大跨度鋼桁架拱橋整體安裝線形控制技術(shù)研究

袁新華

摘 要：橋梁結(jié)構(gòu)施工過程線形平順是其合理成橋狀態(tài)的基礎(chǔ)，針對內(nèi)河地區(qū)多拱肋、超寬度橋面的鋼桁架拱橋施工中不可控因素多、成橋線形控制難度大等問題，本文以揚州市萬福快速路跨京杭運河大橋為背景，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)施工過程體系轉(zhuǎn)化、受力變形特點分析在施工過程線形控制的重點階段和相關(guān)指標，并對關(guān)鍵指標超限時所需采取的對策進行了分析，解決了大跨度鋼桁架拱橋安裝線形控制的重點和難點，確保了成橋線形符合設(shè)計要求，可為同類型橋梁工程線形控制提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼桁架拱橋;大節(jié)段;整體安裝;線形控制

中圖分類號：TU758.11 文獻標識碼：A

0 引言

由于鋼桁架拱橋具有較強的豎向剛度和橫向剛度，是跨越大江大河的常用橋型。鋼桁架拱橋在國內(nèi)施工方法多采用纜索吊裝、轉(zhuǎn)體施工及懸臂桁架法，萬福快速路鋼桁架拱橋上跨京杭大運河，為II級航道，交通繁忙，在航道保持通航的前提下，在內(nèi)河地區(qū)采用“先拱后梁”法施工的鋼桁架拱橋施工，國內(nèi)仍比較少見。

系桿拱橋的主拱和系梁支架搭設(shè)、預拱度設(shè)置，以及支架拆除順序、梁拱受力體系轉(zhuǎn)換等直接影響梁拱撓度。同時，施工過程中的各種因素會導致橋梁最終成橋線形及內(nèi)力與設(shè)計要求出現(xiàn)偏差。因此，在大跨度預應力混凝土系桿拱橋施工過程中，線形控制是極其重要的內(nèi)容[1-3]。

目前，橋梁的施工控制方法主要可以歸納為三類：開環(huán)控制、反饋控制和自適應控制。目前應用較為廣泛的自適應控制方法，其基本原理在于：通過施工過程的反饋測量數(shù)據(jù)不斷更正用于施工控制的跟蹤分析程序的相關(guān)參數(shù)，使計算分析程序適應實際施工過程，當計算分析程序能夠較準確地反映實際施工過程后，并指導后續(xù)的施工過程。

1 工程概況與控制目的

為了保證萬福路跨京杭運河大橋的順利實施，保障結(jié)構(gòu)線形平順，成橋內(nèi)力狀態(tài)良好，對萬福路整體拼裝線形控制技術(shù)進行研究。萬?？焖俾房缭骄┖即筮\河大橋采用42 m+140 m+42 m三跨連續(xù)鋼桁架拱橋，主橋斷面布置雙向八車道機動車及兩側(cè)人行道和非機動車道，總寬53.2 m，橫橋向設(shè)置三片拱肋桁架。三片鋼桁架和五道風撐組成中跨拱肋及邊跨鋼桁梁。拱肋豎直，中心距2×22.45 m。主橋為無推力系桿拱橋體系，上部結(jié)構(gòu)通過連續(xù)鋼桁架拱肋、橋面系鋼梁及系桿形成平衡，支承于橋墩上。

橋梁施工監(jiān)控是一個誤差調(diào)整過程，主要目的是關(guān)注施工中結(jié)構(gòu)的受力安全，具體表現(xiàn)為：變形控制在允許范圍內(nèi)，并保證其有足夠的強度和穩(wěn)定性。當出現(xiàn)施工狀態(tài)偏離理想的設(shè)計狀態(tài)時，如不加以調(diào)整，就會造成結(jié)構(gòu)的線形遠遠偏離設(shè)計成橋狀態(tài)，甚至危及安全。該橋施工過程復雜，拱、梁、索內(nèi)力不斷變化，且相互影響顯著。影響整個結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力狀態(tài)的因素較多，如設(shè)計構(gòu)件截面尺寸、臨時索張拉、永久索張拉、吊桿力張拉力、材料彈性模量、容重等、拉索張拉控制精度、橋上施工荷載均導致和設(shè)計值的偏離。

