(長沙城投鐵路站場(chǎng)遷建開發(fā)有限公司,湖南 長沙 410003 )

現(xiàn)代化橋梁建設(shè)因其跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所采用的施工方法種類繁多。纜索吊裝施工技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的建橋技術(shù)，在大跨度拱橋施工中得到了非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近些年來，我國大跨度拱橋采用了纜索吊裝技術(shù)施工的占到大跨度拱橋總量的70%[1]。拱橋纜索吊裝施工技術(shù)包括拱圈預(yù)制、纜索系統(tǒng)布設(shè)、拱箱吊裝、拱箱合龍松扣索、拱上結(jié)構(gòu)施工等，因此，該方法是一個(gè)較為龐大的系統(tǒng)工程。在該系統(tǒng)中，保證拱箱成橋后的線形和內(nèi)力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求是施工控制的最終目標(biāo)，在拱橋纜索吊裝的整個(gè)施工過程中，會(huì)受到各種施工因素的影響[2]。因此，必須對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行有效的施工監(jiān)控，確保達(dá)到合理成橋狀態(tài)，同時(shí)保證施工過程和運(yùn)營階段的安全。

1 工程概況

該工程背景為鋼筋混凝土箱型上承式拱橋，橋面寬為 9 m，橋跨結(jié)構(gòu)為 13 m×2 簡支梁橋 +110 m 上承式鋼筋混凝土拱橋+4×13 m 簡支梁橋。主拱圈為等截面懸鏈線無鉸拱，凈跨徑110 m，拱圈橫斷面由 5 片拱箱組成。橋型布置及拱圈橫截面圖如圖1、圖2所示。

圖1 橋型布置圖(單位：cm)

圖2 主拱圈橫截面圖(單位 cm)

2 纜索吊裝施工監(jiān)控方案

為保證拱箱成橋后的線形和內(nèi)力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求，在施工過程中，必須對(duì)影響合理成橋狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的各種參數(shù)誤差進(jìn)行修正，進(jìn)而對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行有效的施工控制[3]。施工控制采取以拱圈線形控制為主，應(yīng)力控制為輔的原則進(jìn)行，同時(shí)兼顧扣索索力和扣塔變形控制。

具體地說，施工控制過程應(yīng)遵循以下幾條原則：

1)線形要求。

線形包括拱箱軸線線形和橋面線形兩種。施工過程中，裸拱的拱箱軸線線形應(yīng)滿足根據(jù)施工狀態(tài)計(jì)算設(shè)置預(yù)拱度的理論值(該理論值必須充分考慮混凝土收縮徐變等因素影響)，成橋后(一般情況下是指長期變形趨于穩(wěn)定后)拱箱軸線線形和橋面線形均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

2)受力要求。

受力要求通常包括兩個(gè)方面：一是施工過程中，對(duì)該橋施工期間的索力及應(yīng)力等狀態(tài)量進(jìn)行有效地控制和調(diào)整，保證實(shí)際結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力和變形始終處于可控、安全及合理的范圍內(nèi)[4，5]；二是成橋狀態(tài)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求并且與理論期望值的誤差最小。針對(duì)拱結(jié)構(gòu)以受壓為主的受力特點(diǎn)，施工過程中既要考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)也必須考慮材料強(qiáng)度要求，確保施工過程的安全。成橋狀態(tài)下，拱箱主拱圈的內(nèi)力既與恒載作用大小有關(guān)，又與扣索的張拉索力有關(guān)。因此，施工控制中，必須將扣索索力的大小作為關(guān)鍵對(duì)象加以控制，確保運(yùn)營期的安全[6,7]。

3 監(jiān)控理論計(jì)算模型建立

計(jì)算模型結(jié)構(gòu)共細(xì)分為303處節(jié)點(diǎn)，組成649個(gè)單元，其中，施工扣索采用索單元，支座與臨時(shí)鉸接結(jié)構(gòu)采用兩端帶剛臂的梁單元，其余單元均采用梁單元。結(jié)構(gòu)邊界條件均與實(shí)際一致。施工工況劃分見表1。

表1 施工工況劃分表工況施工狀態(tài)10、17號(hào)墩柱施工2拱肋1號(hào)段拼裝3拱肋2號(hào)段拼裝4拱肋3號(hào)段入合龍口，拱肋合龍5長扣索落鉤63#段纜索落鉤7短扣索落鉤8剩余拱肋安裝合龍9澆筑橫系梁、連接縫10底梁、拱圈整體化層施工11拱圈形成整體剛度12空工況13～40立柱及蓋梁、橋面板安裝及二期恒載施工

3.1 拱肋1號(hào)節(jié)段吊裝計(jì)算結(jié)果

1號(hào)節(jié)段吊裝完成后，拱肋應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 1號(hào)節(jié)段吊裝工況拱肋上翼緣應(yīng)力

圖4 1號(hào)節(jié)段吊裝工況拱肋下翼緣應(yīng)力

由拱肋應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知，拱肋1號(hào)節(jié)段吊裝過程中，拱肋下翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為0.97 MPa，出現(xiàn)的拉應(yīng)力極值為1.55 MPa；吊裝過程中，拱肋上下翼緣的拉應(yīng)力極值(短暫持荷)均小于混凝土的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度2.65 MPa，符合規(guī)范要求。

