到位后線形復測。

該橋吊裝到位后的線形復測結果參見圖8～圖9：測量結果豎向線形最大誤差3mm。拼裝線形精度滿足要求。

為了了解施工時上下弦桿、腹桿、橫梁等構件控制斷面的應力狀況，以保證施工時橋梁的安全，同時也為了與設計理論值相比較，在此主要對弦桿及腹桿應力進行施工監測，截面測點布置見圖10。

圖4 鋼桁梁拼裝線形誤差

圖5 拼裝豎向結構線形與目標線形對比

圖6 拼裝豎向結構線形偏差

下弦桿應力

鋼桁梁吊裝到位后下弦桿應力監測結果如表1所示（截面1～4由小樁號到大樁號編號）。正表示拉應力，負表示壓應力。下弦桿應力變化與理論值變化趨勢一致，且應力大小均小于規范允許值。

圖7 拼裝平面線形偏差

圖8 鋼桁梁吊裝到位后線形與目標線形對比

圖9 鋼桁梁吊裝到位后線形誤差

上弦桿應力

鋼桁梁吊裝到位后上弦桿應力監測結果如表2所示（截面2～4由小樁號到大樁號編號）。正表示拉應力，負表示壓應力。上弦桿應力變化與理論值變化趨勢一致，且應力大小均小于規范允許值。

斜腹桿應力

鋼桁梁吊裝到位后斜腹桿應力監測結果如表3所示（截面1～4由小樁號到大樁號編號）。正表示拉應力，負表示壓應力。斜腹桿應力變化與理論值變化趨勢一致，且應力大小均小于規范允許值。

豎腹桿應力

鋼桁梁吊裝到位后豎腹桿應力監測結果如表4所示（截面1’～3’由小樁號到大樁號編號）。正表示拉應力，負表示壓應力。豎腹桿應力變化與理論值變化趨勢一致，且應力大小均小于規范允許值。

圖10 弦桿腹桿應力測點布置（單位：m）

表1 鋼桁梁吊裝到位后下弦桿應力監測結果 (單位：MPa)

表2 鋼桁梁吊裝到位后上弦桿應力監測結果 (單位：MPa)

表3 鋼桁梁吊裝到位后斜腹板應力監測結果 (單位：MPa)

表4 鋼桁梁吊裝到位后豎腹桿應力監測結果 (單位：MPa)

4 總結

通過對該橋的施工監控，簡要整理了鋼桁架橋梁的發展及現狀，分析對比了對于此類剛桁架橋梁的理論計算與實際施工過程中的線形及應力變化情況，從中歸納整理發現，通過科學的計算分析，在實際工作中以計算數據為基礎，指導施工，可以大大提高橋梁線形、內力與設計值的吻合度，確保此類橋梁充分滿足設計要求。

[1]推布拉旺堆,許長城.預應力混凝土橋梁承載力鑒定[J].中國高新技術企業，2012(01).

[2]邱國陽,徐驄.大跨高墩連續剛構橋荷載試驗與評價[J].中國水運(下半月)，2012(02).

[3]王愛華.用電阻應變片監測建筑結構中鋼筋的長期應變[J].科技創新導報，2012(02).