某钢结构系杆拱桥施工控制

某钢结构系杆拱桥施工控制

丁路彬

身份证号码：321283199111291276

泰州巨匠建筑加固工程有限公司

摘要本文以从某钢结构系杆拱桥的结构和施工特点出发，确定了施工控制基本原则及控制方法。施工控制结果表明：成桥状态下，该钢结构系杆拱桥系梁、拱肋的线形、结构的应力状态以及吊杆力均控制在规范限值以内，与设计目标值偏差较小，达到了施工监控目标。

关键词 系杆拱桥；钢拱桥；施工控制

————————————————

作者简介：

1前言

与采用其他建筑材料的拱桥相比，钢结构拱桥具有结构轻盈，外形美观，承载力高，跨越能力大，抗震性能好等诸多优点，在公路工程中得到广泛应用[1]。某下承式钢结构系杆拱桥，采用少支架法拼装拱肋和系梁。相对于满堂支架，钢管桩支架具有良好的强度、刚度和承载能力，能够有效控制结构沉降带来的不利影响，但采用少支架法安装的结构一旦施工完成，则后续线形调控手段较少。本文  针对少支架法的施工特点，介绍了本项目的施工控制原理，具体实施工作及施工控制成果，可为采用相同施工工艺的拱桥施工控制提供一定的参考。

2项目概况

2.1总体设计

某拱桥结构形式采用106m下承式系杆拱。主桥横桥向布置两片矩形钢箱拱肋，平行布置，横桥向间距为18.3m，拱轴线为二次抛物线，计算跨径 106m，矢高 21.2m，矢跨比 1/5。桥面系为纵横梁体系，由加劲梁、横梁、小纵梁和桥面板组成，均为钢结构，桥面板为正交异形板结构。

全桥共布置12对钢绞线整束挤压吊杆，顺桥向间距7.5m，与横梁间距相对应；水平系杆系杆沿系梁通长布置，每侧4道，全桥共设置8道。

主墩采用双柱墩接盖梁形式，墩柱下设置承台，承台厚3.0m，平面尺寸为8.2×8.2m，承台下采用9根直径1.2m钻孔灌注桩。承台间设置钢筋混凝土系梁，系梁厚3m。主墩桩基采用18根摩擦桩的群桩基础。

3施工方法

根据现状调查，在本桥拟建桥位处上下游3公里范围内的桥梁的通航孔均在22m 左右。为满足通航需求，本桥总体施工步骤为先梁后拱，系梁、拱肋采用少支架拼装，并设置通航临时孔。主要施工步骤如下：

（1）施工主墩基础、承台和墩身，设置临时墩及临时通航孔；同时工厂预制钢拱肋、钢梁；（2）架设贝雷梁支架，节段拼装端横梁及拱梁结合段；（3）河中搭设钢管立柱，设置临时通航孔，吊装系纵梁分段、桥面组合板及桥面挑臂；（4）搭设拱肋支架、节段拼装钢拱肋；（5）安装并张拉水平系杆，拆除拱肋支架，对称安装吊杆；（6）安装临时支架附近的2块组合梁板和4块挑臂板；（7）施工附属设施，调整吊杆力及系杆力，竣工通车。

4、施工控制基本原理及特点

4.1施工控制原理

本桥施工过程中控制的主要目标是使成桥后主拱、系梁均达到设计目标线形。本桥采用先支架上施工系梁，后进行拱肋节段现场拼装的总体施工方法，在施工过程中循环性的工序相当少，且对已施工结构进行调整的措施不多，因此，从控制论的角度可以实行开环控制。

4.2施工控制特点

本桥采用钢拱柔梁吊横梁体系，其施工控制工作与其他结构形式的拱桥相比，既相互联系，又存在部分差异。主要特点如下：

1）本桥拱肋、系梁均采用少支架施工，对已施工结构进行调整的措施手段非常有限，线形控制主要通过对支架变形的精确测量和准确的施工预拱度计算进行控制。因此，拱肋、系梁的线形控制对前期计算精度和测量精度要求相当高。

2）支架施工阶段，主拱不会产生水平推力，而随着吊杆的张拉，主梁自重不断转移到主拱上，从而使拱脚推力不断增加，主跨拱脚的水平推力主要由水平系杆平衡。因此，需要对吊杆和水平系杆在施工过程中的张拉力和张拉时机进行优化[2]。