3.2 拱肋2號(hào)節(jié)段吊裝

2號(hào)節(jié)段吊裝完成后，拱肋應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 吊裝2號(hào)段工況拱肋上翼緣應(yīng)力

圖6 吊裝2號(hào)段工況拱肋下翼緣應(yīng)力

由以上拱肋應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知，拱肋2號(hào)節(jié)段吊裝過程中，上翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為3.29 MPa，拉應(yīng)力極值為1.80 MPa(1號(hào)扣索掛鉤處)；下翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為3.32 MPa，拉應(yīng)力極值為1.34 MPa；吊裝過程中，拱肋上下翼緣拉應(yīng)力極值(短暫持荷)均小于混凝土的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度2.65 MPa，符合規(guī)范要求。

3.3 單條拱肋(中箱)合龍

單條拱肋合龍后(扣索與纜索皆松鉤)，拱肋應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 單條拱肋合龍后拱肋上翼緣應(yīng)力

圖8 單條拱肋合龍后拱肋下翼緣應(yīng)力

由拱肋應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知，拱圈合龍后，拱肋上翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為3.64 MPa，無拉應(yīng)力；拱肋下翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值3.11 MPa，無拉應(yīng)力；拱肋出現(xiàn)的剪應(yīng)力極值為0.12 MPa，軸向壓應(yīng)力極值為3.04 MPa。

拱肋邊箱吊裝至拱圈合龍階段拱肋內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)與上述分析基本一致，此處不再一一羅列。

3.4 成橋階段短期效應(yīng)混凝土拱肋應(yīng)力包絡(luò)圖

正常使用極限狀態(tài)下的短期效應(yīng)與長期效應(yīng)分別進(jìn)行作用效應(yīng)組合[8]，取其最不利效應(yīng)進(jìn)行分析。

混凝土拱肋在短期效應(yīng)作用下的應(yīng)力包絡(luò)圖如圖9、圖10。

圖9 短期組合效應(yīng)上翼緣應(yīng)力包絡(luò)圖

圖10 短期組合效應(yīng)下翼緣應(yīng)力包絡(luò)圖

由圖9、圖10應(yīng)力包絡(luò)圖可知，在最不利短期組合效應(yīng)下，拱肋軸向應(yīng)力未出現(xiàn)拉應(yīng)力，出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為7.95 MPa;上翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為8.96 MPa，壓應(yīng)力最小值為2.49 MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力；下翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為13.31 MPa，壓應(yīng)力最小值為3.35 MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力。

3.5 長期效應(yīng)混凝土拱肋應(yīng)力

混凝土拱肋在長期效應(yīng)作用下的應(yīng)力包絡(luò)圖如圖11、圖12。

圖11 長期組合效應(yīng)上翼緣應(yīng)力包絡(luò)圖

圖12 長期組合效應(yīng)下翼緣應(yīng)力包絡(luò)圖

由圖11、圖12應(yīng)力包絡(luò)圖可知：在最不利長期組合效應(yīng)下，拱肋軸向應(yīng)力未出現(xiàn)拉應(yīng)力，出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為7.97 MPa；上翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為9.08 MPa，壓應(yīng)力最小值為2.36 MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力；下翼緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力極值為13.48 MPa，最小壓應(yīng)力為3.42 MPa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力。

3.6 施工預(yù)拱度

拱箱在收縮徐變等荷載作用下會(huì)產(chǎn)生一定的下?lián)?，因此需在拱箱施工過程中預(yù)先抬高一定的量來抵消結(jié)構(gòu)下?lián)?，設(shè)置的預(yù)抬高值即稱為施工預(yù)拱度。

根據(jù)拱橋吊裝施工特點(diǎn)，計(jì)算模型必須從拱圈形成剛度后方可計(jì)入拱箱累計(jì)變形量。

對(duì)本橋施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，在考慮恒載、收縮徐變荷載以及1/2活載情況下，拱頂需設(shè)置的預(yù)抬高值約為91.3 mm，其他位置數(shù)值亦可根據(jù)圖13確定。

圖13 拱箱預(yù)拱度布置圖

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)拱圈長度及現(xiàn)場(chǎng)具備的實(shí)施條件，測(cè)點(diǎn)均布置在每段拱箱端頭腹板位置。

5 拱箱合龍線形施工監(jiān)控成果

根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，拱箱高程最大誤差出現(xiàn)在南岸第2條中箱的合攏段，其高程誤差絕對(duì)值控制在29 mm以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

拱箱軸線最大誤差出現(xiàn)在南岸邊箱的第1段，誤差最大值為18 mm，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6 結(jié)語

通過對(duì)大節(jié)段鋼筋混凝土箱型拱橋纜索吊裝過程的細(xì)致分析及控制，結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。本項(xiàng)目施工監(jiān)控工作自拱箱預(yù)制階段開始，吊裝全過程中始終密切關(guān)注拱肋拼裝線形的變化及影響，整個(gè)施工監(jiān)控思路值得參考。

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