陳 賀 功

(上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海 200331)

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鋼管混凝土拱橋整體吊裝施工監(jiān)控分析

陳 賀 功

(上海同納建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海 200331)

以上海市徐匯區(qū)老滬閔路鋼管混凝土拱橋?yàn)槔?，從結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工過(guò)程、施工監(jiān)控內(nèi)容三方面，介紹了其工程概況，并從理論、實(shí)測(cè)結(jié)果兩方面，對(duì)施工監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行了分析，以供同類(lèi)工程借鑒參考。

鋼管混凝土拱橋，橫斷面，橋面板，吊桿

0 引言

鋼管混凝土(Concrete Filled Steel Tubular,CFST)是指在鋼管內(nèi)灌注混凝土，從而使得鋼管和混凝土形成組合截面受力。由于鋼管和混凝土的組合，能夠有效的發(fā)揮鋼管的套箍作用[2]，從而能夠提高混凝土的抗壓承載力，而鋼管內(nèi)灌注混凝土后，混凝土可以有效的抵抗鋼管的整體和局部的穩(wěn)定性[3]。而且鋼管混凝土拱橋具有跨徑適應(yīng)能力大，承載能力高，地質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)(可以無(wú)推力)，造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，使其在橋梁建設(shè)領(lǐng)域具備有寬廣的前景。

鋼管混凝土拱橋的施工方法主要有[4]：滿(mǎn)堂支架法、纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體施工法、懸臂施工法。施工監(jiān)控的主要方法有[5]：

1)開(kāi)環(huán)控制，對(duì)于橋型較簡(jiǎn)單的橋梁，一般按照設(shè)計(jì)估計(jì)的預(yù)拱度施工，屬于單向控制方法；

2)反饋控制，又叫閉環(huán)控制，對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的誤差及時(shí)進(jìn)行糾正，而糾正的措施和控制量的大小，形成一種反饋控制過(guò)程；

3)自適應(yīng)控制，為控制誤差產(chǎn)生的原因，需要對(duì)誤差進(jìn)行估計(jì)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)施工階段后，計(jì)算模型就能夠適應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程，該方法是在反饋控制的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)施工系統(tǒng)的參數(shù)辨析過(guò)程。

結(jié)合上海市徐匯區(qū)淀浦河上一座鋼管混凝土橋的施工過(guò)程，

進(jìn)行了仿真分析，并進(jìn)行了自適應(yīng)控制施工監(jiān)控。

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

徐匯區(qū)淀浦河橋跨徑組合為4×20.0 m(引橋)+69.0 m(主橋)+4×20.0 m(引橋)，全長(zhǎng)229.0 m，其中主橋?yàn)楹?jiǎn)支鋼管混凝土拱橋。主橋立面圖集橫斷面圖如圖1,圖2所示。

主橋橫斷面布置：0.3 m(欄桿)+3.5 m(人行道)+2.0 m(拱肋區(qū))+11.5 m(車(chē)行道)+11.5 m(車(chē)行道)+2.0 m(拱肋區(qū))+3.5 m(人行道)+0.3 m(欄桿)=34.6 m。

拱肋：主橋有兩片拱肋，為等高度圓端形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，單片拱肋寬度1.2 m，截面高2.0 m，拱肋橫橋向間距為25 m。拱軸線計(jì)算跨徑66.4 m，矢跨比f(wàn)/L=1/5,拱肋矢高為f=13.28 m，拱軸線為二次拋物線。

橫梁：橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其中中橫梁采用T型截面，端橫梁采用預(yù)應(yīng)力空心箱形結(jié)構(gòu)，并且橫梁梁頂設(shè)置2%橫坡，底面水平。

縱梁：與拱肋對(duì)應(yīng)，主橋設(shè)置2道縱梁?？v梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，跨中處為箱型截面，縱梁與吊桿連接處，設(shè)1 000 mm厚的實(shí)體段。

吊桿：均為平行吊桿，間距5 m，全橋共設(shè)11對(duì)(共22根)，所有吊桿均位于拱肋平面內(nèi)。吊桿采用低松弛鍍鋅鋼絲成品索PES(FD)7-109(鋼絲強(qiáng)度Rby=1 670 MPa)，設(shè)計(jì)安全系數(shù)K≥3.0，索體下端為固定端，上端為張拉端，配套錨具為L(zhǎng)ZM7-109冷鑄鐓頭錨。

荷載等級(jí)：考慮跨淀浦河橋重型車(chē)輛所占比例較大，本橋設(shè)計(jì)荷載采用城—A級(jí)，人群荷載按CJJ 11—2011城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定取用。

