摘要：系桿鋼箱拱橋因其美觀與高承載力等性能而得到越來越多的關(guān)注。文章依托某下承式剛架系桿鋼箱拱橋施工實例，采用對稱節(jié)段拼裝技術(shù)，結(jié)合結(jié)構(gòu)仿真以及線形、應(yīng)力、索力監(jiān)測開展施工監(jiān)控研究，驗證該技術(shù)的可行性和有效性。結(jié)果表明：拱肋和格構(gòu)梁準(zhǔn)確定位，施工各個階段的實測值和理論值之間的位移誤差均在允許范圍內(nèi)，拱肋合龍滿足規(guī)范要求，橋梁線形總體平穩(wěn)；從整橋控制截面應(yīng)力來看，拱肋和格構(gòu)梁在施工過程中的應(yīng)力實測值與理論計算基本一致，吊桿和系桿的索力與理論值的偏差均≤10%，總體效果良好，具有較好的應(yīng)力儲備。由此可知，基于對稱節(jié)段拼裝技術(shù)的下承式剛架系桿鋼箱拱橋施工監(jiān)控可以有效地提高施工質(zhì)量，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；下承式剛架系桿鋼箱拱橋；節(jié)段拼裝；施工監(jiān)控

中圖分類號：U448.22+5

0 引言

拱橋具有結(jié)構(gòu)輕巧、施工方便、經(jīng)濟(jì)實用等優(yōu)點，隨著城市化進(jìn)程的加速和交通運輸需求的不斷增長，大跨度鋼箱拱橋因其美觀、高承載力等性能而在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用［1］。然而，在鋼箱拱橋的施工過程中，由于其結(jié)構(gòu)特點和施工難度，容易出現(xiàn)一些安全和質(zhì)量問題，如拼裝誤差、變形過大、應(yīng)力集中等。因此，為了保證鋼箱拱橋的施工質(zhì)量和安全性，需要實時監(jiān)控其施工過程［2］。

對于大跨度橋梁而言，施工方法對主拱線形及內(nèi)力情況等橋梁狀態(tài)具有重要影響，而基于節(jié)段對稱拼裝的施工方法使得橋梁狀態(tài)隨時轉(zhuǎn)變［3］。施工過程影響橋梁狀態(tài)的監(jiān)控參數(shù)往往與設(shè)計參數(shù)存在誤差，導(dǎo)致實際工程各階段狀態(tài)難以完全符合設(shè)計。如今，國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員已經(jīng)開展了大量的鋼箱拱橋施工監(jiān)控研究工作［4］。對稱節(jié)段拼裝施工技術(shù)成為了一種新的解決方案，采用對稱節(jié)段拼裝將鋼箱拱橋的主拱和側(cè)拱分別制作成多個對稱的節(jié)段，然后通過系桿和下承式剛架進(jìn)行拼裝。在施工過程中，通過對拼裝過程中的位移、應(yīng)力、變形等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，保證了施工的安全性和質(zhì)量［5］。

本文旨在研究基于對稱節(jié)段拼裝技術(shù)的下承式剛架系桿鋼箱拱橋施工監(jiān)控技術(shù)，并通過實際工程案例，結(jié)合結(jié)構(gòu)仿真以及線形、應(yīng)力、索力監(jiān)測進(jìn)行某下承式剛架系桿鋼箱拱橋施工監(jiān)控研究，驗證其可行性和有效性。研究結(jié)果將為鋼箱拱橋的施工監(jiān)控提供一種新的解決方案，具有重要的理論和實踐意義。

1 工程概況

1.1 工程實例

某下承式剛架系桿鋼箱拱橋作為廣西某改擴(kuò)建工程的主要橋梁如圖1（a），位于河道彎曲處，在不改變橋梁現(xiàn)有通航的條件下，對原橋梁進(jìn)行上部及蓋梁拆除重建，重建后作為全橋左幅，在下游側(cè)新建全橋右幅。左幅橋梁為跨徑（3×40.0） m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，具有樁基礎(chǔ)柱式墩和U型橋臺;新建右幅橋梁跨徑組合為（20+120+20） m，如圖1（b）所示。

在清理后開始施工，采用節(jié)段對稱拼裝的施工方法安裝拱肋，直至主拱合龍，并以1 400 kN開始張拉2#、3#、10#和11#系桿；然后，繼續(xù)張拉4#～11#拱肋吊桿和5#、8#、13#和16#系桿；同時張拉1#～3#和12#～14#拱肋吊桿以及6#、7#、14#和15#系桿;接著，有序地拆除臨時棧橋，并進(jìn)行人行道和系桿檢修道板、7 cm厚瀝青混凝土橋面面層、防撞墻和兩側(cè)道板欄桿的施工；最后將分別以2 200 kN和2 250 kN，對稱、有序地張拉2#～8#系桿和10#～16#系桿，全橋施工完畢，準(zhǔn)備通車。

