某中承式鋼管拱橋施工監控

徐郁峰 鄧楚劍

(華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510640)

1 工程概況

大橋主橋為三跨連續的蝶形系桿拱橋，跨徑布置為29.25+76.5+29.25=135 m。主梁均為扁平鋼箱梁；拱肋為圓形鋼管，拱軸線為二次拋物線，橫橋向向外傾斜，邊腿略向內傾，邊腿及主拱肋拱腳鋼管內灌注微膨脹混凝土。

橋型整體圖見圖1。

主橋鋼結構安裝采用先梁后拱的方式，鋼箱梁及拱肋均采用支架拼裝施工。主橋在樁基承臺施工完畢后，先安裝拱腳邊腿及與之對應的鋼箱梁節段，再依次安裝主跨、三角鋼架段、邊跨主梁。隨后逐段安裝主拱肋，并張拉吊桿、系桿，最后施工橋面鋪裝及附屬結構。

為改善拱腳受力，大橋設計在合龍前將主拱向邊跨側頂推，并在合龍張拉吊桿后卸除頂推力。

2 施工監控目的

在大橋施工的過程中，各個施工工況都會對現有結構的內力和變形產生或多或少的影響，并且大部分影響將一直累積到最后影響成橋時的結構內力與線型。所以，為了使成橋后結構內力和線型能較好的滿足設計要求，在大橋的施工過程中對其關鍵部位的變形、應變等各項數據進行嚴格監測和控制是十分必要的。除此之外，還可以根據識別監測的數據來把握施工過程中重要的狀態參數，從而達到指導優化施工方案，簡化施工流程，消除可能對結構安全和施工安全產生不利影響的因素。

3 施工監控的工作內容

結合該鋼管拱橋的施工特點，為了達到施工監控的目的，大橋的施工監控主要工作包括了[1]：1)前期對施工過程建模仿真計算；2)施工現場的數據測量；3)測量結果與計算對比后的參數分析；4)根據分析結果指導調整施工或指導下一步施工。

其中，建模仿真分析是為了獲得施工過程中各個階段結構的內力與變形等理論數據，同時大致掌握工程整體的情況。現場測量的目的是為了獲取施工過程中結構內力、變形的實測數據。在完成上述兩項工作的基礎上，就可以對結構的有關參數進行識別，修正計算理論值。這些工作都是為了進行施工調整服務的，也就是實現施工控制的目的。

4 施工過程的仿真計算

施工過程仿真計算是在施工前，根據設計使用的施工工藝，工序等信息，并考慮多種因素影響，利用有限元計算軟件進行建模，得出施工過程中的理論數據，預估需要重點把握的施工階段，為施工的控制提供理論依據。

本項目的仿真計算有限元模型采用Midas Civil建立，共計601個節點，574個單元。模型如圖2所示。

5 施工過程的現場測量與控制

5.1 應力測量控制

拱作為拱橋結構最主要的受力構件，拱的應力水平是施工中最需要關注的一個數據，根據仿真分析計算結果，確定了結構施工過程中應力變化較大的位置，據此安排了傳感器的布置方式，具體如圖3所示。其中拱的應力測試截面每側7個，共計14個截面。每個截面又布置4個測點。

主梁的應力測量截面共設5個，分別為主跨跨中、兩個邊跨跨中和兩個三角鋼架的跨中。每個測量截面又設頂板3個底板3個共6個測點。

大橋施工過程中應力水平較小，但頂推過程中需要重點監測拱腳的應力變化情況，確保達到設計要求的頂推效果。

5.2 變形測量控制

5.2.1主梁標高

主梁施工采用的是滿堂支架法，為了保證橋面線形滿足設計要求，需定期對橋面標高進行監測。

標高測量采用的儀器是高精度水準儀。為了減少溫度變化對鋼橋標高產生的影響，標高的測量時間一般選在早晨太陽出來之前。鋼主梁在陽光照射下升溫較一般混凝土主梁快，所以測量需要盡快完成。

