中承式桁架拱钢混叠合梁桥施工监控施工技术

鲍东文 张广华 王岳

中建五局第三建设有限公司，长沙 410004

[摘要] 淄博高新区猪龙河综合治理生态建设工程为重点工程，站东路桥为站东路道路工程与猪龙河园林工程关键节点。站东路桥采用中承式桁架拱+钢混叠合梁桥结构，通过全过程的施工监控，调节吊杆的应力值使得应力合理分布在钢桁架之上，保障了桥梁的安全性。

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图1 站东路桥鸟瞰效果图

关键词] 中承式桁架拱 钢混叠合梁 监控

1 工程概况

本桥位于站东路，跨越猪龙河水系。工程范围内桥长81.28m（包含桥台搭板），桥梁结构宽度42.1m。本桥为一跨中承式桁架拱结构形式桥梁，主梁采用中承式桁架拱+钢混叠合梁桥结构，主跨63m（支座中心线之间的距离）。

2 工程特点与难点

2.1 站东路桥主梁为多主梁简支箱梁结构，钢混叠合梁结构形式，主梁宽42.1m。本桥钢主梁由5个开口断面箱梁组成，上布剪力钉，顶面安装预制混凝土板，并预留混凝土板后浇带进行现场浇筑，待后浇带混凝土达到设计要求后张拉桥面板预应力筋形成整体。预制桥面板与后浇带混凝土龄期差异导致的收缩徐变问题，本桥施工阶段模拟分析的重点之一。

2.2 进行施工阶段仿真计算，确定主体施工完成后下一步施工工序的受力状况，以及确定吊杆安装时机等是该施工监控的重点和难点之一。

2.3 工程施工工期长，跨越季节多，温度影响较大。

3 关键施工技术与工艺

根据以上特点，结合现场实际，施工监控内容主要分为前期施工监控结构分析、现场安装二个阶段。前期阶段，对全桥施工过程模拟分析，确定安装线形；各施工阶段安装分析，确定各阶段理想目标线形，校核最不利状态下结构物的安全，对承载能力薄弱的构件预警；设计参数或误差因素敏感性分析，确定主要施工误差因素；根据误差分析结果建立施工误差调整方案的预案。现场安装阶段，吊杆安装过程中施工监控。在确保设计成桥目标实现的前提下，施工全过程理论计算结果与未来施工实际状态应尽可能地接近，使理论分析和实际施工状态间的误差减小到最小。站东路桥主桥采用搭设支架安装主梁后架设桁架拱安装吊杆的施工技术，采用几何控制方法，做到满足成桥后线形和内力的精度控制要求，又简化施工监控的难度以及方便施工。

3.1 前期施工监控结构分析

3.1.1 设计校核计算

施工监控的预测计算首先采用设计计算参数对施工过程进行分析，计算出控制目标理论值。理论值由主梁理论线形、主梁理论应力、吊杆理论索力、桁架拱理论线形、桁架拱理论应力、辅助墩以及支座反力等系列数据组成。在这一计算过程中将与设计计算进行相互校核，确保控制目标不与设计要求失真。

3.1.2 施工过程仿真计算

在设计计算中通常会采用一些假定的参数用于计算，如材料弹性模量、重量、施工时间等。另外，在设计计算中还有大量的制定计算参数，如施工顺序、桥面吊机重量和中心、桥面铺装形式以及其他临时荷载等。而施工过程仿真计算是为了根据桥梁的实际施工顺序和状态，计算出与实际施工过程尽可能相符的结构力学行为。因此，在施工过程仿真计算中尽可能采用真实参数或实测参数用于计算，以反映出设计与施工的差异。