1.2 施工監(jiān)控方法

為確保主橋狀態(tài)在施工與運營階段均安全可靠，并且成橋后線形與受力情況符合設(shè)計，離不開施工中對結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)實施有效的監(jiān)測與控制。以該下承式剛架系桿鋼箱拱橋成橋狀態(tài)作為設(shè)計目標(biāo)，結(jié)合結(jié)構(gòu)仿真以及線形、應(yīng)力、索力監(jiān)測開展施工監(jiān)控。

在施工前對該下承式剛架系桿鋼箱拱橋進(jìn)行仿真分析，預(yù)測成橋后的主拱線形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)等，通過調(diào)整施工參數(shù)，確保成橋后的線形和結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計要求。實時監(jiān)測橋梁關(guān)鍵測點線形以表征拱肋軸線變形，確保成橋線形滿足設(shè)計要求；在關(guān)鍵部位（如拱肋、格構(gòu)梁等）布置應(yīng)力傳感器，實時監(jiān)測施工過程中的應(yīng)力狀態(tài)，與仿真結(jié)果對比，判斷是否符合設(shè)計要求，及時調(diào)整施工方案；同時實時監(jiān)測索力狀態(tài)，對比仿真結(jié)果，調(diào)整張拉力或索力分布，以保證成橋后的結(jié)構(gòu)性能。綜合運用上述監(jiān)控方法，可以有效地指導(dǎo)大跨度剛架系桿鋼箱拱橋的施工過程，確保橋梁的線形、應(yīng)力、索力等關(guān)鍵參數(shù)符合設(shè)計要求，提高施工質(zhì)量和安全性能。

2 橋梁對稱節(jié)段拼裝施工監(jiān)控分析

2.1 吊裝階段拱肋定位監(jiān)測結(jié)果與分析

在鋼箱拱肋安裝節(jié)段以及橫撐節(jié)段等主要施工工況作用前后，溫度對線形影響監(jiān)測都需要測量拱肋上控制點的標(biāo)高和位移，采用在拱肋上安裝棱鏡，用全站儀進(jìn)行觀測。在拱肋八分點腹板中心處及每一拱肋節(jié)段拱背前端左中右分別布設(shè)觀測點，全橋18個吊裝節(jié)段共計66個測點（含拱座變形測點），具體測點布置如圖1（b）～（c）所示。

在全橋18個拱肋節(jié)段安裝完成后，通過對拱肋定位跟蹤測量進(jìn)行線形測量結(jié)果分析，并與有限元計算的理論值相結(jié)合，圖2顯示了鋼箱拱肋節(jié)段施工定位監(jiān)測的偏差值。拼裝中必須將每段拱肋的拱肋定位偏差控制在允許誤差范圍內(nèi)，并確保掛籃施工應(yīng)盡量不要遮擋全站儀測量視線。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2017）規(guī)定，主橋拱肋軸線偏位允許偏差為20 mm，拱肋高程允許偏差為40 mm。根據(jù)圖2結(jié)果，在每個拱肋節(jié)段安裝就位后，拱肋軸線偏位最大偏差為向上游19 mm，高程最大偏差為向下27 mm。因此，每個節(jié)段高程就位偏差控制在3 cm以內(nèi)，在每個拱肋節(jié)段安裝就位后拱肋軸線和高程偏差均滿足規(guī)范要求。

2.2 合龍后拱肋線形監(jiān)測結(jié)果與分析

由于拱肋與支架為焊接狀態(tài)，相互約束，溫度變化對合龍口變形影響較小。確定合龍時機(jī)選擇在高程、軸線變化穩(wěn)定，溫度穩(wěn)定且接近設(shè)計值的時段進(jìn)行。通過對合龍口的監(jiān)測，主橋上游側(cè)拱肋合龍口軸線偏差為-6～2 mm，高程偏差為3～4 mm（環(huán)境溫度32.5 ℃）；下游側(cè)拱肋合龍口軸線偏差為4～5 mm，高程偏差為-3～-1 mm（環(huán)境溫度33.1 ℃）。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2017）規(guī)定，主橋拱肋軸線偏位允許偏差為20 mm，對稱接頭點相對高差允許偏差為40 mm，上下游合龍口軸線和高程偏差均滿足規(guī)范要求。拱肋合龍后進(jìn)行支架拆除，拱肋體系轉(zhuǎn)換開始，對后續(xù)施工階段的拱肋線形進(jìn)行了實時監(jiān)測。具體測試結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，施工過程中，拱肋位移實測值變化規(guī)律與理論計算基本一致，位移變化在正常范圍。由于對稱結(jié)構(gòu)，在不同工況下對稱監(jiān)測點的位移結(jié)果證實了采用對稱節(jié)段拼裝技術(shù)的施工監(jiān)控有效性。

