某中承式鋼管拱橋施工監(jiān)控

徐郁峰 鄧楚劍

(華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510640)

1 工程概況

大橋主橋為三跨連續(xù)的蝶形系桿拱橋，跨徑布置為29.25+76.5+29.25=135 m。主梁均為扁平鋼箱梁；拱肋為圓形鋼管，拱軸線為二次拋物線，橫橋向向外傾斜，邊腿略向內(nèi)傾，邊腿及主拱肋拱腳鋼管內(nèi)灌注微膨脹混凝土。

橋型整體圖見圖1。

主橋鋼結(jié)構(gòu)安裝采用先梁后拱的方式，鋼箱梁及拱肋均采用支架拼裝施工。主橋在樁基承臺施工完畢后，先安裝拱腳邊腿及與之對應的鋼箱梁節(jié)段，再依次安裝主跨、三角鋼架段、邊跨主梁。隨后逐段安裝主拱肋，并張拉吊桿、系桿，最后施工橋面鋪裝及附屬結(jié)構(gòu)。

為改善拱腳受力，大橋設計在合龍前將主拱向邊跨側(cè)頂推，并在合龍張拉吊桿后卸除頂推力。

2 施工監(jiān)控目的

在大橋施工的過程中，各個施工工況都會對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形產(chǎn)生或多或少的影響，并且大部分影響將一直累積到最后影響成橋時的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與線型。所以，為了使成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線型能較好的滿足設計要求，在大橋的施工過程中對其關(guān)鍵部位的變形、應變等各項數(shù)據(jù)進行嚴格監(jiān)測和控制是十分必要的。除此之外，還可以根據(jù)識別監(jiān)測的數(shù)據(jù)來把握施工過程中重要的狀態(tài)參數(shù)，從而達到指導優(yōu)化施工方案，簡化施工流程，消除可能對結(jié)構(gòu)安全和施工安全產(chǎn)生不利影響的因素。

3 施工監(jiān)控的工作內(nèi)容

結(jié)合該鋼管拱橋的施工特點，為了達到施工監(jiān)控的目的，大橋的施工監(jiān)控主要工作包括了[1]：1)前期對施工過程建模仿真計算；2)施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)測量；3)測量結(jié)果與計算對比后的參數(shù)分析；4)根據(jù)分析結(jié)果指導調(diào)整施工或指導下一步施工。

其中，建模仿真分析是為了獲得施工過程中各個階段結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形等理論數(shù)據(jù)，同時大致掌握工程整體的情況。現(xiàn)場測量的目的是為了獲取施工過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形的實測數(shù)據(jù)。在完成上述兩項工作的基礎上，就可以對結(jié)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)進行識別，修正計算理論值。這些工作都是為了進行施工調(diào)整服務的，也就是實現(xiàn)施工控制的目的。

4 施工過程的仿真計算

施工過程仿真計算是在施工前，根據(jù)設計使用的施工工藝，工序等信息，并考慮多種因素影響，利用有限元計算軟件進行建模，得出施工過程中的理論數(shù)據(jù)，預估需要重點把握的施工階段，為施工的控制提供理論依據(jù)。

本項目的仿真計算有限元模型采用Midas Civil建立，共計601個節(jié)點，574個單元。模型如圖2所示。

5 施工過程的現(xiàn)場測量與控制

5.1 應力測量控制

拱作為拱橋結(jié)構(gòu)最主要的受力構(gòu)件，拱的應力水平是施工中最需要關(guān)注的一個數(shù)據(jù)，根據(jù)仿真分析計算結(jié)果，確定了結(jié)構(gòu)施工過程中應力變化較大的位置，據(jù)此安排了傳感器的布置方式，具體如圖3所示。其中拱的應力測試截面每側(cè)7個，共計14個截面。每個截面又布置4個測點。

主梁的應力測量截面共設5個，分別為主跨跨中、兩個邊跨跨中和兩個三角鋼架的跨中。每個測量截面又設頂板3個底板3個共6個測點。

大橋施工過程中應力水平較小，但頂推過程中需要重點監(jiān)測拱腳的應力變化情況，確保達到設計要求的頂推效果。

5.2 變形測量控制

5.2.1主梁標高

主梁施工采用的是滿堂支架法，為了保證橋面線形滿足設計要求，需定期對橋面標高進行監(jiān)測。

標高測量采用的儀器是高精度水準儀。為了減少溫度變化對鋼橋標高產(chǎn)生的影響，標高的測量時間一般選在早晨太陽出來之前。鋼主梁在陽光照射下升溫較一般混凝土主梁快，所以測量需要盡快完成。

