跨江钢桁架桥梁养护加固施工监测研究.pdf

收稿日期：2023-01-14作者简介：孙文君（1990-），助理工程师，本科，研究方向桥梁工程。68第22卷第3期石家庄铁路职业技术学院学报VOL.22 No.32023 年 9 月JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAYTECHNOLOGYSep.2023跨江跨江钢桁架钢桁架桥梁桥梁养护加固施工监测养护加固施工监测研究研究孙文君（中铁十八局集团有限公司天津300000）摘要：摘要：对旧桥加固施工过程进行监测，是确保施工质量和安全、实现加固目标的重要措施。本文以某跨江大桥（钢桁架高架铁路组合桥）维修加固工程为例，建立 MIDAS 建立有限元分析模型，以应力和变形为监测参数，完成了加固工程的施工监测工作、数值模拟分析和现场试验，可以为其他类似工程提供有益的参考和借鉴。关键词：关键词：钢桁架；桥梁；养护加固；施工监测中图分类号中图分类号：U445.7文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1673-1816(2023)03-0068-041引言引言对大型桥梁施工实施监测是确保设计实现和施工质量的重要手段，在我国有许多大型桥梁和钢桁架结构桥梁施工监控项目1-6。在桥梁养护加固中，由于不可预测的因素，施工控制难度较大。对于车辆运营条件下的维修工作，特别是像枝城长江大桥这样的公铁两用桥，在中国没有先例，因此施工监测是非常必要的。某跨江大桥是公铁两用桥。主桥跨度布置为 4160+5128 m 钢桁架；主桥断面布置为 6.95 m（公路桥）+10 m（铁路桥）+6.95 m（公路大桥）；主桥北接为 5#128 m 水平斜边连续钢特拉斯梁，南接为 4#160 m 斜撑连续钢特拉斯梁，支柱固定。特拉斯宽 10 m，水平斜边次桁架高 10 m，面板长 8 m，斜撑桥跨。支撑的最大高度为 12 m，枢轴两侧为 32 m。图 1主桥布置图2施工监测的主要内容施工监测的主要内容在拆除和更换主桥路面板时，应严格施工监控，对桁架杆件的承载力变化和桥梁主梁整体变形进行实时监测，保证施工安全。2.1 主桁架受力状态监测主桁架受力状态监测在逐跨拆除旧桥面板的过程中，相邻主桁架跨中弯矩将增加，表现为杆件内力增加和桥面下翘曲。建立全桥结构模型，准确分析和监测桥梁主桁架的受力状态。同样，在逐跨拆除和桥面安装的第 3 期孙文君跨江钢桁架桥梁养护加固施工监测研究69施工过程中，还要通过全桥模型计算掌握主桁架各阶段的整体受力和变形规律。将计算结果与应力和线性监测结果进行比较，以确保主桁架的实际状态变化处于安全控制之下。2.2 支架和纵梁承载监测支架和纵梁承载监测枝城长江公路大桥的养护和加固主要在支架和纵梁上完成，因此支架和纵梁的受力状态变化最大。在桥面承载力变化时，需要对支架和纵梁进行强度检查，对压杆和压弯构件进行稳定性检查。此外，在关键部位安装了应力传感器，并将计算值与实测值进行比较，以确保施工安全。2.3 全桥线性控制全桥线性控制为保证大桥全桥高程与设计的一致性，以及新桥板完工后路面的线性平整度，将根据拆除阶段以来主特拉斯、支架和纵梁的实际变形规律，为桥面架设提供高程调整指导。3施工监控的实施施工监控的实施施工监测是通过模型计算、监测测量、误差分析和调整、参数识别、指令发布和实施反馈等步骤完成的。3.1 监测计算监测计算采用有限元软件 MIDAS CIVIL 建立模型。枝城长江大桥主桥分为两个连接部分。第一个连接由11530 个主梁单元组成；在第二个连接（4160）模型中，公路桥面采用板单元进行模拟（共 78442个板单元），其他部分采用梁单元进行模拟，共 11619 个梁单元。桥梁梁的支撑采用固结连接，支架与纵梁采用弹性连接中的刚性连接约束。在实际结构中，纵梁为 2 跨 16 m 连续梁；而在模型中，它采用了以 16 m 为间隔释放梁端约束来模拟实际结构的力学特性。主桥第二次连接的计算模型如图2 所示。桥面板的维护是通过对称地从两侧拆除旧面板，然后安装新的正交异性板来实现的。在计算中，根据设计图纸准确计算出了新旧板的荷载，包括桥面板的横向分布值。然后对主梁施加等效荷载，模拟不同情况下主桥构件的受力状态。图 2主桥二次连接的计算模型3.2 监测测量监测测量通过对结构（支架、纵梁）变形的实时监测，可以防止过大的应力和变形。通过线性试验和理论计算的比较，可以确保结构符合整体线性要求。3.3 线性监测线性监测根据桥梁的实际情况和加固工程的特点，支架底部的高度测量有助于实现对主桁架状态变化的跟踪。在拆除桥面板时，桁架和支架上的测量点在由于施工荷载的影响，支架过程中需要对每个测点进行线性跟踪测量。图 3 显示了工况 1 下桁架主测点的测量值和理论值。在目前的工况下，第五跨桥面板下游已拆除至 507，上游已拆除至 509 托架。图 4 显示了工况 2 下桁架主测点的测量值和理论值。在目前的工况下，第五跨桥面板下游已拆除至 503 托架，上游已拆除至 505 托架。图 5 给出了工况 3 下主桁架各测点的实测值和理论值。在目前的工作条件下，第四跨和第五跨石家庄铁路职业技术学院学报2023 年第 3 期70桥面板已经拆除。图 6 显示了第五跨下游支架 X1和 X2测量点的测量差值与理论差值的比较和分析。通过以上阶段实测结果与理论分析的比较，特拉斯主桁架和支架的变形正接近理论变形的趋势；结构应力符合理论计算；全桥状态正常。图 3下游测点理论值分析（工况 1）图 4下游测点实测值分析（工况 2）图 5下游测点的测量值和理论值分析（工况 3）图 6下游支架测点的实测值和理论值分析3.4 压力测试压力测试在施工监测中，特别注意支架和纵梁的应力变化值，将其控制在允许的范围内，确保施工安全。