1.2 施工過(guò)程

徐匯區(qū)淀浦河橋主要構(gòu)件采用預(yù)制拼裝整體吊裝的施工方法。主要的施工過(guò)程如下：

1)主橋橋墩處搭設(shè)支架，現(xiàn)澆拱腳、端橫梁和第一片中橫梁；

2)設(shè)置水平抗推裝置，整體吊裝鋼管拱肋，安裝風(fēng)撐后泵送拱肋混凝土；

3)張拉水平抗推裝置后，安裝吊桿，并整體吊裝中橫梁；

4)調(diào)整中橫梁標(biāo)高后，現(xiàn)澆邊縱梁，縱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，張拉縱梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋，然后拆除臨時(shí)抗推裝置；

5)施工橋面鋪裝、防撞護(hù)欄、欄桿等。復(fù)測(cè)橋面高程，判定是否調(diào)整吊桿索力。

1.3 施工監(jiān)控內(nèi)容

1.3.1 線形控制

1)拱肋橫向偏位；2)拱軸線線形；3)橋面線形。

1.3.2 拱腳變位

拱肋吊裝、拱肋混凝土灌注、橫梁吊裝、縱梁澆筑和縱梁預(yù)應(yīng)力張拉等階段拱腳水平位移控制。

1.3.3 吊桿力調(diào)整

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，橋面板施工完成后，以橋面線形作為控制目標(biāo)，根據(jù)橋面線形的實(shí)測(cè)值，對(duì)吊桿張拉力進(jìn)行調(diào)整，保證最終成橋的線形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。

1.3.4 應(yīng)力監(jiān)控

拱肋在拱腳、L/4、拱頂和3L/4截面布置表貼式振弦式應(yīng)力傳感器，并挑選部分中橫梁和縱梁拱頂對(duì)應(yīng)位置處布置埋入式。由于拱腳鋼管在進(jìn)行拱肋混凝土壓漿過(guò)程中易造成拱腳鋼管破裂[6]，因此拱腳處應(yīng)力測(cè)點(diǎn)在拱肋上下緣和左右兩側(cè)均布置，并且在壓漿過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)報(bào)警，停止注漿。

拱肋橫向偏位和拱軸線形的測(cè)試采用在拱肋下緣布置小棱鏡或反射片的方式布置測(cè)點(diǎn)，橋面線形采用中橫梁在吊桿對(duì)應(yīng)位置處布置測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置如圖3,圖4所示。

2 施工監(jiān)控結(jié)果分析

該橋采用有限軟件進(jìn)行模擬計(jì)算分析，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工方案，該模型離散為581個(gè)單元，395個(gè)節(jié)點(diǎn)，施工計(jì)算階段14個(gè)，包括成橋后的收縮徐變10年。其中拱肋、縱梁和橫梁采用梁?jiǎn)卧?，橋面板采用板單元。由于該橋跨度比較小，吊桿的幾何非線性不明顯，因此吊桿采用桁架單元。同時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)參數(shù)值對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整和修正，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見(jiàn)圖5。

2.1 理論分析

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果可知：

1)拱軸線線形：拱肋設(shè)計(jì)預(yù)拋高54.0 mm，縱梁設(shè)計(jì)預(yù)拋高100.0 mm(其中包括拱肋的設(shè)計(jì)拋高值)；拱肋施工預(yù)拋高33.0 mm，系梁施工預(yù)拋高為20.8 mm。其中拱軸橫向偏位在計(jì)算模型中無(wú)法得到理論值，僅能通過(guò)拱肋整體吊裝過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，保證拱肋的垂直度。根據(jù)設(shè)計(jì)或施工預(yù)拋高值，按照二次拋物線計(jì)算其他相關(guān)點(diǎn)的拋高值，在吊裝中橫梁時(shí)實(shí)時(shí)控制相關(guān)控制點(diǎn)，保證最終成橋的線形達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)拱腳變位：拱腳變位在整個(gè)施工過(guò)程中由于臨時(shí)約束的影響，拱腳相對(duì)水平變形較小，僅為1.0 mm。在臨時(shí)水平抗推裝置拆除后，拱腳水平變位理論值達(dá)到10.0 mm(方向?yàn)橄騼砂斗较?。

3)吊桿力：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該橋的主控參數(shù)為橋面線形，吊桿力在滿(mǎn)足橋面線形的情況下，不進(jìn)行二次調(diào)整，即吊桿索力在施工結(jié)束后能夠達(dá)到理論計(jì)算的理論值。

4)敏感性分析[7]：施工過(guò)程中，理論計(jì)算的參數(shù)和實(shí)際的參數(shù)不符合情況較常見(jiàn)，而結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的差異會(huì)對(duì)實(shí)際的監(jiān)控過(guò)程造成結(jié)構(gòu)的成橋偏差，因此對(duì)于部分參數(shù)進(jìn)行敏感性分析計(jì)算是有必要的。對(duì)于橋梁自重、縱梁孔道摩阻系數(shù)等相關(guān)系數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，經(jīng)過(guò)分析自重的因素對(duì)于拱頂和縱梁跨中的拋高值敏感性更明顯，因此現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，要在混凝土澆筑過(guò)程中，及時(shí)取混凝土樣品進(jìn)行承重測(cè)量，根據(jù)測(cè)試結(jié)果及時(shí)調(diào)整模型,見(jiàn)表1～表3。

