钢管混凝土拱桥拱肋施工线形控制技术.pdf

低温建筑技术 2 0 1 1 年第 1 O 期( 总第 1 6 0期) 钢管混凝土拱桥拱肋施工线形控制技术 杨林， 宗浩宇 ( 江苏省交通工 程集团有限公司 。 江苏镇江2 1 2 0 0 3) 【 摘要】 拱肋线形控制是钢管混凝土拱桥施工中的重要环节， 关系到成桥后结构的线形和内力是否满足 设计要求。本文以某下承式钢管混凝土拱桥为工程背景， 通过有限元数值计算模拟了施工过程中拱肋的受力变 形 ， 提出了钢管拱在加工、 吊装定位以及拱肋混凝土灌注等各施工阶段拱肋的线形控制技术。 【 关键词】 钢管拱 ； 施工安装； 线形控制 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 6 6 0 2 钢管混凝土拱桥具有由于轻质高强、 跨越能力大、 施工方便、 造型美观等优点， 近年来得到了飞速发展。 目前， 我国已相继建成了几百座不同跨径的钢管混凝 土拱桥。随着桥梁跨度的不断增大， 钢管混凝土拱桥 的造型越来越复杂， 施工安全风险也随之增加。因此， 如何对施工过程中结构的内力、 变形及稳定进行监控， 确保施工安全， 已成为桥梁施工中的重要课题。 由于钢管混凝土拱桥的拱肋线形直接决定 了其 成桥后的内力状态， 而且拱肋施工过程涉及多次体系 转换 ， 结构变形不断变化 ； 尽管设计时已计入了施工荷 载对拱肋线形的影响， 但由于事先难以精确估计施工 中可能出现的诸多因素， 往往造成实际桥梁结构的线 形与设计不符； 因此， 对每一施工阶段拱肋的线形进行 控制， 确保拱肋在施工过程中的受力状态和变形始终 在设计允许的安全范围内， 成桥线形符合设计期望， 是 拱桥施工监控的主要内容。 1 工程概况 某下承式钢管混凝土拱桥的计算跨度为 5 6 m， 矢 跨比L =1 ： 4 ， 拱肋平面内矢高 1 4 m， 拱肋线形采用 二次抛物线。拱肋横断面为哑铃型， 拱顶截面高度 h =2 6 m， 拱脚 截面高度 h=3 2 m， 拱肋 中心间距 为 1 2 m。拱肋灌注 C 5 0混凝土， 施工工艺采用泵送顶升 法浇注。拱肋施工采用现场支架拼装法。 2施工控制方法 施工控制旨在利用桥梁施工控制理论和方法对 钢管混凝土拱桥的施工过程进行严格的控制和调整。 一 方面根据实际施工方法对施工的每一阶段进行理 论计算， 求得各施工阶段施工控制参数的理论计算值； 另一方面对施工过程中的关键控制值( 拱肋线形) 进 行精确测量， 针对实际施工过程中由于种种因素所引 起的理论与实测结果偏差， 进行纠偏 、 调整。 基于控制理论， 桥梁结构施工控制的方法主要有 三种： 开环控制法、 反馈控制法和自适应控制法。由于 开环控制法只适 于结构构造和施工 【 序不太复杂的 桥梁， 调控手段相对简单； 因此， 目前应用较为广泛的 是反馈控制法和自适应控制法 ， 本桥拱肋线形控制采 用 自适应控制法， 具体控制流程如图 1 所示。 图1施工控制流程图 3施工预拱度的计算 采用大型有限元分析软件 A N S Y S ， 对各主要施工 阶段拱肋的变形进行数值模拟 ， 有限元模型如图 2所 示。鉴于该桥拱肋结构空间的对称性， 为了减少计算 时间提高计算效率， 在不影响精度的前提下对单跨拱 肋进行模拟分析。通过数值分析 ， 得到拱肋各施工阶 段中的挠度， 预拱度的设置如图 3所示。 4钢管混凝土拱肋的施工 为达到设计预期要求， 对拱肋的预制、 安装、 管内 混凝土灌注、 吊杆张拉等施工环节进行严格控制。 ( 1 ) 钢管拱节段制作： 拱肋钢管轴线采用折线 成弧方式， 在钢管拱肋加工时尽可能增长单件长度， 减 少对接焊缝的数量。拼装 时将纵 向对接焊缝错 开 5 0 e ra左右 ， 并尽 可能使纵 向焊缝处于腹板混凝 土范围 内。所有节段均按 1 ： 1 放样控制坐标及尺寸， 出厂前 进行试拼装 ， 拼装轴线坐标实测与理论值( 包括预 留 拱度) 竖向及水平向误差控制在允许范围内。 杨林等： 钢管混凝土拱桥拱肋施工线形控制技术 6 7 拱肋模型立面图 拱肋模型平面图 图2 拱 肋有 限兀模 型 ( 2 ) 钢管拱拱肋预拼 ： 为了校正钢管拱运输 中 的扭曲、 变形 ， 确定拱肋横联位置， 确保 吊装节段制造 几何尺寸符合整个拱肋线形精度要求 ， 在工地对拱肋 进行试拼。