钢管混凝土系杆拱桥施工监控分析

徐 秀 成

(天津城建设计院有限公司，天津 300000)



钢管混凝土系杆拱桥施工监控分析

徐 秀 成

(天津城建设计院有限公司，天津 300000)

结合某跨径96 m钢管混凝土系杆拱桥工程实例，介绍了系杆拱桥的主要施工过程，并从拱肋与系梁的变形、拱脚水平位移、拱肋与系梁的应力以及吊杆的内力等方面，进行了施工监测设计，可为同类桥梁的施工监控过程提供参考。

系杆拱桥，施工监控，拱肋，吊杆，变形监测

1 工程概况

某铁路钢管混凝土系杆拱桥，梁全长100 m，计算跨径为96 m。该桥拱肋平面内矢高19.2 m，采用悬链线线型。拱肋横截面采用哑铃形钢管混凝土截面，截面高度3.0 m，等高布置，钢管直径为1 m，由16 mm厚的钢板卷制而成，钢管内填充微膨胀混凝土。系梁为单箱三室预应力混凝土箱形截面，箱宽17.1 m，高2.5 m。系梁内设16根19-7φ5钢绞线系杆，锚固在系梁梁端。如图1所示，该桥吊杆布置采用尼尔森体系，吊杆间距为8 m，采用127根φ7高强低松弛平行钢丝束。

该系杆拱桥采用先拱后梁的施工方法，靠拱脚段拱肋在系梁上搭设支架安装，中间大节段拱肋采用吊装方法施工。拱肋钢管混凝土灌注后，在拱肋上悬挂模板，分段现浇各节段系梁混凝土。

2 主要施工过程

1)主孔基础及墩身的施工，施工支架基础搭设支架并预压，现浇拱脚及节段1、节段1′系梁节段混凝土。

2)在现浇系梁上搭设支架，预拼拱肋钢管(空间)，根据需要加设临时定位撑(见图2)。

3)钢管拼装焊接完毕后安装部分系杆并进行张拉，依次泵送拱肋上管管内混凝土、拱肋下管管内混凝土、拱肋腹板板内混凝土(见图3)。

4)张拉系梁1,1′节段内的部分横向预应力束并灌浆，安装2,2′吊杆并进行张拉，拆除系梁支架(见图4)。

5)张拉2号及11号系杆，对称安装系梁挂篮，浇筑节段2、节段2′混凝土，安装3号、3′号、4号、4′号吊杆并进行张拉，按照张拉系杆浇筑混凝土安装吊杆的顺序依次进行后续施工，直至中跨合龙(见图5)。

6)张拉1，1′吊杆，对称张拉系梁的顶板和底板束，拆除墩梁临时固结措施，复查吊杆索力并调整至设计值，分批对称张拉系梁内全部剩余预应力索达到设计索力并张拉剩余横向索。

7)安装桥面二期恒载，复查吊杆索力并调整到设计值。

3 施工监控设计

3.1 施工监控计算模型

结构计算利用桥梁博士3.1.0程序进行。参考设计提供的施工过程，全桥总体模型共建立主梁单元50个，拱肋单元48个，吊杆单元20个，全模型总计单元155个，节点142个。结构计算模型如图6所示。

3.2 拱肋与系梁变形监测

根据本桥的结构受力特点，确定拱肋和系梁变形状态监测位置布置在拱肋的拱脚、拱顶及各吊杆锚点位置，其中系梁布置40个测点，拱肋布置28个测点，如图7所示。

在各个施工工况结束后，进行拱肋空间位移的监测，为尽可能减少温度的影响，测量宜安排在凌晨日出之前，采用全站仪测量。测量方法是在两岸设置固定观测站，用全站仪按4测回观测法观测拱肋各控制点的三维坐标，根据所测定的坐标来计算拱肋各控制测点的空间位移变化。

3.3 拱脚水平位移监测

对采用先拱后梁方法施工的系杆拱桥，由于在施工过程中需对系杆进行多次张拉以尽可能平衡拱脚不断增加的水平推力，但拱脚水平力不可能完全抵消(水平力差)，而拱脚的水平力差会导致拱脚产生水平位移。在拱脚与桥墩临时固结的情况下，拱脚的不平衡水平力会使桥墩参与受力。如实测水平位移偏离理论值较大，应暂停施工以查明原因，因此施工过程中要加强对拱脚水平位移的监测。拱脚水平位移的测点布置如图8所示。

3.4 拱肋系梁应变监测

通过对结构构件在各施工工况的关键截面应力变化情况进行监测，并与监控计算模型的理论数值对比分析，应力测试数据偏离计算值，若出现偏差较大的情况，则要查明原因后再进行施工，以保证结构的安全可靠。

应力状态的测试采用智能温度型数码应变计。根据本桥的结构受力特点，监测位置布置在拱肋的拱脚、四分点和拱顶截面。应力状态的测试时间在全天分时段进行，通过设定测试的间隔时间随时控制截面的应力状态，以确保结构的安全。拱肋系梁应变测点设置见图9。

3.5 吊杆内力监测

吊杆是拱桥的关键构件，成桥吊杆力是决定系杆拱桥内力及最终线形的关键因素，保证成桥吊杆力的准确对结构的内力状态、结构线形以及结构的稳定性有重要意义。在本桥的施工控制中对吊杆力在各主要工况进行跟踪测量，并与理论计算结果进行对比以作校核。

目前吊杆内力的测试方法有多种，但最方便实用的则是振动法，采用专用的夹具将加速度计固定在吊杆上，以测定吊杆的振动。

4 结语

施工控制的目的就是通过在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，根据监测结果，评估各主要施工阶段结构主要构件的变形及材料特性变化状态是否符合设计要求，判断施工过程是否安全，结构是否正常工作；而当出现较大误差时，应对结构进行误差分析，对后续进行的施工方案进行合理安排，从而保证桥梁结构施工过程安全可靠，成桥时最大可能地接近设计状态。

综合分析实测的结构受力状态与理论计算结果基本一致，说明结构的受力状态满足设计要求，主桥的结构是安全的，达到了施工监控的目的。

[1] 徐晓和,陈小强.大跨度钢管混凝土系杆拱桥施工监控[J].铁道建筑,2009(10):22-23.

[2] 向木生,杜国东.钢管混凝土拱桥施工监测与控制技术[J].工程力学,2001(A03):809-814.

[3] 王 君,杨振伟,王高彦.高速铁路大跨钢管混凝土提篮式拱桥施工监控[J].桥梁建设,2011(6):82-88.

On construction monitoring of steel pipe concrete tied-arched bridges

Xu Xiucheng

(TianjinUrbanConstructionDesignInstituteCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

Combining with some 96 m-span steel pipe concrete tied-arch bridge project, the paper introduces the main construction process of the tied-arch bridge project, and undertakes the construction monitoring design from the deformation of arch rib and tied-beam, horizontal displacement of arch abut, stress of arch rib and tied-beam and internal stress of the suspender, so as to provide some reference for the construction monitoring process of similar bridges.

tied-arch bridge, construction monitoring, arch rib, suspender, deformation monitoring

1009-6825(2016)20-0153-02

2016-05-09

徐秀成(1970- )，男，高级工程师

U448.225

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