某提籃式系桿拱橋吊桿張拉階段施工監控

黃宗光

南寧城市建設投資集團有限責任公司

1 引言

提籃系桿拱橋屬于超靜定結構，由于拱肋的內傾，使得拱肋線形較其他常規平行拱要復雜，拱肋受力更加復雜，結構的空間效應較強。本文提籃式系桿拱橋采用先梁后拱的施工順序，在施工過程中影響橋梁線形和結構受力的因素很多，其中張拉吊桿階段屬于結構體系轉換階段，直接關系到拱肋和縱梁的線形和施工安全，在施工過程中盡可能精確的測量吊桿的內力，是整個施工監控任務中的重中之重[1]，本次監控的主要內容有吊桿張拉階段吊桿索力、拱肋及縱梁的應力和變形。

2 工程概況

主橋結構為下承式系桿拱橋，主跨99m，采用兩榀拱肋，拱肋向內斜靠22度，拱頂采用拱板結構將兩榀拱肋連在一起，拱頂開橢圓孔，空間拱軸線的立面為二次拋物線，矢跨比1∕5，拱高19.8m，拱肋采用鋼箱截面，高1.8m，寬2.0m，全橋雙索面，共34根吊桿。

吊桿張拉階段分為兩次張拉，每次張拉為上、下游同時對稱張拉，張拉順序為D4-D5-D3-D6-D2-D7-D1-D8-D0，第一次張拉完成后，重復上述張拉過程。

利用Midas∕Civil 軟件將整個主拱結構離散為空間梁單元，縱梁及橫梁均采用梁單元模擬，吊索采用只受拉索單元模擬。全橋模型共有個909 節點，1419 個梁單元，34 個受拉單元，其結構計算模型如圖1所示。

圖1 全橋Midas Civil 模型

3 監控實施方案

3.1 吊桿索力監測

張拉施工過程中，吊桿索力采用張拉油壓表進行測量，張拉完成后采用頻率法測量索力。頻率法是利用附著在吊桿上的高靈敏傳感器（索力計）拾取吊桿的振動信號，得到吊桿的自振頻率，根據吊桿自振頻率與索力的關系確定索力[2]。

3.2 應力監測

在吊桿張拉階段，拱肋和縱梁各控制截面應力是判斷目前結構是否安全最直接的參數，如果應力明顯大于理論值或出現異常情況，可能會導致橋梁拱肋和縱梁出現破壞[3]。本次拱肋控制截面為兩拱腳、L∕4 截面、L∕2 截面和3L∕4 截面，每個控制截面布置8個鋼結構應變測點；縱梁控制截面為兩端部和跨中截面，每個控制截面布置8個混凝土應變測點。

3.3 線形監測

拱肋和縱梁是系桿拱橋重要的組成部分，如果拱肋或縱梁變形與設計值偏差較大，就會對拱結構產生附加應力，從而改變拱橋各部分的受力狀況，嚴重時會影響到結構安全[3]。位移及變形測試的主要目的是獲得已形成的結構的實際幾何形態，本次采用全站儀、水準儀和測距儀對拱肋和縱梁進行變形監測[4]。拱肋和縱梁測點位置為拱肋和縱梁八等分點位置。

4 結果分析

4.1 吊桿索力

兩次調索張拉后，吊桿實測索力值與理論索力值對比分析如圖2所示。

圖2 吊桿索力實測值與理論值對比圖

從上圖可知，兩次吊桿張拉階段，吊桿索力實測值與設計理論值基本相符，相對誤差均能控制在±5%以內，滿足施工監控的允許誤差范圍。第二次張拉完成后，索力分布更加均勻，吊桿索力實測值與理論值的相對偏差比第一次張拉階段小，各吊桿索力更加接近設計理論值，兩次調索效果較好。

4.2 應力監測結果

4.2.1 拱肋應力

由于結構對稱，本文僅列出0#拱腳截面、L∕4 截面和拱頂截面進行描述，拱肋上、下緣鋼管應力實測值與理論值如圖3和圖4所示。

圖3 拱肋上緣鋼管應力實測值與理論值對比圖

圖4 拱肋下緣鋼管應力實測值與理論值對比圖

從圖中可知，吊桿張拉階段拱肋上、下緣鋼管應力實測值與理論值變化趨勢基本一致，均控制在規范允許誤差范圍之內，拱肋下緣鋼管應力最大發生在拱腳截面，最大達到101.0MPa，拱肋上緣鋼管應力最大發生在拱頂截面，最大達到79.2MPa。吊桿第一次張拉階段，拱肋上、下緣鋼管應力波動均較大，應力分布不均勻，拱肋L∕4 截面下緣鋼管應力出現拉應力，拉應力最大達到21.6MPa，分析原因是張拉D5 對索時，由于拱肋L∕4 截面下緣應力集中所致，施工過程中應予以重視。

4.2.2 縱梁應力

由于結構對稱，本文僅列出0#端部和L∕2截面進行描述，縱梁上、下翼緣鋼管應力實測值與理論值如圖5和圖6所示。

圖5 縱梁上翼緣應力實測值與理論值對比圖

圖6 縱梁下翼緣應力實測值與理論值對比圖

從圖中可知，在吊桿張拉過程中，縱梁上、下翼緣應力實測值與理論值變化趨勢基本一致，均控制在規范允許誤差范圍之內，縱梁應力控制符合要求。縱梁L∕2 截面上、下翼緣應力為拉應力，吊桿張拉完成后，上、下翼緣應力控制在3MPa左右。縱梁端部截面受力較為復雜，呈現上翼緣受壓，壓應力逐漸增大，下翼緣受拉，拉應力逐漸減小的特點。

4.3 線形監測結果

本文僅列出L∕4 截面和拱頂截面進行描述，撓度向下為負，向上為正，拱肋和縱梁撓度實測值與理論值如圖7和圖8所示。

圖7 拱肋撓度實測值與理論值對比圖

圖8 縱梁撓度實測值與理論值對比圖

分析上圖可知，在吊桿張拉過程中，拱肋和縱梁撓度實測值與理論值變化趨勢基本一致，均控制在規范允許誤差范圍之內。拱肋各控制截面在第一次張拉階段撓度變化幅度較大，隨著橋梁結構體系轉換后，在第二次張拉階段撓度波動較小。拱頂截面在第一次張拉第2對吊桿時，出現了小范圍的上撓，上撓值為2.24mm，最終張拉完成后，拱頂下撓48.84mm。吊桿張拉階段，縱梁總體呈上撓狀態，其中跨中截面上撓最大達9.42mm。

5 結語

通過對某99m 提籃系桿拱橋吊桿張拉階段進行施工監控，監測內容包括吊桿索力、拱肋及縱梁控制截面的應力、變形，得出結論如下。

（1）所建立的有限元模型與橋梁實際受力和變形狀況基本一致，能準確反映橋梁吊桿張拉階段吊桿索力、拱肋及縱梁控制截面的應力、變形情況。

（2）在吊桿張拉過程中，吊桿索力分布均勻，拱肋、縱梁實測應力和撓度變化趨勢與理論值基本一致，各監測參數反映出第一次張拉階段的變化幅度均較大，在第一次張拉完成后，橋梁結構體系發生轉換，各監測參數在第二次調索階段的變化幅度均較小。

（3）監測結果表明橋梁在各工況下吊桿索力、各控制截面的應力、變形實測值與理論值的偏差均控制在規范允許誤差范圍內，基本達到設計預期的效果，施工控制效果較好。