鋼管混凝土拱橋轉體施工控制研究

劉 明

（貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550001）

管混凝土拱橋已經在我們國家成熟的發展了20多年，其中轉體施工技術辦法在各種大型橋梁當中得到了廣泛應用。像一些豎轉施工方法都十分典型，如我們國家三峽蓮沱大橋、廣西桂江三橋、徐州運河提籃拱橋等等就是利用了這種狀態施工技術進行很好的施工。

1 施工監控方案

1.1 監控內容

轉體施工階段具體的監控內容包含以下兩個大方面和四個方面的主要監控內容，兩大方面是：1）通過MIDAS／Civil軟件按施工全過程計算拱肋的線形和應力；2）復核主拱肋在轉體過程中的各拱肋控制截面的坐標和應力；而四大主要監控內容包括：1）鋼管索塔頂部位移；2）鋼管索塔底部的應力；3）拱肋控制截面線形；4）拱肋控制截面應力［1］。

為了讓鋼管砼拱橋在轉體施工過程中讓索塔位于一個穩定形態，并且要讓整個橋在成型后，各種線型觀測點誤差控制都要在合理的規定范圍內。因此要按照相關技術規范相關規定，結合測試儀器精密度給出相關的控制精密度，并按照此控制精度進行轉體施工規范的打造［2］。

1.2 監控方法

采用的監控方法要根據拱橋的實際狀況進行分析，一般來說要采用的思路就是通過施工工程反饋的數據，不斷的調整跟蹤分析參數。然后用來分析計算施工過程。通過多次的調參以后，達到理論和實際工程吻合的數據，從而就可以達到線形為主，內力為輔的雙控目的，基本具體步驟如下：

首先，要將設計的橋梁作為一個理想狀態，按照相關技術標準和設計參數確定每個橋體階段應該達到的分解目標，并且要打造整個過程的分析工作程序。

其次，要根據各個分解的目標進行施工，當建立目標完成以后，要測量實際進行和應力數據［3］。

再次，要根據捕捉到的數據進行有效分析，有目的調整各個項目設計參數，將調參以后的數據規劃到施工目標當中，建立新的跟蹤分析體系。

通常一個橋體轉體施工控制過程分為基本以下幾個步驟從施工、測量、識別、修正、預告，通過這寫環節的循環往復可以達到很好的測試跟蹤目的。并將計算結果和實際結果進行對比分析可以有效的發現誤差，并將一些應力、材料彈性、溫度場進行現場實際測量對比，確定發生的原因在打造相關措施，因為施工的調整要進行提供了良好的助力［4］。

2 施工監控測點布設

對于線形監測，主要測量施工階段控制斷面坐標來把控線形，當主拱轉體合并以后，就可以進行全橋線形測量，基本包含三個測量環節。

第一，高程測量，通過全新的全站水準測量儀進行高程控制網的打造，將各個控制基點設置在拼裝現場，然后由大橋測量控制網的基準點高層。為了保證數據真實有效，要每隔一段時間就對這些基準點進行復查復檢［5］。

第二，軸線偏位測量，根據架設在現場的設備，主要利用坐標法進行空間位置測量。通常可以用儀器架設在基準點上，然后通過監視一個基準點觀察縱軸特點，通過對比實測與設計同軸線數據，可以比較得到一個軸線偏位。

第三，索塔塔頂位移測量，通常在鎖塔安裝拉伸過程中，采用坐標法進行控制點的控件坐標測量。可以在儀器上加設一個已知基準點，然后對比另一個基準點觀測塔頂基準點，通過實際和觀測坐標對比計算頂位移狀況。

3 施工預拱度計算

一般的平轉法施工橋梁由于在轉體結束后線形調整較困難，為了使最終成橋狀態時達到設計的線形，必須從拱肋合龍階段開始考慮預拱度的影響。

可以將施工過程劃分為多個施工階段。采用MIDAS／Civil建立了三維有限元模型，進行了施工階段的數值模擬。然后確定各主要施工階段鋼管混凝土拱肋的位移［6］。

然后根據《鋼管混凝土拱橋技術規程》的規定：拱肋預拱度的設置應取橋梁施工階段撓度＋1／2汽車荷載撓度＋徐變撓度。

最后，假設施工階段跨中撓度最大值位于跨中處，最大位移為－0.031m；徐變產生的位移最大值位于跨中處，位移最大值為－0.019m；汽車荷載作用下位移最大值位于距跨中10m 處，位移最大值為－0.010m。最后將實際計算各撓度按照規定進行疊加計算后得到的計算預拱度曲線如圖3所示。預拱度最大值位于距跨中10m處，最大預拱度為0.052m。