按照设计图和施工图制做 1 ： 1地胎大样， 回胎矫正后 ， 按全桥编号安装相邻段连接件。 ( 3 ) 拱脚的施工控制： 拱脚是拱肋线形控制的 基础。拱脚施工时， 通过设置劲性骨架来保证拱肋钢 管准确定位 ， 整体浇注拱脚混凝土及与之相连的主梁 混凝土， 避免在拱梁结合面处出现裂缝。严格控制拱 脚的位置及拱肋管轴线的尺寸、 纵向仰角、 横向垂直 度。混凝土浇筑前， 固定拱脚 ， 以免在浇筑过程中拱脚 出现移位。 ( 4 ) 钢管拱肋的安装控制：在中跨桥面上搭设 可进行横向和竖向调整的支架。检测、 调整支架， 使之 符合拱肋抛物线高程、 轴线要求。根据桥位地形情况 设置贯通的轴线控制点 ， 对拱肋安装 的全过程进行轴 线测量、 监控。吊装拱脚拱肋节段时， 实时利用线形控 制网检测抛物线高程、 拱轴线、 接 口位置 ， 并调整 以符 合设计要求。按拱肋的安装、 检测、 焊接顺序循环进 行 ， 重点对抛物线高程、 拱轴线 、 接 口位置、 吊杆节点等 方面进行控制， 每一节拱肋段用焊接间隙调整长度偏 差。在整个拱肋拼装过程中， 考虑风荷载的影响， 设置 缆风绳， 防止拱肋的失稳对拱轴线架设精度的影响。 ( 5 ) 拱肋合拢调整： 为了防止拼装过程中由于 焊接收缩引起拱肋长度变化， 主拱合拢段的加工长度 留有适当预留切割量。按照设计的要求， 合拢温度控 制在 l 0 - I- 5 c I = 范围内， 以防因温度变化过大产生对 结构不利的应力。鉴于支架施工法的特点， 拱肋合拢 时采用管内设锥形套管进行临时锁定。 ( 6 ) 拱肋安装时的测量控制： 施工测量是拱肋 线形控制的关键。在桥的两岸上游各设置一个测量观 测点， 采用全站仪对岸侧钢管拱节段进行测量 ， 根据观 测点与测量标志点的固定差值获得标志点的坐标 ， 从 而实现拱肋标高的实时控制。 ( 7 ) 拱肋混凝土灌注时的线形控制： 拱肋混凝 土灌注时， 两端保持对称、 同步、 无间断、 慢速进行 ， 确 保双向对称性， 防止偏压导致钢管受力不对称而产生 大变形 ； 同时测量拱肋的竖向线形变化和两拱脚、 拱肋 1 4 、 3 8 、 1 2 、 5 8 、 3 4处的应力， 实时观测拱管 的应 力变化， 确定配重的增减。每次混凝土泵送完毕后， 检 图3 拱 肋 预拱魇 ram 测拱肋线形 ， 绘制拱肋线形随时间变化的曲线 ， 从而为 施工过程中的线形控制提供依据。 ( 8 ) 吊杆张拉 ： 待拱 内混凝土强度达到 1 0 0 后， 进行吊杆张拉。由于结构体系转换时重量较大， 若 同时张拉吊杆 ， 拱肋、 系梁变形互相影响， 索力将难以 控制 ； 因此 ， 为了保证拱肋纵向和横向的稳定性， 对 吊 杆进行分步骤多次张拉 ， 以逐步接近达到设计索力。 每根吊杆的初张拉力为 5 0 0 k N， 张拉顺序为： 5 ( 5 )一 2 ( 2 ) 一63 ( 3 )一4 ( 4 )一1 ( 1 ) ( 见图4 ) ， 在恒 载加载前后都测试吊杆索力， 以决定是否需调整。 图4 吊杆 张拉顺 序图 e ra 5结语 本文基于桥梁施工控制方法， 通过有限元数值计 算和合理的施工方案， 实现了下承式钢管混凝土拱桥 拱肋的线形控制。提出了钢管拱安装、 拱肋混凝土灌 注以及吊杆张拉等各施工阶段的拱肋线形控制技术， 可为类似拱桥的施工提供参考。 参考文献 1 孙成贵， 纪尊众钢管混凝土拱桥拱肋的施工控制J 铁 道建筑技术， 2 0 0 1 ， ( 2 ) ： 2 3 2 5 2 郭坚， 秦清泉等湘西酉水二桥拱肋吊装线形控制J 长 沙交通学院学报 ， 2 0 0 5 ，( 3 ) ： l 62 5 3 姚昌荣， 李亚东钢管混凝土拱桥线形控制技术研究J 公路交通科技 ， 2 0 0 6， ( 1 O ) ： 6 5 6 9 4 孙增寿， 陈淮 ， 曹恒涛 蒲山特大桥施工线形控制研究及应用 J 中外公路， 2 0 1 0 ， ( 4 ) ： 3 6 8 - 3 7 1 5 周建富大跨度钢管混凝土拱桥拱肋线形控制技 J 铁道 建筑技术， 2 0 0 9 ， ( 4 ) ： 2 7 3 0 6 付超大跨度钢管混凝土拱桥拱肋线形控制技术J 钢结 构 ， 2 0 0 0 ， 1 5 ( 3 ) ： 8 1 1 收稿日期 2 0 1 1 0 6 0 9 ( 作者简介】 杨林( 1 9 8 1 ) ， 男， 江苏淮安人， 工程师， 从事 路桥 工程 检测技 术研究。