黃英軍，徐立強(qiáng)

（1.廣東中天市政工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東佛山 525820；2.北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京市 100082）

0 引言

鋼管混凝土系桿拱橋以其跨度大、結(jié)構(gòu)輕、造型美、省建材等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)。但該橋型技術(shù)復(fù)雜，施工難度大，已經(jīng)暴露和潛在的問題還很多，亟待廣大工程技術(shù)人 員在實(shí)踐中不斷探討和完善[1，2]。本文將結(jié)合工程實(shí)踐就吊桿力張拉監(jiān)控的問題做簡(jiǎn)要闡述。橋梁施工監(jiān)控是保證橋梁建設(shè)安全可靠的重要環(huán)節(jié)。系桿拱橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜,施工工序多,尤其是吊桿張拉過程中不確定因素多，對(duì)施工的要求較高[2，3]。

1 工程實(shí)例

1.1 工程簡(jiǎn)介

某跨河橋全線橋跨布置為：（2×10.901）m鋼筋混凝土變寬箱梁+（3×22+21+22）m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板+60 m鋼管混凝土系桿拱+（5×22）m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板+（2×11.294）m鋼筋混凝土變寬箱梁。主橋上部為下承式預(yù)應(yīng)力混凝土系桿鋼管拱，拱肋軸線為拋物線，計(jì)算跨徑l=58 m，計(jì)算矢高f=11.6 m。主橋系梁及橫梁采用現(xiàn)場(chǎng)澆注；管內(nèi)混凝土采用從拱腳向拱頂連續(xù)泵送的施工技術(shù)。主橋有限元模型見圖1。

1.2 施工方法及順序

圖1 主橋有限元模型圖

吊桿張拉是常見系桿拱橋施工的重要步驟，對(duì)拱橋的施工質(zhì)量有很大的影響。因此，如何制定合理的張拉順序及方案，應(yīng)當(dāng)盡可能減小張拉次數(shù)[4-6]。現(xiàn)場(chǎng)可投入6套張拉設(shè)備（可提供1500 kN以內(nèi)的張拉力），同時(shí)對(duì)2組（共計(jì)6根吊桿）張拉。吊桿編號(hào)原則為從左至右分別為1#～10#。吊桿分兩階段張拉（分別為吊桿一張和吊桿二張）。吊桿一張采用2次張拉（1#和10#吊桿除外），吊桿二張為1次張拉。吊桿一張結(jié)束后需進(jìn)行吊桿張拉力測(cè)量，若和理論值相符，則表明可進(jìn)行橋面鋪裝等施工工序，若不滿足相關(guān)要求則需查明原因，處理完畢后方可施工。吊桿一張及吊桿二張的張拉順序?yàn)椋?#&8#→5#&6#→2#&9#→4#&7#→1#&10#→4#&7#→2#&9#→5#&6#→3#&8#。

2 施工仿真計(jì)算

2.1 仿真計(jì)算的基本原則

張拉過程中理論計(jì)算對(duì)指導(dǎo)施工方案、及保證工程質(zhì)量方面有很重要的作用。本工程張拉過程中應(yīng)對(duì)張拉工況進(jìn)行的模擬，并及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋的數(shù)據(jù)信息及時(shí)調(diào)整，以便科學(xué)準(zhǔn)確地指導(dǎo)施工。本計(jì)算采用MIDAS CIVIL有限元計(jì)算軟件，理論的計(jì)算原則如下：

（1）吊桿一張及吊桿二張要滿足設(shè)計(jì)單位提供的吊桿力；

（2）理論計(jì)算過程中采用的分項(xiàng)系數(shù)均為1.0；

（3）鋼管混凝土拱肋采用施工階段聯(lián)合截面進(jìn)行分析；

（4）吊桿伸長(zhǎng)量要協(xié)調(diào)，不容許出現(xiàn)個(gè)別吊桿伸長(zhǎng)量過長(zhǎng)；

（5）由于橋面上施工器械分布不均勻且無規(guī)律可循，理論模擬計(jì)算過程中不對(duì)施工機(jī)械進(jìn)行仿真（張拉過程中對(duì)無關(guān)施工機(jī)械要清出橋面）。

2.2 計(jì)算數(shù)據(jù)匯總

吊桿內(nèi)力在一張過程中，依據(jù)參考文獻(xiàn)[1]中的“倒裝法”，計(jì)算出吊桿力后，采用相反的順序進(jìn)行正裝可計(jì)算出張拉階段過程中吊桿力的變化情況。對(duì)于吊桿一張到吊桿二張過程中的理論計(jì)算，采用參考文獻(xiàn)[6]剛度影響矩陣計(jì)算出所施加的吊桿力。吊桿力的大小見表1（6#～8#吊桿與1～5對(duì)稱，僅示意一半，且括號(hào)外為吊桿一張的數(shù)據(jù)，括號(hào)內(nèi)的為吊桿二張的數(shù)據(jù)。）

