敞開式鋼管—混凝土桁架組合梁橋施工監(jiān)控分析

【摘要】敞開式鋼管-混凝土桁架組合梁橋是一種較為新穎的橋梁結(jié)構(gòu)，在我國高速公路橋梁工程中的應(yīng)用尚屬首次，針對其受力特性將混凝土下弦桿和鋼管混凝土上弦桿作為監(jiān)控重點。理論計算采用大型有限元分析軟件Midas/civil，對桁架橋各施工階段進行了一系列的內(nèi)力及應(yīng)力分析，并與各施工階段實測數(shù)據(jù)實時對比，分析判斷橋梁施工過程中的安全性，確保全橋施工的順利進行。

【關(guān)鍵詞】敞開式桁架組合梁橋；施工監(jiān)控；應(yīng)力監(jiān)控

Construction Monitoring Analysis of Open Steel Pipe - Concrete Truss Composite Beam Bridge

Lv Gao-chao

（Anhui Luqiao Engineering Group Co.， LtdHefeiAnhui230009）

【Abstract】Open steel pipe - concrete truss composite girder bridge is a relatively new bridge structure. It is the first time for the application of expressway bridge project in China. The concrete chord of concrete and the concrete chord of concrete - filled steel tube are the key points for monitoring. The finite element analysis software Midas / civil is used to calculate the internal force and stress of the truss bridge. The internal force and stress analysis of the truss bridge are analyzed in real time. The safety of the bridge construction is analyzed and analyzed. Bridge construction of the smooth progress.

【Key words】Open - type truss composite beam bridge；Construction monitoring；Stress monitoring

1. 前言

敞開式鋼管-混凝土桁架組合梁橋是一種較為新型的橋梁結(jié)構(gòu)，主要由主桁架和橋面系結(jié)構(gòu)兩部分組成[1]。敞開式鋼管-混凝土桁架組合梁橋在我國高速公路橋梁工程中的應(yīng)用尚屬首次，由于其結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜，因此有必要掌握和了解各施工階段的結(jié)構(gòu)受力性能，對其進行有力地控制和調(diào)整，確保在成橋后橋梁的內(nèi)力狀態(tài)與外形曲線與設(shè)計盡量相符[2]。

2. 工程概況

本文以徐明高速五河段跨線橋為實際工程背景，建立下承式鋼管混凝土桁架組合梁橋全橋模型。跨線橋為單跨60m敞開式鋼管-混凝土桁架組合梁橋。橋梁下部結(jié)構(gòu)為柱式橋墩、樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)由兩片敞開式主桁架及橋面體系組成[3]。桁架上弦桿、端斜桿、腹桿采用Q345D焊接鋼管。兩片主桁架采用不帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長度為8m，主桁高度6.8m，高跨比為1/8.82。兩片主桁中心距采用13.65m，寬跨比為1/4.40，橋面行車道寬度為12.125m[2]。桁架橋上部結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1鋼管混凝土桁架組合梁橋結(jié)構(gòu)布置圖

3. 計算模型

3.1根據(jù)構(gòu)造及對構(gòu)件控制點的要求，將主桁架和橫梁劃分成若干個梁單元，且橫梁與下弦桿采用共節(jié)點的模擬方法，橋面板及其他部分按線荷載加載在橫梁上。為模擬施工階段鋼管混凝土構(gòu)件中鋼管和混凝土的真實受力情況，采用MIDAS/CIVIL程序提供的施工階段聯(lián)合截面功能對桁架上弦桿和端斜桿進行建模分析。全橋共計322個梁單元，299個節(jié)點 [2]。

3.2為模擬各施工階段及成橋后橋梁狀態(tài)，全橋共劃分為6個施工階段，逐階段計算并累加后得到成橋內(nèi)力及其他荷載效應(yīng)。

（1）施工階段CS1：現(xiàn)澆橋面系結(jié)構(gòu)及下弦桿階段。搭設(shè)滿堂支架，在支架上現(xiàn)澆下弦桿、端橫梁、中橫梁及橋面板。待混凝土達到一定強度后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。

（2）施工階段CS2：安裝鋼桁架階段。鋼桁架在工廠進行加工完成后分段運輸?shù)浆F(xiàn)場，安裝桁架并將分段接口焊接成整體。

（3）施工階段CS3：灌注桁架上弦桿及端斜桿管內(nèi)混凝土。

（4）施工階段CS4：拆除滿堂支架。

（5）施工階段CS5：橋面二期鋪裝。鋪設(shè)瀝青混凝土，安裝防撞護欄。

（6）施工階段CS6：成橋10年應(yīng)力狀態(tài)。考慮混凝土收縮徐變對橋梁結(jié)構(gòu)的影響（全橋上部結(jié)構(gòu)有限元模型見圖2）。