3.1.3 施工过程仿真计算与设计校核计算的比较

由于设计和施工中存在着两种既不完全相同又互相联系的计算过程，并且这两类计算可能采用不同的计算模型，由不同的单位来完成。因此，为使施工监控指导下的施工目标能与设计结果一致，首先要校核设计计算与施工过程仿真计算的闭合性。其校核过程如下图所示。只有在两者计算结论基本一致的前提下，施工监控的最终目标才能保持与设计一致；否则需要与设计人员一起仔细核对两种计算过程，找出造成计算偏差的原因并协商解决以达到一致的计算结果。

3.1.4 吊杆索力施工张拉计算

为使成桥后的结构内力和线形达到预先确定的理想成桥设计状态，必须确定各施工阶段吊杆索力的张拉力和张拉顺序。

在计算中间索力时应考虑一下因素：

（1）桁架拱线形：应满足控制目标线形的要求；

（2）主梁线形：线形尽量平顺，避免凸起和折角；

（3）控制截面应力：满足控制截面目标应力的要求；

（4）支座反力：避免出现支座负反力；

（5）施工步骤：尽量采用施工单位提出的合理施工步骤，不对施工步骤进行大的调整。

3.1.5 结构计算

临时结构的计算，主要是获得临时结构与主体结构的相互作用关系，并由此得到施工过程中主体结构的部分计算边界条件。

根据设计单位提供设计图纸，采用桥梁有限元分析软件Midas civil建立成桥模型，各设计参数及材料特性均依据设计图纸及相关规范取值，模型截图如下图所示。以下计算结果需与设计单位对比复核，最终确定的理论结果作为施工监控基础数据。

图2 站东路桥成桥模型 图3 站东路桥成桥阶段主梁位移（mm）

图4 成桥阶段全桥内力（kN*m） 图5 成桥阶段全桥应力图（MPa）

图6 成桥阶段桁架拱及系梁弯矩图（kN*m） 图7 成桥阶段桁架拱及系梁轴力图（kN）

图8 成桥阶段桁架拱及系梁应力图（MPa） 图9 城-A级汽车荷载作用下主纵梁竖向位移（mm）

图10 城-A级汽车荷载作用下主纵梁上缘应力包络（MPa）

3.1.6 施工过程模拟分析

图11 支反力（KN） 图12 吊杆初拉力（KN）

图13 主梁落架吊杆拉力（KN） 图14 主梁落架拱肋及系梁应力图（MPa）

图15 吊杆拉力（KN） 图16 拱肋及系梁应力图（MPa）

图17 拱肋及系梁竖向变形图（mm）

3.2 施工阶段的施工监控工作

站东路桥上部结构施工阶段为本项目施工监控的重要环节，精度控制是其关键所在。其步骤为：搭设支架安装桥面以上钢拱圈及钢桁架→安装吊杆，吊杆初张拉→施工桥面系→二次调吊杆，由两边向中间对称张拉吊杆→荷载试验，准备通车。监控的重点为：在主梁及拱脚处安装应变传感器；在吊杆张拉端安装锚索计；监测索力变化及主梁标高变化。

3.2.1 施工监控断面选取及测点布设

（1） 主梁施工阶段应力监控

该桥主梁简支箱梁结构，钢混叠合梁结构形式，钢主梁由5个开口断面箱梁组成，上布剪力钉，与混凝土桥面板形成组合结构。本次施工监控主要对主纵梁、标准横梁、端横梁截面施工过程中的应力变化进行监控。主纵梁控制截面选取跨种截面，系杆选取拱脚截面，五个主纵梁每底板布置2应变传感器，共计10个，系杆每底板布置2传感器，共计8个，如下图所示。

图18 主梁控制截面示意图

图19 跨中主纵梁控制截面传感器布置

主梁施工阶段标高、线性监控

主梁标高及线形监控为该施工监控的重点之一，主梁的施工阶段线形控制直接影响成桥线形能否达到设计线形。本桥主梁为搭设支架施工，施工单位应在主梁每节段两端设置标高观测标记，应保证观测标记的耐久性，并用红色油漆标记，标记位置应在吊杆吊点中心线、小纵梁位置及桥梁中心线处，如下图红色标记位置所示。监控单位与施工单位分别观测，并将数据提交给监控组，监控组根据观测结果对计算模型进行修正，并给出下一节段施工指令。主梁标高观测点布置位置如下图所示。

