陳永飛

(高郵市交通運(yùn)輸局，江蘇 高郵 225600)

0 引言

目前鋼管混凝土系桿拱橋在各項(xiàng)河流建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛，該橋梁結(jié)構(gòu)受力準(zhǔn)、強(qiáng)度高、造型美觀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，可適用于部分軟弱地基，節(jié)省橋梁建設(shè)成本。但從另一個(gè)角度而言，橋梁技術(shù)含量較高，對施工要求嚴(yán)格，施工溫度及荷載變化等都會影響橋梁最終的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，并且拱肋線形成后，很難后續(xù)調(diào)整。在施工控制方面，針對橋梁的施工控制分為開環(huán)控制、反饋控制及自適應(yīng)控制，其中自適應(yīng)控制可通過計(jì)算分析真實(shí)反饋出橋梁施工后的實(shí)際情況，對更好施工具有指導(dǎo)性價(jià)值。以下就以某河流鋼管混凝土系桿拱橋建設(shè)為例(見圖1)，分析施工階段變形、吊桿力、應(yīng)力等數(shù)據(jù)，對吊桿成橋張拉力調(diào)索進(jìn)行優(yōu)化，為施工提供技術(shù)支持。

1 鋼管混凝土系桿拱橋施工

1.1 三垛東橋工程

三垛東橋工程河流鋼管混凝土系桿拱橋如圖1所示，其建設(shè)不僅需要滿足通車需求，還需要考慮美觀性及橋梁審查意見，橋身為跨徑90 m梁拱體系，屬下承式鋼管混凝土無推力拱橋，主拱橋拱肋為啞鈴型鋼管混凝土，軸線為二次拋物線。

圖1 鋼管混凝土系桿拱橋示意圖

計(jì)算橋梁跨徑87.5 m，矢跨比達(dá)到1/5，橋梁全寬為20.2 m，弦桿鋼管φ 900 mm，板材厚度14 mm。橋梁拱肋的上下弦鋼管內(nèi)部灌注C40的補(bǔ)償收縮自密實(shí)混凝土，拱肋及拱肋之間設(shè)置“一”字型(3道)、“K”字型(2道)桁式橫撐。各個(gè)拱肋下部拱腳設(shè)剛性系梁，共設(shè)置15對吊桿，吊桿之間縱向保持5.3 m間距，吊桿為GJ15-15型拱橋?qū)Ｓ玫鯒U。橋面為連續(xù)性混凝土箱梁，下部采用鉆孔灌注樁構(gòu)建基礎(chǔ)，系桿拱在岸上進(jìn)行拼裝，浮吊整體吊裝就位。選擇在河岸一側(cè)，順河方向平整拼裝場地，進(jìn)行勁性骨架和鋼管拱的整體拼裝，完成吊桿的安裝，待拼裝完成后利用2臺大型浮吊進(jìn)行整體吊裝施工；吊裝完成后進(jìn)行拱腳、拱肋混凝土、系桿混凝土的灌注；中橫梁采用預(yù)制后浮吊安裝。

1.2 以有限元模型開展施工分析

有限元模型是建筑施工方面常用的分析技術(shù)，在鋼管混凝土系桿拱橋建設(shè)中落實(shí)有限元分析模型，勁性骨架、臨時(shí)橫梁、拱肋以及一些鋼板等，都以空間梁單元模擬顯示出來，拱肋、系梁吊架均采用梁單元模擬，吊桿采用桁架單元模擬，啞鈴鋼管、吊桿、系梁等位置采取節(jié)點(diǎn)彈性進(jìn)行連接分析。最終系桿拱整體吊裝有限元計(jì)算模型達(dá)到3 070個(gè)節(jié)點(diǎn)，共計(jì)8 524個(gè)單元。

1.3 分析結(jié)果

由相關(guān)計(jì)算結(jié)果可知，拱肋及吊掛系統(tǒng)最大組合應(yīng)力為173 MPa，強(qiáng)度滿足規(guī)范要求；起吊鋼絲繩最大組合應(yīng)力為234 MPa，強(qiáng)度滿足規(guī)范要求；吊裝階段最大變形為50 mm，剛度滿足要求。由此可見，系桿拱整體吊裝過程中安全系數(shù)較高，能夠保證施工質(zhì)量。

2 橋梁施工控制措施及效果

2.1 具體施工控制措施

在案例工程建設(shè)中，主要采取支架方式安裝施工，先設(shè)置橋面系及拱肋，二者形成之后，考慮到后續(xù)工序?qū)κ┕さ挠绊?，如吊桿的張力分布、后期結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的不同程度變形以及混凝土出現(xiàn)收縮徐變情況，鋼管拱肋合龍建設(shè)成形后橋梁基本定型，各種可調(diào)整的因素都已經(jīng)基本固定，此時(shí)可采用預(yù)先控制和反饋控制相結(jié)合的自適應(yīng)控制方式對橋梁整體施工質(zhì)量加以控制。自適應(yīng)控制貫穿在橋梁建設(shè)的整個(gè)周期中，但是其控制重點(diǎn)還是在施工前期，在施工前對此類鋼管混凝土系桿拱橋所依賴的各項(xiàng)質(zhì)量影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析。

1)應(yīng)控制好支架的標(biāo)高，關(guān)注支架是否會出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，通過規(guī)范施工、強(qiáng)化管理等多種措施，控制好系梁建模的標(biāo)高誤差。