由圖4(a)可知，當τ

4 轉體的平衡稱重方案

為了更準確地獲得系統的實際重量分布，保證回轉體的順利、平穩運行，還需要通過平衡稱重試驗對理論計算結果進行檢驗［7］。

通常要對鋼管混凝土拱橋在橋梁結構安排，也由于存在不對稱的設計，具體的過程會導致橫向分布差異和后壁結構預應力張拉的差別，將不可避免地導致偏移重心的結構，所以需要更精確地測量旋轉系統不平衡力矩，依照實際狀況打造稱重方案［8］。

對于球鉸旋轉系統的稱重方案，一般假定旋轉體的上板及以上結構為剛體。

剛體繞球鉸中心沿縱軸方向轉動。通過在吊板底部施加轉動力矩，記錄轉動力矩在相應位置引起的位移。開始時，位移值緩慢而均勻地增加。當轉動體在轉動力矩、不平衡力矩和靜摩擦阻力矩的共同作用下正處于臨界平衡狀態時，位移會發生突變。通過對試驗中測得的舉升力和位移數據進行稱重，繪制出力－位移曲線，從而確定曲線拐點的位置。與拐點相對應的力的大小就是臨界力，通過改變升力和位移測量點的位置，可以得到多個測試結果［9］。

假設的旋轉系統鋼管混凝土拱橋采用平面鉸鏈，也就是說，旋轉系統沒有球鉸鏈，因為沒有球鉸鏈之間的上、下盤，平衡重的計劃不同于球鉸鏈旋轉系統。

在稱重過程中，應使用環上的安全墩作為樞軸點，而不是球鉸中心。由于在平衡稱重時，沒有球鉸的旋轉系統需要支撐整個旋轉系統，因此需要提供足夠的舉升力，并對旋轉支點施加較大的彎矩效應。僅在上下旋轉板之間施加力的方法很難實現。在鋼管混凝土拱橋的平衡在稱重過程之前，我們在第一次嘗試類似的球鉸鏈的重負荷將承壓系統，發現頂推力超過范圍，也沒有看到應變傳感器讀數顯得更大的突變，最后重計劃以失敗告終，這證實了沒有球關節旋轉系統需要提供足夠的彎矩完成稱重。我們將考慮加載位置的拱肋懸臂端，所以，當相同的力，在加載的過程中可以保證提供更大的扭矩，活躍時不平衡彎矩是略高于臨界彎矩的價值，另一方面保險碼頭位置位移發生突變，載荷和位移曲線的繪制是一個明顯的轉折點，可以計算不平衡力矩的轉折點［10］。

那么，可以假設的平衡稱重方案為：

1）由于橋墩與環的距離4cm左右，考慮提前將位移傳感器安裝在靠近橋墩的位置，將千斤頂和壓力傳感器安裝在拱肋懸臂端托架上；2）調整兩個點的初始狀態，并記錄傳感器的初始數據；3）隨著兩個頂的加力，要觀察傳感器數值變化大小，如果數值增量小的話，就要繼續加力。當出現突變以及傳動系統被支撐起來，并且十分明顯就可以記錄自己的傳感器讀數［11］；4）當懸臂端位置已經選好以后，就要對轉動體系進行多次頂升試驗；5）畫出P－Δ曲線；6）最終就可以偏心距和不平衡矩，然后最終確定配重。

5 結語

本文主要闡述了鋼管混凝土拱橋在轉體施工當中應該包含的基本監控內容，并指出要對塔頂、塔底應力等進行監測，然后指出要通過有限元數據分析軟件進行預拱度計算，得到相關的預拱度模型圖，并根據實際需求采用預拱度值大于理論值的計算值。其次，指明在進行正式轉體施工之前，要進行平衡稱重，鋼管混凝土拱橋可以采用平面轉鉸結構，通過平衡稱重的方法將稱重過程需要對比出的變換負載位置進行計算，然后分別列舉平面和球面不同的稱重方案，給出相應的偏心距、不可平衡力矩、配重量計算。并通過進行監測結果，可以很好的說明設計值和實際值的誤差，看是否需要及時調整，然后分析各個應力監測結果，如果符合計算結果就不需要調整，如此循環往復，能夠進行良好的轉體施工控制。