2.3 拱肋應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果與分析

考慮到結(jié)構(gòu)采用對稱設(shè)計，鋼箱拱肋應(yīng)力監(jiān)測斷面選定為拱肋的北岸拱腳、1/4、拱頂、3/4、南岸拱腳（共5個），每個斷面布置4個應(yīng)變傳感器以便進(jìn)行全面監(jiān)測，共計20個監(jiān)測斷面，測點位置如圖1（b）～（c）所示。拱肋應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。由圖4數(shù)據(jù)可知，施工過程中，拱肋應(yīng)力實測值變化規(guī)律與理論計算基本一致，應(yīng)力變化在正常范圍，這是拱肋施工過程安全、可靠的具體表現(xiàn)。拱肋應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果在結(jié)構(gòu)南北兩岸以及上下游兩側(cè)均呈現(xiàn)一致的對稱性，在對稱節(jié)段拼裝施工過程中的不同工況下結(jié)果仍舊一致，進(jìn)一步證實了對稱節(jié)段拼裝技術(shù)的有效性。

2.4 格構(gòu)梁應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果與分析

為了準(zhǔn)確監(jiān)測格構(gòu)梁中應(yīng)力分布，根據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特性和對稱性，格構(gòu)梁應(yīng)力監(jiān)測斷面選定為主橋的N4、N7、N11吊桿橫梁截面，僅在格構(gòu)梁下緣布置，每個斷面布置2個應(yīng)變傳感器，共計6個。格構(gòu)梁應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果如下頁圖5所示。由圖5數(shù)據(jù)可知，施工過程中，格構(gòu)梁應(yīng)力實測值變化規(guī)律與理論計算基本一致，格構(gòu)梁的應(yīng)力監(jiān)測符合預(yù)期。值得注意的是，每個吊桿橫梁截面的應(yīng)力實測值均低于應(yīng)力理論值，但應(yīng)力變化保持在正常范圍內(nèi)。此外，與上述觀察類似，在對稱施工過程的不同工況下，應(yīng)力對稱監(jiān)測點表現(xiàn)出顯著的對稱性，驗證了對稱節(jié)段拼裝施工的有效性。

2.5 吊桿與系桿張拉過程索力監(jiān)測結(jié)果與分析

根據(jù)本橋施工方案可知，格構(gòu)梁和橋面板先于拱肋施工，拱肋施工完成之后再分批按順序張拉系桿、吊桿，完成結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換。吊桿和系桿在施工和運營期間當(dāng)中都是主動受力的構(gòu)件部位，確定相應(yīng)施工階段的吊桿索力值是否合理對于此類結(jié)構(gòu)的整體受力起到尤為關(guān)鍵的作用。索桿內(nèi)力的主要測試方法有油壓表量測法、壓力傳感器量測法、磁通量法、振動頻率量測法等。目前，結(jié)構(gòu)的頻率測試技術(shù)非常成熟，完全能滿足工程上的需要。吊桿索力采用振動頻率量測法測試，得到吊桿的長度、索體單位長度質(zhì)量之后，根據(jù)測得的振動頻率即可計算得到吊桿的實際索力。全橋共設(shè)14對吊桿，吊桿橫橋向間距為26.1 m，順橋向間距為8 m，吊桿均為單吊桿。采用正裝迭代法進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換過程中吊桿和系桿張拉力的計算。按照上述理論及施工順序，計算得系桿、吊桿分批張拉時的張拉力。體系轉(zhuǎn)換過程中，吊桿和系桿索力監(jiān)測結(jié)果如圖6所示。由圖6數(shù)據(jù)可知，實測值與理論值偏差大部分在10%以內(nèi)，符合性較好。

3 結(jié)語

本文采用對稱節(jié)段拼裝技術(shù)進(jìn)行某下承式剛架系桿鋼箱拱橋施工監(jiān)控研究，通過對拼裝過程中的位移、應(yīng)力、變形等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，保證了施工的安全性和質(zhì)量，可為下承式剛架系桿鋼箱拱橋施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

（1）經(jīng)精確計算及拱肋和格構(gòu)梁準(zhǔn)確定位，施工各個階段的實測值和理論值之間位移誤差均在允許范圍內(nèi)，拱肋合龍滿足規(guī)范要求，橋梁線形總體平穩(wěn)。

（2）從整橋控制截面應(yīng)力來看，施工過程中拱肋和格構(gòu)梁應(yīng)力實測值與理論計算基本一致；吊桿和系桿索力與理論值偏差均在10%以內(nèi)，總體效果良好，具有較好的應(yīng)力儲備。

對稱節(jié)段拼裝施工技術(shù)可以減少施工誤差，提高施工效率，降低施工成本，結(jié)合結(jié)構(gòu)仿真以及線形、應(yīng)力、索力監(jiān)測的施工監(jiān)控，保證了鋼箱拱橋的施工質(zhì)量和安全性。該技術(shù)在大跨度鋼箱拱橋的施工中具有重要的應(yīng)用價值與廣泛的應(yīng)用前景，可為鋼箱拱橋的施工質(zhì)量和安全性提供更好的保障。

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收稿日期：2023-11-30

作者簡介：銀燕瓊（1984—），碩士，工程師、講師，研究方向：道路與橋梁工程。