某提籃式系桿拱橋吊桿張拉階段施工監(jiān)控

黃宗光

南寧城市建設(shè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司

1 引言

提籃系桿拱橋?qū)儆诔o定結(jié)構(gòu)，由于拱肋的內(nèi)傾，使得拱肋線形較其他常規(guī)平行拱要復(fù)雜，拱肋受力更加復(fù)雜，結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)較強(qiáng)。本文提籃式系桿拱橋采用先梁后拱的施工順序，在施工過程中影響橋梁線形和結(jié)構(gòu)受力的因素很多，其中張拉吊桿階段屬于結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換階段，直接關(guān)系到拱肋和縱梁的線形和施工安全，在施工過程中盡可能精確的測量吊桿的內(nèi)力，是整個施工監(jiān)控任務(wù)中的重中之重[1]，本次監(jiān)控的主要內(nèi)容有吊桿張拉階段吊桿索力、拱肋及縱梁的應(yīng)力和變形。

2 工程概況

主橋結(jié)構(gòu)為下承式系桿拱橋，主跨99m，采用兩榀拱肋，拱肋向內(nèi)斜靠22度，拱頂采用拱板結(jié)構(gòu)將兩榀拱肋連在一起，拱頂開橢圓孔，空間拱軸線的立面為二次拋物線，矢跨比1∕5，拱高19.8m，拱肋采用鋼箱截面，高1.8m，寬2.0m，全橋雙索面，共34根吊桿。

吊桿張拉階段分為兩次張拉，每次張拉為上、下游同時對稱張拉，張拉順序?yàn)镈4-D5-D3-D6-D2-D7-D1-D8-D0，第一次張拉完成后，重復(fù)上述張拉過程。

利用Midas∕Civil 軟件將整個主拱結(jié)構(gòu)離散為空間梁單元，縱梁及橫梁均采用梁單元模擬，吊索采用只受拉索單元模擬。全橋模型共有個909 節(jié)點(diǎn)，1419 個梁單元，34 個受拉單元，其結(jié)構(gòu)計算模型如圖1所示。

圖1 全橋Midas Civil 模型

3 監(jiān)控實(shí)施方案

3.1 吊桿索力監(jiān)測

張拉施工過程中，吊桿索力采用張拉油壓表進(jìn)行測量，張拉完成后采用頻率法測量索力。頻率法是利用附著在吊桿上的高靈敏傳感器（索力計）拾取吊桿的振動信號，得到吊桿的自振頻率，根據(jù)吊桿自振頻率與索力的關(guān)系確定索力[2]。

3.2 應(yīng)力監(jiān)測

在吊桿張拉階段，拱肋和縱梁各控制截面應(yīng)力是判斷目前結(jié)構(gòu)是否安全最直接的參數(shù)，如果應(yīng)力明顯大于理論值或出現(xiàn)異常情況，可能會導(dǎo)致橋梁拱肋和縱梁出現(xiàn)破壞[3]。本次拱肋控制截面為兩拱腳、L∕4 截面、L∕2 截面和3L∕4 截面，每個控制截面布置8個鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)變測點(diǎn)；縱梁控制截面為兩端部和跨中截面，每個控制截面布置8個混凝土應(yīng)變測點(diǎn)。

3.3 線形監(jiān)測

拱肋和縱梁是系桿拱橋重要的組成部分，如果拱肋或縱梁變形與設(shè)計值偏差較大，就會對拱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而改變拱橋各部分的受力狀況，嚴(yán)重時會影響到結(jié)構(gòu)安全[3]。位移及變形測試的主要目的是獲得已形成的結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何形態(tài)，本次采用全站儀、水準(zhǔn)儀和測距儀對拱肋和縱梁進(jìn)行變形監(jiān)測[4]。拱肋和縱梁測點(diǎn)位置為拱肋和縱梁八等分點(diǎn)位置。

4 結(jié)果分析

4.1 吊桿索力

兩次調(diào)索張拉后，吊桿實(shí)測索力值與理論索力值對比分析如圖2所示。

圖2 吊桿索力實(shí)測值與理論值對比圖

從上圖可知，兩次吊桿張拉階段，吊桿索力實(shí)測值與設(shè)計理論值基本相符，相對誤差均能控制在±5%以內(nèi)，滿足施工監(jiān)控的允許誤差范圍。第二次張拉完成后，索力分布更加均勻，吊桿索力實(shí)測值與理論值的相對偏差比第一次張拉階段小，各吊桿索力更加接近設(shè)計理論值，兩次調(diào)索效果較好。

4.2 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

4.2.1 拱肋應(yīng)力

由于結(jié)構(gòu)對稱，本文僅列出0#拱腳截面、L∕4 截面和拱頂截面進(jìn)行描述，拱肋上、下緣鋼管應(yīng)力實(shí)測值與理論值如圖3和圖4所示。