4. 應(yīng)力監(jiān)控

4.1測點布置。

（1）該橋施工監(jiān)測的目的是在施工過程中，通過監(jiān)測主梁和鋼桁架在各個施工階段的應(yīng)力和變形來達到及時了解結(jié)構(gòu)實際行為[4]。根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)，首先確保結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，其次保證結(jié)構(gòu)的受力合理和線形平順[5]。監(jiān)控的主要內(nèi)容包括應(yīng)力監(jiān)測和線性控制。

（2）本橋選用鋼弦式傳感器，應(yīng)力測點選擇在整個桁架橋斷面上最不利的應(yīng)力點，傳感器沿著構(gòu)件縱向布置，下弦桿和腹桿應(yīng)變計埋設(shè)位置為混凝土梁底（全橋傳感器布置截面示意圖見圖3）。

4.2監(jiān)控結(jié)果與分析。

（1）應(yīng)力監(jiān)測通過在各主要構(gòu)件的控制斷面處布設(shè)應(yīng)力測試元件，以觀測在施工過程中這些截面的應(yīng)力變化，能較為客觀地判斷全橋的內(nèi)力變形狀態(tài)，形成一個較好的預(yù)警機制，從而保障橋梁施工的安全和質(zhì)量[6，7]。全橋各控制點計算數(shù)據(jù)如表1和圖4、圖5、圖6、圖7所示。

（2）經(jīng)對比分析全橋關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化規(guī)律與理論計算結(jié)果基本一致。下弦桿混凝土施工初期應(yīng)力較大，上部鋼桁架參與受力后應(yīng)力降低。鋼桁架拼裝時采用獨立支架，固施工過程中對下弦桿、端橫梁及中橫梁各混凝土截面受力影響不大。在施工階段末期鋼桁架參與受力，應(yīng)力值有較大的增長，下部混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)力有所減小。成橋10年應(yīng)力狀態(tài)，考慮混凝土收縮徐變的影響，結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力重新分配，導(dǎo)致下弦桿應(yīng)力近一步減小，上弦桿和腹桿應(yīng)力增大。

5. 結(jié)論

（1）本文通過有限單元法模擬敞開式鋼管混凝土桁架組合梁橋施工過程，得到了橋梁結(jié)構(gòu)各個控制截面上各個控制點在不同施工階段的理想應(yīng)力狀態(tài)，從而為施工控制中應(yīng)力控制提供理論依據(jù)。

（2）通過應(yīng)力監(jiān)控，及時了解施工中實際結(jié)構(gòu)的真實應(yīng)力狀態(tài)，對比實測應(yīng)力和理論應(yīng)力，兩者變化趨勢基本一致，全橋各測試截面應(yīng)力在施工階段均滿足規(guī)范要求。

（3）施工監(jiān)控的實測及計算結(jié)果表明，整橋施工過程應(yīng)力控制得當，施工進行較為順利。

參考文獻

[1]謝曉東，完海鷹 ，梁長海.敞開式桁架組合梁橋的穩(wěn)定性計算分析[J]. 合肥：工程與建設(shè) ，2013，27（4）：468～470.

[2]劉振河. 敞開式鋼管-混凝土桁架組合梁橋靜動力行為研究 [D]. 合肥：合肥工業(yè)大學 ，2012.

[3]吳剛.敞開式鋼管-混凝土桁架組合梁橋設(shè)計[J].北京：公路交通科技，2010（8）：232～233.

[4]馮上朝，段東旭.大跨徑橋梁線形監(jiān)控測量技術(shù)[J].陜西：西部探礦工程，2011（8）：205～206.

[5]袁曉晴，何濤，車曉軍.新豐鐵路大橋施工監(jiān)控分析[J].北京：中國水運，2006.6（11）：54～55.

[6]劉亞楠.城際軌道大跨度連續(xù)梁橋應(yīng)力監(jiān)控研究[J].北京：鐵道建筑，2013 （3）：37～39.

[7]張謝東，馬彪，羅茂盛等.大跨PC連續(xù)梁橋施工監(jiān)控評價研究[J].武漢：武漢理工大學學報，2013，37 （1）：49～52.

[文章編號]1619-2737（2017）08-05-640

[作者簡介] 呂高超（1990-），男，學歷：碩士，籍貫：山東滕州人，工作單位：安徽省路橋工程集團有限責任公司。