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′號吊桿并進行張拉，按照張拉系桿澆筑混凝土安裝吊桿的順序依次進行后續(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，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、拱頂及各吊桿錨點位置，其中系梁布置40個測點，拱肋布置28個測點，如圖7所示。

在各個施工工況結(jié)束后，進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對拱腳水平位移的監(jiān)測。拱腳水平位移的測點布置如圖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，監(jiān)測位置布置在拱肋的拱腳、四分點和拱頂截面。應(yīng)力狀態(tài)的測試時間在全天分時段進行，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行跟蹤測量，并與理論計算結(jié)果進行對比以作校核。

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)進行誤差分析，對后續(xù)進行的施工方案進行合理安排，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，達到了施工監(jiān)控的目的。

[1] 徐曉和,陳小強.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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