圖3 拱肋上緣鋼管應(yīng)力實(shí)測值與理論值對比圖

圖4 拱肋下緣鋼管應(yīng)力實(shí)測值與理論值對比圖

從圖中可知，吊桿張拉階段拱肋上、下緣鋼管應(yīng)力實(shí)測值與理論值變化趨勢基本一致，均控制在規(guī)范允許誤差范圍之內(nèi)，拱肋下緣鋼管應(yīng)力最大發(fā)生在拱腳截面，最大達(dá)到101.0MPa，拱肋上緣鋼管應(yīng)力最大發(fā)生在拱頂截面，最大達(dá)到79.2MPa。吊桿第一次張拉階段，拱肋上、下緣鋼管應(yīng)力波動均較大，應(yīng)力分布不均勻，拱肋L∕4 截面下緣鋼管應(yīng)力出現(xiàn)拉應(yīng)力，拉應(yīng)力最大達(dá)到21.6MPa，分析原因是張拉D5 對索時，由于拱肋L∕4 截面下緣應(yīng)力集中所致，施工過程中應(yīng)予以重視。

4.2.2 縱梁應(yīng)力

由于結(jié)構(gòu)對稱，本文僅列出0#端部和L∕2截面進(jìn)行描述，縱梁上、下翼緣鋼管應(yīng)力實(shí)測值與理論值如圖5和圖6所示。

圖5 縱梁上翼緣應(yīng)力實(shí)測值與理論值對比圖

圖6 縱梁下翼緣應(yīng)力實(shí)測值與理論值對比圖

從圖中可知，在吊桿張拉過程中，縱梁上、下翼緣應(yīng)力實(shí)測值與理論值變化趨勢基本一致，均控制在規(guī)范允許誤差范圍之內(nèi)，縱梁應(yīng)力控制符合要求?？v梁L∕2 截面上、下翼緣應(yīng)力為拉應(yīng)力，吊桿張拉完成后，上、下翼緣應(yīng)力控制在3MPa左右?？v梁端部截面受力較為復(fù)雜，呈現(xiàn)上翼緣受壓，壓應(yīng)力逐漸增大，下翼緣受拉，拉應(yīng)力逐漸減小的特點(diǎn)。

4.3 線形監(jiān)測結(jié)果

本文僅列出L∕4 截面和拱頂截面進(jìn)行描述，撓度向下為負(fù)，向上為正，拱肋和縱梁撓度實(shí)測值與理論值如圖7和圖8所示。

圖7 拱肋撓度實(shí)測值與理論值對比圖

圖8 縱梁撓度實(shí)測值與理論值對比圖

分析上圖可知，在吊桿張拉過程中，拱肋和縱梁撓度實(shí)測值與理論值變化趨勢基本一致，均控制在規(guī)范允許誤差范圍之內(nèi)。拱肋各控制截面在第一次張拉階段撓度變化幅度較大，隨著橋梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后，在第二次張拉階段撓度波動較小。拱頂截面在第一次張拉第2對吊桿時，出現(xiàn)了小范圍的上撓，上撓值為2.24mm，最終張拉完成后，拱頂下?lián)?8.84mm。吊桿張拉階段，縱梁總體呈上撓狀態(tài)，其中跨中截面上撓最大達(dá)9.42mm。

5 結(jié)語

通過對某99m 提籃系桿拱橋吊桿張拉階段進(jìn)行施工監(jiān)控，監(jiān)測內(nèi)容包括吊桿索力、拱肋及縱梁控制截面的應(yīng)力、變形，得出結(jié)論如下。

（1）所建立的有限元模型與橋梁實(shí)際受力和變形狀況基本一致，能準(zhǔn)確反映橋梁吊桿張拉階段吊桿索力、拱肋及縱梁控制截面的應(yīng)力、變形情況。

（2）在吊桿張拉過程中，吊桿索力分布均勻，拱肋、縱梁實(shí)測應(yīng)力和撓度變化趨勢與理論值基本一致，各監(jiān)測參數(shù)反映出第一次張拉階段的變化幅度均較大，在第一次張拉完成后，橋梁結(jié)構(gòu)體系發(fā)生轉(zhuǎn)換，各監(jiān)測參數(shù)在第二次調(diào)索階段的變化幅度均較小。

（3）監(jiān)測結(jié)果表明橋梁在各工況下吊桿索力、各控制截面的應(yīng)力、變形實(shí)測值與理論值的偏差均控制在規(guī)范允許誤差范圍內(nèi)，基本達(dá)到設(shè)計預(yù)期的效果，施工控制效果較好。