2)注重保持拱肋拼裝尺寸的合理性和規(guī)范性，減少尺寸方面出現(xiàn)的誤差。實(shí)際施工及測量時(shí)要考慮到溫度變化對測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。上述幾項(xiàng)尺寸以及測量等都對鋼管混凝土系桿拱橋的施工誤差起到至關(guān)重要的作用。

3)實(shí)際施工中雖然誤差可以得到有效控制，但是還是避免不了出現(xiàn)誤差，出現(xiàn)誤差是允許的，只要保證誤差處于不同節(jié)段的結(jié)構(gòu)線形誤差精度允許范圍內(nèi)，就可以不對誤差進(jìn)行調(diào)整。若發(fā)現(xiàn)誤差超出控制精度許可范圍，則需要及時(shí)對出現(xiàn)誤差的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。具體調(diào)整可從控制截面的標(biāo)高入手。

4)鋼管混凝土系桿拱橋和傳統(tǒng)的梁橋、斜拉橋的建設(shè)方式截然不同，其施工控制方式也有一定差異。在拱肋合龍之后，橋梁的主拱線形基本確定，無法調(diào)整，此時(shí)僅能對吊桿作輕微調(diào)整，通過對吊桿錨具的螺母絲扣調(diào)整，起到對橋面線形的整體調(diào)整。對吊桿的調(diào)整十分有限，若調(diào)整幅度過大很可能對橋梁的結(jié)構(gòu)受力情況造成威脅，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全問題。故需要確保鋼管混凝土系桿拱橋成橋線形和最初設(shè)計(jì)的線形盡可能保持一致，按照現(xiàn)場的測試數(shù)據(jù)以及計(jì)算機(jī)識別分析數(shù)據(jù)綜合調(diào)整各個(gè)參數(shù)，各階段的理論計(jì)算標(biāo)高要保證和實(shí)際標(biāo)高基本一致。

2.2 施工控制效果

2.2.1 對吊桿索力的控制效果

系桿拱橋在吊桿張拉階段，為便于施工，減少施工難度，往往分批張拉吊桿。此時(shí)隨著吊桿一次次張拉，橋梁自身結(jié)構(gòu)也會發(fā)生一定變形，其系梁支承體系也會有所轉(zhuǎn)換，橋梁內(nèi)力重新分布。前期張拉的吊索，其索力會對后續(xù)張拉的吊桿索力造成影響，后期張拉吊桿也會對已經(jīng)張拉完畢的吊桿索力有所制約，最終影響橋梁整體的力學(xué)性能，嚴(yán)重的會導(dǎo)致橋梁的內(nèi)力狀態(tài)和設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大偏差，導(dǎo)致橋梁建設(shè)不滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

為避免上述問題發(fā)生，在案例鋼管混凝土系桿拱橋建設(shè)中尤其注重吊桿張拉的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性，通過對工程現(xiàn)場張拉進(jìn)行檢查以及對計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)拱肋及系梁的剛度對吊桿張拉有直接影響，在一些跨中長吊桿實(shí)際張拉過程中，系梁及拱肋發(fā)生一定彈性變形，會損失后期吊桿的張拉力。橋梁拱腳位置的剛度突出，吊桿力會伴隨千斤頂張拉逐漸增加。對調(diào)索來說，長吊桿的張拉會導(dǎo)致拱及系梁發(fā)生較大的變形損失，而短吊桿的索力也會伴隨張拉變化而變化。故吊桿主動張拉力可以和成橋的恒載力聯(lián)系起來，以恒載力為控制目標(biāo)，對吊桿力進(jìn)行調(diào)整，要求結(jié)構(gòu)線形保持平順，其索力須保持均勻分布。案例橋梁建設(shè)的吊桿經(jīng)過上述處理之后，其各個(gè)吊桿索力基本均勻分布，在端部的四根吊桿索力雖然較大，但其受力較為安全，一些短吊桿的索力會受到測算方式差異影響。橋梁絕大部分吊桿索力和成橋的恒載索力相差無幾，符合設(shè)計(jì)理論，橋梁建設(shè)質(zhì)量滿足要求。

2.2.2 吊桿索力調(diào)設(shè)完成后的成橋線形分析

案例鋼管混凝土系桿拱橋在建設(shè)中其高程水準(zhǔn)點(diǎn)控制遺失，故需要測試具體的吊桿位置的豎向相對撓度。測試了1～15個(gè)吊桿發(fā)生的豎向變形。在最初的設(shè)計(jì)圖紙中，其要求鋼管混凝土系桿拱橋建設(shè)完成之后應(yīng)保證橋面無相對的豎向變形，但是建設(shè)完成后測試發(fā)現(xiàn)橋線形存在相對變形，產(chǎn)生的相對豎向變形較小，變形最低位置處于3號、14號吊桿橋面，而其他的豎向撓度則較為接近，考慮到后續(xù)測量是在橋面鋪裝層以上完成的，鋪裝層必然存在一定的凹凸不平及測量誤差，故較小的相對豎向變形可以理解為建設(shè)完成后橋面線形平順，建設(shè)后的線形和設(shè)計(jì)理論中的計(jì)算結(jié)果基本一致，符合施工設(shè)計(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

鋼管混凝土系桿拱橋作為一種較為新穎且優(yōu)勢突出的新式橋梁，其未來應(yīng)用價(jià)值廣泛。按照案例鋼管混凝土系桿拱橋建設(shè)步驟，在橋梁建設(shè)中持續(xù)開展施工，整個(gè)過程中拱肋及系梁并沒有發(fā)生較大的變形，并且鋼管拱肋應(yīng)力水平不高，后期建設(shè)完成后吊桿安裝也較為合理、安全，滿足施工設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。