表1 主橋吊桿力匯總（單位：kN）

3 施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 吊桿力監(jiān)控原理

索力采用壓力傳感器及頻率式索力儀進(jìn)行測(cè)量。頻率式索力儀通過測(cè)定拉索的振動(dòng)頻率按修正的振弦計(jì)算公式計(jì)算拉索的拉力。索力測(cè)定的理論基礎(chǔ)是弦振動(dòng)理論，張緊的拉索，并考慮其抗彎剛度，其動(dòng)力平衡方程為：

式中：y——橫向坐標(biāo)（垂直于索的長(zhǎng)度方向）；

x——縱向坐標(biāo)（沿索的長(zhǎng)度方向）；

w——單位索長(zhǎng)的重量；

g——重力加速度；

T——索的張力；

t——時(shí)間；

EI——索的抗彎剛度。

假定索的兩端是鉸結(jié)的，則式（1）的解為：

式中：fn——索的第n階頻率；

l——索長(zhǎng)；

n——振動(dòng)階數(shù)。

對(duì)于某一確定的索，式（2）右邊的w、l、g都是已知的，如果能確定fn，并確定相應(yīng)的n，便可求得索力T。

3.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)比較分析

由于本橋施工過程中，吊桿一張后系梁等構(gòu)件未完全脫模，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析后采用強(qiáng)制脫模，并檢查應(yīng)力及橋梁線形等，均滿足設(shè)計(jì)要求，因此進(jìn)一步施工橋面附屬結(jié)構(gòu)，施工橋面鋪裝等。附屬設(shè)施施工后測(cè)得個(gè)別吊桿力與設(shè)計(jì)值相差較大，具體數(shù)值見圖2、圖3。

圖2 吊桿一張中吊桿力理論值及實(shí)測(cè)值對(duì)比圖（單位：kN）

圖3 吊桿一張邊吊桿力理論值及實(shí)測(cè)值對(duì)比圖（單位：kN）

從圖2、圖3中可以看出：邊拱肋中3#～8#吊桿內(nèi)力和成橋后的吊桿內(nèi)力相差很小，而邊拱肋短吊桿的內(nèi)力相差較大（短吊桿較難精準(zhǔn)測(cè)量其數(shù)據(jù)）；中拱肋吊桿內(nèi)力均小于成橋后內(nèi)力，需要進(jìn)一步補(bǔ)張。出現(xiàn)這種情況的主要原因是由于，邊拱肋的防撞護(hù)欄沒有被鑿除，而中拱肋上的防撞護(hù)欄已鑿除。經(jīng)過計(jì)算以及上述測(cè)量結(jié)果可以看出，張拉吊桿時(shí)，邊吊桿和中吊桿相互影響很小，可以忽略不計(jì)。因此，指定吊桿二張的張拉總體方案如下：

（1）利用文獻(xiàn) [6]所示的方法，利用剛度矩陣求解補(bǔ)充的張拉力。

（2）短吊桿的內(nèi)力可以通過油壓表讀數(shù)最終控制。在張拉短吊桿過程中應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)控相鄰中長(zhǎng)吊桿內(nèi)力的測(cè)量頻率。

（3）張拉完畢后，若個(gè)別吊桿內(nèi)力和設(shè)計(jì)值有出入時(shí)，可以適當(dāng)補(bǔ)張個(gè)別吊桿以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)上述計(jì)算原則確定張拉方案進(jìn)行張拉，調(diào)整后的吊桿力見圖4、圖5，其中1#、2#、9#和10#等短吊桿是由油壓表讀數(shù)控制吊桿力。因此，相對(duì)誤差理論上講是零。

圖4 吊桿二張中吊桿力理論值及實(shí)測(cè)值對(duì)比圖（單位：kN）

圖5 吊桿二張邊吊桿力理論值及實(shí)測(cè)值對(duì)比圖（單位：kN）

4 小結(jié)

根據(jù)以上的分析，類似拱橋吊桿張拉施工時(shí)，總結(jié)出以下結(jié)論。

（1）鑒于短吊桿（長(zhǎng)度小于5 m）內(nèi)力測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)偏差較大，吊桿力可由油壓表數(shù)據(jù)直接讀出（不采用測(cè)頻率的方法）。

（2）對(duì)鋼管混凝土系桿拱橋吊桿受力復(fù)雜，在張拉前應(yīng)做詳盡的計(jì)算分析，為施工監(jiān)控提供理論依據(jù)。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工能力制定合理的張拉順序，且實(shí)測(cè)吊桿力與理論計(jì)算偏差較大時(shí)，應(yīng)立即停止張拉找出原因并經(jīng)處理后方可進(jìn)一步張拉。

[1]顧安邦，張永水.橋梁施工監(jiān)測(cè)與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]陳久恒.飛燕式鋼管混凝土拱橋系桿與吊桿施工分析與控制[J].國(guó)防交通工程與技術(shù)，2010（2）：51-53.

[3]于琦,孟少平.系桿拱橋張拉控制有限元模擬方法研究[J].特種結(jié)構(gòu)，2008（3）：88-91.

[4]彭宣茂.系桿拱橋吊桿初始張拉力的計(jì)算方法 [J].水利水電科技進(jìn)展，2000（12）：32-33.

[5]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制 [M].北京：人民交通出版社,2000.

[6]李新平，鐘健聰.空間系桿拱橋吊桿張拉控制分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（7）：89-92.