敞開式鋼管—混凝土桁架組合梁橋施工監控分析

【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構，在我國高速公路橋梁工程中的應用尚屬首次，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力及應力分析，并與各施工階段實測數據實時對比，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。

【關鍵詞】敞開式桁架組合梁橋；施工監控；應力監控

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構，主要由主桁架和橋面系結構兩部分組成[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用尚屬首次，由于其結構體系較為復雜，因此有必要掌握和了解各施工階段的結構受力性能，對其進行有力地控制和調整，確保在成橋后橋梁的內力狀態與外形曲線與設計盡量相符[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。橋梁下部結構為柱式橋墩、樁基礎，上部結構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]。桁架橋上部結構布置如圖1所示。

圖1鋼管混凝土桁架組合梁橋結構布置圖

3. 計算模型

3.1根據構造及對構件控制點的要求，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個節點 [2]。

3.2為模擬各施工階段及成橋后橋梁狀態，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力及其他荷載效應。

（1）施工階段CS1：現澆橋面系結構及下弦桿階段。搭設滿堂支架，在支架上現澆下弦桿、端橫梁、中橫梁及橋面板。待混凝土達到一定強度后張拉預應力鋼束。

（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到現場，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。鋪設瀝青混凝土，安裝防撞護欄。

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

4. 應力監控

4.1測點布置。

（1）該橋施工監測的目的是在施工過程中，通過監測主梁和鋼桁架在各個施工階段的應力和變形來達到及時了解結構實際行為[4]。根據監控數據，首先確保結構的安全和穩定，其次保證結構的受力合理和線形平順[5]。監控的主要內容包括應力監測和線性控制。

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

4.2監控結果與分析。

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

（2）經對比分析全橋關鍵部位結構應力變化規律與理論計算結果基本一致。下弦桿混凝土施工初期應力較大，上部鋼桁架參與受力后應力降低。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，應力值有較大的增長，下部混凝土結構，應力有所減小。成橋10年應力狀態，考慮混凝土收縮徐變的影響，結構內部應力重新分配，導致下弦桿應力近一步減小，上弦桿和腹桿應力增大。

5. 結論

（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，得到了橋梁結構各個控制截面上各個控制點在不同施工階段的理想應力狀態，從而為施工控制中應力控制提供理論依據。

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

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

參考文獻

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[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。