图20 主梁标高观测点布置示意图

图21 主梁标高纵向观测点布置示意图

(3) 桁架拱施工阶段应变监控

桁架拱采用钢结构。在桥梁断面两侧布置为桁架拱，桁架拱上玄杆采用单箱单室断面；桁架拱下玄杆采用单箱单室。标准的直腹杆采用工字型断面，标准斜腹杆采用工字型断面。经过计算可知，腹杆FG5受力较大，选取其中间截面作为监测点，每截面2传感器，全桥共计8个，如下图所示。

图22 桁架拱控制截面示意图

(4) 吊杆力监控

吊杆是最主要的传力构件之一，吊杆力的准确与否直接关系到主梁线形，乃至施工安全，因此，在施工中必须保证吊杆力测试结果正确可靠。

本

图23 桁架拱斜腹杆控制截面示意图

桥采用先分节段吊装主梁、支架拼装桁架拱，后张拉吊杆的方法。当吊杆张拉并拆除支架后，吊杆完全参与受力。此时吊杆的受力情况可能由于桁架拱变形和钢主梁的变形影响而出现不均匀的情况，需要对部分吊杆进行索力调整，即第一次张拉调整；而在二期恒载上桥后，为了保证桥面线形尽量符合设计要求，可能还需要对吊杆索力进行调整，即第二次张拉调整。因此，对于吊杆的监控工作主要集中在对吊杆的索力进行监测并与理论分析结果进行比较，从而得到吊杆第一次及第二次索力调整的最佳的调整数据。

吊杆索力常用的测试方法有预设压力传感器法、频率法、应变测试法等。在本项目中采用应变测试法和频率测试法相结合的方法。在整个张拉阶段，用频率测试法对所有的吊索力进行测量，从中选取三根吊索布设传感器，采用应变测试法测试其吊索索力，作为频率测试法的一种补充测试方法，以便及时掌握测试数据的准确可靠性。

(5) 温度监测

温度的影响总体上可分为两种，一是昼夜温差，二是季节温差。但是，如果想从挠度实测值中分离出温度影响引起的变形相当困难。因此，选择测量工作时间至关重要，宜在一天中日照温差对结构变形影响最小的时候即清晨日出之前进行测量。

为消除温度干扰、掌握温度对主梁挠度的影响规律，主桥温度观测分两部分：主梁温度～挠度随气温变化观测；主梁、桁架拱温度场观测。

(6) 裂缝监测

现场派专职人员进行裂缝观测，施工过程中一旦发现有裂缝出现，马上对其进行检查检测。测试其深度、宽度、长度，记录裂缝走向及现场温度、混凝土养护以及施工条件。为分析原因裂缝成因积累最详细的第一手数据和资料，保证施工的质量和进度。

4 结语

与同类技术相比，本工程成功采用桥梁有限元分析软件Midas civil对工程进行施工模拟分析，对桥梁内力应力监测提供数据支持，将不利条件进行提前预判与分析，使得桥梁拱架应力分部均匀，更有利于结构安全及耐久性要求，同时减少设备、人员投入、节省工期。

参考文献：

[1] 国家标准：GB50017-2003钢结构设计标准[P].中国建筑工业出版社,2018

[2] 行业标准：JTG F80/1-2017 公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程.人民交通出版社，2018

[3] 行业标准：JTG B01-2014 公路工程技术标准.人民交通出版社，2015

[4] 行业标准：JTG D60-2015公路桥涵设计通用规范.人民交通出版社，2014

[5] 行业标准：JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范.人民交通出版社，2011

[6] 行业标准：JTG/T D65-01-2007公路斜拉桥设计细则.人民交通出版社，2017