表1 自重因素對(duì)控制點(diǎn)施工拋高值的敏感性計(jì)算結(jié)果 mm

表2 縱梁預(yù)應(yīng)力K系數(shù)對(duì)控制點(diǎn)施工拋高值的敏感性計(jì)算結(jié)果 mm

表3 縱梁預(yù)應(yīng)力μ系數(shù)對(duì)控制點(diǎn)施工拋高值的敏感性計(jì)算結(jié)果 mm

2.2 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

1)拱軸線形。在施工過(guò)程中，拱頂測(cè)點(diǎn)在施工過(guò)程中實(shí)測(cè)變形趨勢(shì)和理論計(jì)算的趨勢(shì)相同，右側(cè)拱肋拱頂在二次鋪裝后的變形值相對(duì)偏大6 mm，小于設(shè)計(jì)的要求，如圖6所示，拱頂高程滿(mǎn)足成橋后的正常使用。成橋后拱肋的矢跨比為1/4.98，拱肋設(shè)計(jì)矢跨比為1/5，表明拱軸線形滿(mǎn)足要求。

2)橋面線形。根據(jù)縱梁控制點(diǎn)高程實(shí)測(cè)結(jié)果(如圖7所示)，縱梁跨中控制測(cè)點(diǎn)在施工過(guò)程中標(biāo)高：中橫梁吊裝標(biāo)高后比設(shè)計(jì)值高4.75 cm，最終成橋后標(biāo)高比設(shè)計(jì)值高6.88 cm，因此該橋預(yù)拋高在后期使用中有較大的富余量，能夠滿(mǎn)足橋梁后期的使用。

3)拱腳變位。實(shí)測(cè)拱腳變位在臨時(shí)索放張后，拱腳向河兩岸變位為13 mm，拱腳的變位趨勢(shì)實(shí)測(cè)值和理論值相同，說(shuō)明臨時(shí)索的張拉和拆除順序與實(shí)際相符。

4)應(yīng)力監(jiān)控。拱肋實(shí)測(cè)應(yīng)力和理論應(yīng)力總體變化趨勢(shì)基本

一致，在整個(gè)施工過(guò)程中幾乎是全截面受壓，隨著施工過(guò)程總體呈現(xiàn)波動(dòng)增加的趨勢(shì)，符合施工規(guī)律。其中拱腳的應(yīng)力測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論值對(duì)比如圖8所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)徐匯區(qū)淀浦河橋施工監(jiān)控過(guò)程，橋梁在施工過(guò)程中理論值和實(shí)測(cè)值基本相符，而且滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)位于系桿拱橋的容許范圍之內(nèi)，基本處于受壓狀態(tài)，結(jié)構(gòu)受力良好。基于該橋的預(yù)制拼裝，拱肋整體吊裝，得出以下結(jié)論：

1)考慮混凝土的收縮徐變和施工周期的影響，以及考慮橋梁自重、二期恒載等，拱肋和縱梁設(shè)置的施工拋高值滿(mǎn)足施工的要求，能夠保證最終成橋的線形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2)該橋自重的影響因素，對(duì)于施工預(yù)拋高值的影響較大，自重每變化1%，拱肋及縱梁最大控制點(diǎn)的變化為10%，因此對(duì)于結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的自重，需要重點(diǎn)關(guān)注，根據(jù)實(shí)測(cè)值，實(shí)時(shí)調(diào)整計(jì)算模型。

3)拱腳變位實(shí)測(cè)值和理論值變化趨勢(shì)相同，說(shuō)明理論計(jì)算的臨時(shí)約束的設(shè)置和拆除過(guò)程與實(shí)際的過(guò)程相符。

4)關(guān)鍵位置的應(yīng)力測(cè)試過(guò)程表明實(shí)測(cè)值和理論值比較相符，實(shí)測(cè)值與理論值相對(duì)浮動(dòng)，說(shuō)明實(shí)際的施工過(guò)程中施工堆載的估計(jì)存在偏差，需要在模型中不斷對(duì)施工堆載及時(shí)調(diào)整。

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[3] 劉長(zhǎng)松.鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控與控制技術(shù)研究[D].成都：西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007：2-3.

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On analysis of overall hoisting construction monitoring of steel-pipe concrete arch bridge

Chen Hegong

(ShanghaiTongnaConstructionEngineeringQualityTestCo.,Ltd,Shanghai200331,China)

Taking the steel pipe concrete arch bridge on Laohumin Road in Xuhui District of Shanghai as the example, the paper introduces its engineering survey from the structural parameter, construction process, and construction monitoring content, and undertakes the analysis of the monitoring results from the theories and training results, so as to provide some reference for the similar projects.

steel pipe concrete arch bridge, cross section, bridge deck slab, suspender

1009-6825(2017)15-0167-03

2017-03-10

陳賀功(1981- )，男，工程師

U448.3

A