4）对于钢箱拱肋而言，压杆局部失效可能导致全桥的整体失稳，如何保证经过复杂的施工过程成桥后杆件处于合理内力状态，以保证其运营状态的安全性，也是施工计算中应当考虑的重点。在传感器的布设中，应考虑对关键位置的重点监测。

4施工控制工作内容

4.1施工控制计算

采用MIDAS Civil 2019建立本桥全桥计算模型，进行整体静力分析，拱肋、风撑、系梁等采用梁单元模拟，吊杆、水平系杆采用桁架单元模拟。全桥共划分为917个节点、1064个单元，18个施工阶段。施工阶段见表1

表1施工工序表

4.2线形控制

线形控制是直观了解桥梁结构在施工阶段荷载作用下位移响应的主要方法，是保证结构线形达到设计预期目标的关键。为消除日照温差引起的梁体挠曲，线形测量选择在温度变化小、气温稳定的时间段进行，并在尽可能短的时间内完成测量工作。

桥面系施工完成后，对拱肋，系梁的线形进行复测。根据测量结果，拱肋、系梁的设计高程与实测高程的变化趋势相同，两者吻合较好，拱肋跨中顶部测点高程与设计线形的最大偏差为1.8cm，主梁跨中高程测点与设计线形的最大偏差为2.1cm，均控制在在3.0cm以内，由此可知结构线形控制达到了预期目标。

4.3吊杆力控制

吊杆力的准确性与否是关系到拱桥施工控制能否顺利实施的关键之一，也是反映桥梁结构受力状态的重要指标[3]。索力测量采用振动频率法间接测定，并与张拉设备油压表读数进行校核。

本桥桥面系施工完成后，对1~12号吊杆进行吊杆力复测，并与与理论值对比，实测成桥吊杆力与理论值基本相符，相对偏差最大值为4.1%，出现在7#吊杆，表明成桥阶段恒载下，本桥成桥吊杆力与理论值符合较好，达到了预期的控制目标。

4.4应力测试与分析

钢箱拱桥施工过程中，应力测试的主要目的是了解结构的安全状态，判断各主要构件的应力是否在设计预期的范围内，并校核前期监控计算的准确性。[4]

本桥系梁、拱肋各布设5个应力测试控制断面，分别为拱脚附近断面，四分点断面及主跨跨中断面，拱肋上下缘各布置1个应变计，系梁上下缘各布置2个应变计，通过配套读数仪测量其应力分布。

桥面系施工完成阶段，全桥主梁上下缘全截面受压，主梁应力实测较计算值偏大，误差在10%~15%间波动，最大偏差出现在主梁小里程四分点处，计算值与实测值的总体规律一致，表明结构应力水平在合理范围内，与设计目标状态接近。

5结论与展望

对于采用少支架、先梁后拱逐段拼装方式施工的下承式拱桥，施工监控应采用开环控制方法。开环施工控制方法，在控制策略上对前期计算合理性，现场测量的精度和定位控制的准确性要求较高。本项目在对施工方案和施工图深入理解的基础上开展监控计算；整个施工过程中，克服了少支架施工的不利因素，对线形、应力、吊杆力变化等结构响应进行了监测，并在二期恒载施工完成后，对成桥桥梁结构状态进行复测，以验证本桥施工控制的工作成果。桥面系施工完成后，系梁、拱肋实际线形与成桥理论线形基本一致，主梁应力状态合理，成桥吊杆力设计值与设计成桥索力符合较好，可知开环控制法对钢结构系杆拱桥的施工控制具有良好的应用效果，达到了预期目标，对同类型桥梁的施工控制具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]粟立彬. 大跨度钢箱提篮拱桥施工控制计算及力学特性分析[D]. 湖南:长沙理工大学,2018.

[2]车小林. 钢筋混凝土系杆拱桥合理成桥状态与吊杆索力优化研究[D]. 贵州:贵州大学,2019.

[3]李珈瑶. 钢箱系杆拱桥拱肋线形控制及吊杆力优化研究[D]. 四川:西南交通大学,2019.

[4]王成树. 大跨径系杆拱桥施工监控若干关键技术研究[D]. 江苏:东南大学,2004.