5.2.2拱肋空間位置

由于鋼管拱橋的拱肋一般是分節(jié)段吊裝，所以每個節(jié)段的空間位置不能偏離設計值過多，否則將會與相鄰節(jié)段焊接空隙過大，拼接后影響拱肋的整體強度，也會對拱受力產(chǎn)生不利影響。而且，如果拱上吊點與梁上吊點偏差過大，吊桿張拉后將會使拱和主梁都產(chǎn)生一個額外的附加軸力。這在拼裝過程和體系轉(zhuǎn)換的過程中都將有著不小的安全隱患，因此在吊裝和后續(xù)施工過程中必須對拱肋的空間位置進行嚴格監(jiān)測和控制。

在拱肋吊裝過程中，在拱肋中心軸線上和吊點中心布置監(jiān)測點，并對空間坐標進行監(jiān)測，確保拱肋的正確拼裝。在后續(xù)施工中，繼續(xù)對拱的空間位置進行監(jiān)測，確保達到設計成橋目標。

5.3 吊桿索力測量控制

中承式拱橋由于需要多根吊桿連接主梁，所以是一種復雜的內(nèi)部高次超靜定結(jié)構(gòu)，且拱橋采用了蝶形拱的形式，吊桿也是向外傾斜的，這就是說吊桿力同時影響了橋梁的橫向受力，所以吊桿力對稱均勻張拉且達到設計索力是大橋施工的關(guān)鍵工況，吊桿力也是今后橋梁的安全運營的關(guān)鍵因素[2]。因此吊桿力的正確測量是本橋監(jiān)控工作最重要的內(nèi)容。

吊桿力的測量采用的是頻率法。大橋采用的是雙插耳式吊桿(如圖4所示)，吊桿與主梁和拱之間均采用插銷連接插耳與夾板，同時索體上還有一段調(diào)節(jié)套筒。該形式的吊桿的邊界條件不明確，索體質(zhì)量不均勻，不同于其他雙錨固式吊桿，這導致常用的索力計算公式或者模型無法使用計算，需要使用ANSYS建立新的吊桿有限元模型，對索力—頻率關(guān)系進行計算，獲得準確的理論支持后再進行索力測量。

大橋張拉吊桿時設計工序是先張拉吊桿索力，后拆除拱肋臨時支架。但經(jīng)計算后發(fā)現(xiàn)先張拉吊桿力對臨時支架穩(wěn)定性有較大影響，故在我方的建議下改為先拆除臨時支架，后張拉吊桿力。在修正理論計算的基礎上，我方制定了合理的張拉順序，在吊桿張拉過程中與施工單位密切配合。在橋面鋪裝后對索力再次進行測量，對索力偏差偏大的吊桿進行調(diào)整，將最終索力與設計索力誤差控制在±6%以內(nèi)。

6 施工監(jiān)控成果

在本次橋梁施工過程中，經(jīng)各方人員的通力合作，最終順利完成了橋梁的施工監(jiān)控工作，并且取得了良好的效果，線型，應力等實際測量值與設計理論值對比偏差符合設計要求，同時還獲得了大量有助于對大橋型研究工作的監(jiān)控數(shù)據(jù)。但由于篇幅有限，本文僅列出本次監(jiān)控工作中最重要的索力監(jiān)控成果，如表1所示。所有吊桿索力與設計索力控制在±6%之內(nèi)，監(jiān)控效果較好。

表1 吊桿索力控制結(jié)果

7 結(jié)語

大橋采用的蝶形拱結(jié)構(gòu)外觀新穎獨特，但給施工監(jiān)控工作帶來了一些困難。中承式鋼管拱橋的主體結(jié)構(gòu)體系較為明確，傳力途徑簡單，且大橋施工過程中結(jié)構(gòu)應力較小，所以結(jié)構(gòu)應力在安全范圍內(nèi)能夠得到保障。在本次監(jiān)控工作中，監(jiān)控人員對整個施工過程進行了詳細的模擬計算，同時密切監(jiān)測了大橋施工過程中的重要結(jié)構(gòu)變化階段，并在此基礎上及時提出有效的調(diào)整措施，為大橋的高質(zhì)量、高效率施工提供了強有力的技術(shù)保證[3]。這次的監(jiān)控工作也為同類型的中承式鋼管拱橋施工監(jiān)控工作積累了一定的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 韓大建，蘇 成，王衛(wèi)峰.崖門大橋施工監(jiān)控的技術(shù)流程與主要成果[J].橋梁建設，2003(1)：6.

[2] 顏顯玉，李 浩.中山市長江大橋的施工監(jiān)控[J].華南港工，2008(1)：60-63.

[3] 蘇 成，王 濤，范學明.廣東西江大橋主橋施工監(jiān)控技術(shù)流程與主要成果[J].福州大學學報(自然科學版)，2005，33(10)：245-259.