某鋼管混凝土系桿拱橋施工位移和線形分析

陳 春 苗

(廣東威實工程試驗檢測有限公司，廣東 廣州　511363)

0　引言

鋼管混凝土系桿拱橋屬于外部靜定內部高次超靜定結構，對系梁內力、成橋拱軸線形以及吊桿、臨時索的張拉力等有嚴格的要求，每個節點位置的變化都會引起結構內力的重新分配[1]。由于結構各構件之間剛度相差懸殊，受混凝土收縮徐變、溫度變化、風荷載、吊桿力、施工臨時荷載、臨時索和預應力張拉等因素干擾，使力與變形的關系十分復雜。

在橋梁施工計算中，雖然可以采用多種計算方法，計算出各施工階段構件的內力和變形，但是按理論計算指導橋梁施工時，結構的實際變形和內力卻未必能達到相符的結果[2,3]。這主要是由于設計時所采用的計算參數諸如材料的彈性模量、構件重度、混凝土收縮徐變系數、施工中溫度變化以及施工臨時荷載等與實際工程中不完全一致所引起的[4]。

復雜橋梁在施工中表現出來的這種理論與實際的偏差具有累加性，如不加以及時有效地控制和調整，結構線形最終會偏離設計目標，影響成橋后的內力狀態[5]。因此，采用施工監測、控制是保證橋梁達到設計要求的重要手段，是橋梁施工過程中不可缺少的工序[6]。

本文將以某下承式鋼管混凝土系梁拱橋為例，介紹該橋梁在施工監控中各測點位移變化和成橋后標高，主要包括拱腳縱向位移、拱肋豎向位移以及成橋后橋面標高和拱肋標高以及相應分析。

1　工程概況

某下承式鋼管混凝土系桿拱橋計算跨徑為85 m。主橋分左右兩幅，其中一幅橫斷面布置為：0.25 m(欄桿)+1.00 m(人行道)+2.50 m(非機動車道)+0.50 m(機非分隔帶)+11.50 m(機動車道)+5.00 m(中央分隔帶)，另一幅沿中央分隔帶中心線對稱布置。主橋中橫梁為T形截面的預制預應力混凝土結構，端橫梁為Z形截面的現澆預應力混凝土結構，系梁系桿為矩形斷面，橫梁和系桿均采用C50混凝土。拱肋采用圓端型鋼管，內填C50微膨脹自密實高強混凝土，拱軸線為二次拋物線。全橋吊桿共60根，每幅橋30根。主橋橋墩為異型框架墩墩身，采用C40混凝土。

本工程主橋為一跨過河結構，河中不設墩，施工方案選擇先拱后梁河中無支架施工方案。由于拱肋吊裝前未進行支架預壓以及拱肋安裝存在誤差，鋼拱肋吊裝完成后，拱軸線標高與設計值出現偏差，北側拱軸線標高最大低于設計值66 mm，南側最大低于設計值34 mm。為保證后期施工過程和成橋后，橋梁線形和結構內力滿足規范和設計要求，應進行橋梁線形監控。主橋線形測試階段編號見表1。

表1　主橋線性測試階段編號

2　線形測點布置

橋梁結構變形測試分為豎直方向上的線形及位移測試、水平方向上的線形及位移測試兩個部分，通過兩個面內的測量來掌握橋跨結構的空間幾何狀況。根據設計施工圖施工順序并結合分析計算結果，布置相應的位移和線形測點。主要包括拱腳縱橋向水平位移、鋼管拱肋豎向位移、拱肋標高以及橋面標高。位移和線形量測釆用精密水準儀和全站儀配合棱鏡。為盡量減少大氣溫度的影響，觀測工作宜安排在早上九點前進行。

1)拱腳縱橋向水平位移測點布置：每個拱腳1個測點，共4個測點，固定鉸支座側測點編號為：GJ-1(南)、GJ-3(北)，活動鉸支座側測點編號為：GJ-2(南)、GJ-4(北)。

2)鋼管拱肋位移及線形測點布置：布置于吊桿上錨固端墊板位置，每片拱肋15個測點，共30個測點，編號從固定鉸支座側到活動鉸支座側依次增大。南側測點編號為GL-1～GL-15，北側測點編號為GL-16～GL-30，如圖1所示。