此外，本次监测采用钢丝外应变传感器，重点关注应力截面最大的支架和纵梁。根据大桥的受力特点和施工方案，选取 8 个断面作为应变测量控制断面。从对比分析可以看出，大多数测点的检验系数在 0.721.02 之间。3.5 桥面线性调整桥面线性调整为保证新桥板完工后全桥高程与设计的一致性，从拆除阶段开始，应根据主桁架、支架和纵梁的实际变形规律，为桥面架设提供高程调整指导。在该监测过程中，遵循以下步骤以确保桥梁线性的准确性。（1）采用前后迭代的计算方法，对新桥面板安装全过程进行了相应的仿真分析，以保证新的二期恒载和活载变形（包括支架变形）f2。（2）在拆除旧桥面时，根据变形实测结果，对主桁架和牛腿变形的实际检查系数 k 进行了标定，为修改主桁架和牛腿变化的计算结果提供依据。（3）对拆除旧桥面后的全桥支架高程进行普查，以确定新桥面架设的基准 f0。（4）根据已完成的桥梁线性 ft、二期恒载和活载变形 f2、新桥面架设实测基准 f0和主桁架变形的实际检查系数 k，计算出支架的预设高程调整值：20*fkffftx（5）根据对预设高程调整的分析，向施工单位下达相应的高程调整指令。鉴于本项目以在现有特拉斯主桁架基础上更新桥面板为目的，所有相应的线性控制均以现有支架为基础，控制支架的预设高程调整是关键。3.6 桥面架设的理论值和实测值桥面架设的理论值和实测值拆除旧桥面板后，在四根纵梁上安装 4 m 一节的正交异性板。安装前，应测量大梁上每个安装点的实际高程。因此，纵梁各测点的测量数据可作为高程调整的依据。在拆除桥面板时，对一些桥面板进行重量统计，然后将统计结果代入理论模型。桥梁线性变化第 3 期孙文君跨江钢桁架桥梁养护加固施工监测研究71和理论分析值如图 7 和图 8 所示。从图中可以看出拆除旧桥面板后，主桁架变形趋势及连续梁结构变形趋势是一致的。图 7上游 1-5 跨实测数据与理论数据比较图 8下游 1-5 跨实测数据与理论数据比较3.7 已完工桥梁的线性调整。已完工桥梁的线性调整。预设高程调整由以下公式进行分析：20*fkffftx,在拆除旧桥面时，根据主特拉斯和牛腿的变形实测结果，验证主桁架和牛腿变形验算系数 k 为 0.9。4结论结论本文以某跨江大桥公路路面养护加固工程为例，建立三维有限元模型，建立了包括支架应力和主特拉斯应力在内的完整监测系统，并对全桥及支架的线性和应力验算系数进行了分析。根据高程测量结果，对照对成桥后的线形要求，分析了支架纵梁系统的调整值，从而保证了全桥的架设。本文的研究工作为同类型桥梁的加固改造工程提供了强有力的技术背景和参考。参考文献参考文献：1 姚佳利,陈克,欧阳稳.钢桁架桥梁荷载试验分析J.工程建设与设计,2023(07):132-136.2 陈丽.某钢桁架桥梁工程整体吊装施工技术分析J.交通科技与管理,2023,4(02):119-121.3 王德海,孙建国,刘晓英等.大跨度重型钢桁架桥梁卸载施工技术J.施工技术(中英文),2021,50(16):105-106+116.4 万峰.大跨径钢桁架桥梁施工监控及荷载试验研究J.交通世界,2021(12):150-152.5 李建刚,王桂智,孙云翰等.钢桁架桥梁混凝土护栏开裂分析J.工程技术研究,2020,5(24):136-137.6 肖文.钢桁架桥梁结构设计分析J.交通世界,2020(34):108-109.Monitoring Study on Maintenance and Reinforcement Constructionof Cross River Steel Truss BridgesSun Wenjun(China Railway 18th Bureau Group Co.,Ltd.Tianjin,300000,China)Abstract:Monitoring the reinforcement construction process of old bridges is an important measure toensure construction quality and safety,as well as to achieve reinforcement goals.This article takes themaintenance and reinforcement project of the Zhicheng Yangtze River Bridge(steel truss elevated railwaycombination bridge)as an example,establishes a finite element analysis model using MIDAS,with stressand deformation as monitoring parameters.The paper successfully completes the construction monitoring,numerical simulation analysis,and on-site testing of the reinforcement project.This can provide usefulreference and reference for other similar projects.Keywords:steel truss;bridges;maintenance and reinforcement;construction monitoring