2 施工方法

萬福路跨京杭運河大橋采用“先拱后梁，大節(jié)段拱肋吊裝”的總體工法。主要施工工序和施工步驟如下：

（1）邊跨段拱肋及系梁拼裝，中跨拱腳段拱肋拼裝。（2）中跨拱肋超長合攏段整體吊裝合龍，安裝拱肋橫向聯(lián)系。（3）安裝并張拉臨時系桿，并拆除拱肋施工臨時支架。（4）從拱腳向跨中依次安裝吊桿和系梁，并適時調(diào)整臨時系桿張拉力，保障拱腳位移在可控范圍內(nèi)。（5）系梁合龍焊接，逐步施加永久系桿水平力，同時解除臨時系桿，完成系桿裝換。（6）調(diào)整吊桿力，分區(qū)域施工混凝土預制橋面板，適時調(diào)整永久系桿張拉力及吊桿力，控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)。（7）橋面附屬設(shè)施施工，成橋。

大橋施工過程中的主要施工工序示意見圖1。

3 線形控制重點分析

萬福路京杭運河大橋在施工過程中線形控制的主要工況包括邊跨拼裝階段、拱肋安裝合攏階段、系梁吊裝及定位階段、系梁合攏節(jié)段、橋面系施工階段等幾個施工過程重點。

（1）邊跨拼裝階段：采用在邊跨支墩、主支墩及輔助臨時支架進行拱片架設(shè);該階段拱片按照預制階段吊裝到位安裝，拱片受力比較簡單，主要受拱片自重作用，跨中變形-11.0 mm。重點在于臨時支撐高程精確定位，為后階段焊接拼裝提供必要條件，同時要保證邊拱與中拱在縱向方向位移約束一致，不產(chǎn)生錯位。

該階段重點工作任務包括：①測量檢查所有落梁支座安置情況、記錄初始標高及水平位置。在吊裝調(diào)整到位后，立即對主梁與橋墩（支座）的位置進行標記，采用油漆與鋼直尺標記，分別在縱橋向、橫橋向進行標記。②在支架頂部側(cè)面布置反光片，吊裝前測量初始標高，目的在于獲取臨時支撐在受力前的高程，后期連續(xù)對比觀察其高程的變化，推算沉降的幅度與發(fā)展趨勢。

（2）拱肋安裝合龍階段：該階段形成完整的拱肋，形成完整的拉壓體系受力模型。該階段的受力模型其實為半剛性拱、柔性拉桿受力模式，在該受力體系下，系梁臨時索通過受拉，向拱腳位置提供水平平衡反力。通過計算分析，拱肋合龍時（臨時支架未拆除），拱肋跨中下?lián)?29 mm。由于此時的系梁臨時索配索較少，且軸向剛度小，故臨時拉索在后續(xù)受力過程中，錨固位置的縱向位移將非常顯著。故需要通過調(diào)整錨固位置拉索的拉力，確保拱片錨固端不至于過于偏大，造成主拱過度下?lián)?，影響拱架的位移形態(tài)及拱腳、拱頂?shù)冉孛媸芰顟B(tài)。

臨時系梁索是為了在后期的階段中提供水平反力，減小拱架位移而設(shè)，故在拱架合龍前，應將系梁臨時索安裝到位，并使其處于預緊狀態(tài)，所謂預緊狀態(tài)是根據(jù)兩側(cè)邊跨安裝的拱架約束調(diào)整的，保證臨時索能在合龍吊裝就位時就能產(chǎn)生水平反力。