3)橋面標高測點布置：成橋后，橋面標高測點布置于行車道和人行道邊緣，并按照15根吊桿對應位置等間距布置。編號從固定鉸支座側到活動鉸支座側依次增大。南側測點編號為QM-1～QM-15，北側測點編號為QM-16～QM-30。

3　拱腳水平位移

拱腳縱橋向水平位移監測以鋼拱肋吊裝完成為測試初始值。拱腳各測點累計位移的實測值與理論值見表2，圖2。

1)固定支座側測點實測累計位移與理論累計位移最大差值出現在系梁永久束張拉完成后，GJ-1測點和GJ-3測點均相差8.3 mm。橋面鋪裝完成后，活動鉸支座側兩測點的實測累計位移與理論累計位移差值分別達到了-19.1 mm和-20.1 mm。其余兩者差值基本保持在5.5 mm以內。

2)隨著施工過程的進行，各拱腳位移實測與理論值變化趨勢相同。除個別測點外，各測點數據吻合較好。整體上施工控制過程良好，結構整體剛度與理論值相近。

表2　拱腳水平位移(一)　mm

4　拱肋豎向位移

拱肋豎向位移監測以鋼拱肋吊裝完成為測試初始值。本文中選取南北拱肋跨中截面測點和3/4截面測點累計位移的實測值與理論值，具體數值見表3，圖3。

1)跨中測點實測累計豎向位移與理論值相差最大的測點出現在臨時索張拉3 850 kN的GL-8測點，為21.5 mm。3/4拱肋測點兩者相差最大的測點出現在臨時索張拉3 450 kN的GL-16測點，為21.1 mm。其余大部分相差基本保持在15 mm以內。

2)整個施工過程中，拱肋理論計算變形值和實測值變化趨勢基本一致。3/4截面測點實測位移和理論位移相差不大，跨中截面測點在第二階段和第十階段兩者相差稍大，但差值穩定。在橋面鋪裝完成后，跨中截面和3/4截面測點的實測值與理論值相差均在8 mm以內。

表3　拱腳水平位移(二)　mm

5　成橋線形

本文列出成橋后北側橋面標高和南側拱肋標高，成橋線形如表4，圖4所示。表4中序號1～15對應測點QM-1～QM-15以及測點GL-1～GL-15。

實測標高與設計標高趨勢一致，橋面和拱肋實測標高均比設計標高低，北側橋面標高實測值與設計值差值保持在45 mm左右。南側拱肋實測標高比設計標高最大低47 mm。主要原因為拱肋吊裝完成，拱軸線出現較大偏位，偏位差值基本與初始差值一致。成橋后，橋梁線形較為平順，說明橋梁整體受力較為合理。

表4　成橋線形　m

6　結語

本橋采用先拱后梁的施工工藝進行施工，施工過程中重要節點工況應進行跟蹤監測和跟蹤計算，重點進行了結構位移和線形監測。主要結論如下：

1)施工過程中，各測點位移實測值與理論值變化趨勢一致并且數值大小吻合較好，結構實際剛度與理論值相差較小。成橋后，拱肋和橋面標高偏位與初始偏位一致，線形較為平順，橋梁整體內力較為合理。2)端橫梁澆筑前，支架安裝應預留一定拋高并及時進行支架預壓，拋高量應根據實際情況進行計算，確保拱肋安裝完成后標高滿足設計要求。3)臨時索、預應力以及吊桿張拉對結構的位移影響顯著，應根據實際測試結果及時調整施工方案，保證結構內力和變形符合要求。

參考文獻：

[1]徐治華.鋼管混凝土系桿拱橋吊桿張拉控制與優化研究[D].西安：長安大學,2014.

[2]余報楚,張哲,李生勇，等.一種混凝土橋梁徐變的有效計算方法[J].哈爾濱工業大學學報,2006,38(6):994-996.

[3]李波,楊慶山,譚鋒.張力結構的施工計算[J].北京交通大學學報,2007,31(1):93-96.

[4]吳國勝.大跨度鋼箱梁斜拉橋施工控制中的誤差分析[D].成都：西南交通大學,2008.

[5]齊林.大跨度連續剛構橋施工控制理論與應用研究[D].長沙：中南大學,2007.

[6]黃曉東.掛籃支架聯合施工的預應力混凝土連續梁橋施工監控研究[D].杭州：浙江大學,2008.