某鋼管混凝土拱橋施工監控研究

胡 彬 徐郁峰

(華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510640)

鋼管混凝土拱橋是一種鋼—混凝土組合橋梁結構，該結構是在薄壁鋼管內填充混凝土，一方面可以借助內部填充的混凝土增強鋼管壁的穩定性與剛度，另一方面又利用了鋼管對核心混凝土的套箍作用，使混凝土處于三向受壓狀態，從而使其具有更高的抗壓強度[1,2]。由于鋼管混凝土拱橋的造型美觀、受力性能較為優越、造價低廉，在橋梁建設領域得到廣泛的應用。

在鋼管混凝土拱橋施工過程中，結構的剛度和其內力狀態不斷發生變化[3]，所以有必要針對具體的橋梁施工過程，進行有限元模擬仿真分析、應力監控、變形監控。筆者以某鋼管混凝土拱橋的施工監控實例，對該橋施工監控中的有關技術問題進行介紹和研究。

1 工程背景

該橋主橋為跨度136 m下承式倒三角鋼管拱橋，主梁采用弧形底混凝土箱梁，主拱圈采用鋼結構，主橋為整幅布置，寬35 m。拱肋采用混凝土鋼管拱結構，拱肋主材材質為Q345qD鋼材。主拱肋鋼管厚度26 mm，直徑1.8 m；副拱肋鋼管厚度22 mm，直徑1.5 m。主拱肋內設19根吊桿，副拱肋內設13根吊桿，拱肋灌C50的微膨脹混凝土。主橋立面圖如圖1所示。

根據橋位自然條件、運輸條件、吊裝能力、架設工期等因素，主橋采用先梁后拱的施工方法，滿堂支架現澆主跨混凝土箱梁，于箱梁上設臨時支架，分段吊裝鋼拱肋，并現場焊接，完成鋼管拱拼接后進行核心混凝土灌注。

2 施工監控的主要工作內容

2.1 有限元模型計算

根據該大橋施工監控工作的思路，筆者團隊有針對性地開展相關的計算工作。考慮到施工監控的實際需要和該大橋施工監控的復雜性，對該大橋進行了精細模型計算分析。采用橋梁結構通用分析軟件Midas Civil建立的結構模型如圖2所示。

2.2 施工控制及調整

根據施工過程有限元計算結果，可以為施工提供一些重要的施工控制、調整數據。在有關施工工況開展前，筆者團隊提供了主梁預拱度控制數據、主梁縱向預偏數據、拱肋預拱度控制數據、吊桿張拉方案和控制數據以及吊桿制造長度數據等，為大橋施工的順利開展提供可靠依據。

2.3 施工過程監測

根據該橋的結構受力特點，筆者團隊有針對性的選取一些關鍵的參數進行施工過程的持續監測，這些參數包括：主梁及拱肋應力、主梁及拱肋變形、吊桿索力。在施工的各關鍵工況完成后，對以上數據進行采集分析，并與有限元模型計算結果進行比對，對施工過程中結構的受力變化進行有效控制。

3 有限元計算結果與監測數據對比

3.1 主梁應力

在主梁預應力張拉、拱肋安裝、拱肋第一段混凝土頂升、拱肋第二段混凝土頂升、吊桿張拉完成、拆除主梁支架這幾個重要工況，對數據進行了采集分析，與有限元模型計算結果的對比如下(跨中截面)。

從圖3，圖4可以看出，主梁實測應力在主梁支架拆除前與仿真模型計算值吻合度極高，在主梁支架拆除后，與理論計算值存在一定偏差。

3.2 拱肋應力

在該橋中，鋼管拱作為重要受力構件，拱肋應力也是另一個需要重點關注的力學指標。根據有限元模型分析計算，拱肋應力的峰值出現在拱腳截面。在各施工工況下，拱腳截面的實測應力與模型理論值對比如下。

從圖5中可以看出，拱肋應力的實測值與理論值在施工全過程中均有較高的吻合度，但總體應力水平較高，仍需在后續工況及成橋后密切關注。

3.3 吊桿索力

為確保施工過程中鋼管混凝土拱的受力均勻，吊桿張拉采用循環張拉的方式，單根吊桿會經過多次張拉完成施工。選取多根有代表性的主、副吊桿，對其張拉完成后、主梁落架后的吊桿索力實測值與理論值進行對比，結果如表1所示。

表1 吊桿索力測試結果 kN

從吊桿索力結果可以看出，張拉完成后的索力與仿真計算理論值有較高的吻合度，說明張拉過程中吊桿索力的相互影響得到了準確的計算；主梁落架后，索力實測值普遍大于仿真計算理論值，原因可能為主梁的實際自重大于仿真計算中所采用的數值，導致吊桿被動受力的狀況下索力偏大。

4 結語

筆者團隊所完成的該橋施工監控仿真計算分析結果，與監控過程中采集的有關力學參數進行比對，有較高的吻合度，監控仿真計算精準，可以有效對施工進行指導；在施工監控過程中，根據仿真計算的結果，提出需要對吊桿進行多次循環張拉，以保證施工過程中的結構受力安全，該問題及施工方法對同類橋型施工具有參考價值。

[1] 辛江紅,石明星.鋼管混凝土系桿拱橋施工監控分析[J].甘肅科技,2009,25(23):138-140.

[2] 侯宏偉,徐 霞,凌 捷,等.鋼管混凝土拱橋施工監控技術[J].中國水運月刊,2014,14(12):366-368.

[3] 鄒中權,賀國京.大跨鋼管混凝土拱橋施工監控研究[J].中南林業科技大學學報,2007,27(4):71-75.