（3）系梁吊裝及標高定位階段：該階段從拱腳向跨中方向逐段吊裝主梁、安裝吊桿，每段主梁間采用鉸接方式預連接，此階段根據(jù)監(jiān)控指令對各梁端進行定位，初張拉吊桿。為確保拱腳臨時索位移伸長量滿足設(shè)計控制要求（±50 mm），吊裝到4#主梁時，應進行一次臨時拉索張拉調(diào)整。先邊拱張拉、后中拱張拉，按照張拉指令執(zhí)行。

（4）系梁合龍階段：全橋系梁合龍后，對各節(jié)點的系梁進行調(diào)整到位，標高的調(diào)整原則為：按照預制線形為基準，保證焊接接縫連續(xù)，必要時通過臨時拉索張拉調(diào)整兩側(cè)支座的系梁長度。整個系梁焊接為整體后，系梁參與受力。系梁合龍后，安裝永久索，張拉永久索到設(shè)計值。永久索共有12束，至少保證對稱的4束同步張拉。對全橋吊桿進行首次張拉調(diào)整。

4 關(guān)鍵控制指標及糾偏措施

在施工過程中，關(guān)鍵指標主要包括控制截面的應力、位移，吊索索力，主梁線形、臨時支架沉降、拱腳位移等，在施工過程中技術(shù)對超限指標進行糾偏。

（1）控制斷面應力與理論值偏差過大。①原因分析：結(jié)構(gòu)邊界條件與設(shè)計約束不一致;實際結(jié)構(gòu)分段重量與計算值偏差明顯;施工臨時荷載引起超載;出現(xiàn)異常變形或者位移;溫度影響顯著。②糾偏措施：根據(jù)支架的搭設(shè)連接情況、支座約束等，及時修正模型;向施工單位獲取分段重量，核查分析偏差;嚴格控制施工過程中臨時荷載的影響，出現(xiàn)明顯的大荷載工況，應提前分析計算，對安全隱患進行預警;加密過程監(jiān)測，對異常變形、沉降等進行識別;掌握溫度影響的規(guī)律及范圍。

（2）吊索索力偏差較大。①原因分析：張拉設(shè)備校準環(huán)節(jié)未落實，索力施加時讀數(shù)異常;實際影響索力的結(jié)構(gòu)恒載與計算偏差較大;施工方未按照實際的指令、順利執(zhí)行。②糾偏措施：施工方提供的設(shè)備校準記錄應提交給監(jiān)理方，監(jiān)控方從監(jiān)理方查詢，必要時驗證;施工方不能任意改變既定的張拉方案，包括千斤頂?shù)臄?shù)量等配置，若須改變，應提前報備，待計算驗證后重新下達指令;監(jiān)控方加強測試設(shè)備的校準、現(xiàn)場實際重量的對比分析，確保計算可靠。

（3）主梁線形異常。①原因分析：未嚴格執(zhí)行制作節(jié)段驗收、過程調(diào)整平順后焊接的原則，出現(xiàn)未調(diào)整就完成焊接合龍的情況;施工受力異常，導致變形異常。②糾偏措施：監(jiān)控方先檢驗預制線形，過程中下達高程調(diào)整指令單后，施工方方可焊接作業(yè)。加強識別過程中異常受力狀況，必要時可下達整改通知。

5 結(jié)語

鋼桁架拱橋建設(shè)過程中，應當做好施工工藝和拱肋安裝線形控制工作，進而保證橋梁工程的質(zhì)量能夠滿足應用需求，其次針對各類關(guān)鍵指標，提出超限時所應采取的處理對策，可為同類型橋梁工程線形控制的實施提供參考。

參考文獻：

[1]肖汝誠.橋梁結(jié)構(gòu)體系[M].北京：人民交通出版社，2013.

[2]邢云，趙榮欣，李博.系桿拱橋典型假設(shè)方法的施工控制研究[J].橋梁建設(shè)，2012（1）：42-47.

[3]薛禮建.系桿拱橋施工過程中的內(nèi)力與線形分析[D].廣州：華南理工大學，2011.