5.2.2拱肋空間位置

由于鋼管拱橋的拱肋一般是分節段吊裝，所以每個節段的空間位置不能偏離設計值過多，否則將會與相鄰節段焊接空隙過大，拼接后影響拱肋的整體強度，也會對拱受力產生不利影響。而且，如果拱上吊點與梁上吊點偏差過大，吊桿張拉后將會使拱和主梁都產生一個額外的附加軸力。這在拼裝過程和體系轉換的過程中都將有著不小的安全隱患，因此在吊裝和后續施工過程中必須對拱肋的空間位置進行嚴格監測和控制。

在拱肋吊裝過程中，在拱肋中心軸線上和吊點中心布置監測點，并對空間坐標進行監測，確保拱肋的正確拼裝。在后續施工中，繼續對拱的空間位置進行監測，確保達到設計成橋目標。

5.3 吊桿索力測量控制

中承式拱橋由于需要多根吊桿連接主梁，所以是一種復雜的內部高次超靜定結構，且拱橋采用了蝶形拱的形式，吊桿也是向外傾斜的，這就是說吊桿力同時影響了橋梁的橫向受力，所以吊桿力對稱均勻張拉且達到設計索力是大橋施工的關鍵工況，吊桿力也是今后橋梁的安全運營的關鍵因素[2]。因此吊桿力的正確測量是本橋監控工作最重要的內容。

吊桿力的測量采用的是頻率法。大橋采用的是雙插耳式吊桿(如圖4所示)，吊桿與主梁和拱之間均采用插銷連接插耳與夾板，同時索體上還有一段調節套筒。該形式的吊桿的邊界條件不明確，索體質量不均勻，不同于其他雙錨固式吊桿，這導致常用的索力計算公式或者模型無法使用計算，需要使用ANSYS建立新的吊桿有限元模型，對索力—頻率關系進行計算，獲得準確的理論支持后再進行索力測量。

大橋張拉吊桿時設計工序是先張拉吊桿索力，后拆除拱肋臨時支架。但經計算后發現先張拉吊桿力對臨時支架穩定性有較大影響，故在我方的建議下改為先拆除臨時支架，后張拉吊桿力。在修正理論計算的基礎上，我方制定了合理的張拉順序，在吊桿張拉過程中與施工單位密切配合。在橋面鋪裝后對索力再次進行測量，對索力偏差偏大的吊桿進行調整，將最終索力與設計索力誤差控制在±6%以內。

6 施工監控成果

在本次橋梁施工過程中，經各方人員的通力合作，最終順利完成了橋梁的施工監控工作，并且取得了良好的效果，線型，應力等實際測量值與設計理論值對比偏差符合設計要求，同時還獲得了大量有助于對大橋型研究工作的監控數據。但由于篇幅有限，本文僅列出本次監控工作中最重要的索力監控成果，如表1所示。所有吊桿索力與設計索力控制在±6%之內，監控效果較好。

表1 吊桿索力控制結果

7 結語

大橋采用的蝶形拱結構外觀新穎獨特，但給施工監控工作帶來了一些困難。中承式鋼管拱橋的主體結構體系較為明確，傳力途徑簡單，且大橋施工過程中結構應力較小，所以結構應力在安全范圍內能夠得到保障。在本次監控工作中，監控人員對整個施工過程進行了詳細的模擬計算，同時密切監測了大橋施工過程中的重要結構變化階段，并在此基礎上及時提出有效的調整措施，為大橋的高質量、高效率施工提供了強有力的技術保證[3]。這次的監控工作也為同類型的中承式鋼管拱橋施工監控工作積累了一定的經驗。

參考文獻：

[1] 韓大建，蘇 成，王衛峰.崖門大橋施工監控的技術流程與主要成果[J].橋梁建設，2003(1)：6.

[2] 顏顯玉，李 浩.中山市長江大橋的施工監控[J].華南港工，2008(1)：60-63.

[3] 蘇 成，王 濤，范學明.廣東西江大橋主橋施工監控技術流程與主要成果[J].福州大學學報(自然科學版)，2005，33(10)：245-259.