董國(guó)華DONG Guo-hua

（中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，兗州272100）

0 引言

近年來(lái)，隨著全國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼材產(chǎn)量和鋼材品種的增多，鋼結(jié)構(gòu)已成為了我國(guó)大型結(jié)構(gòu)形式的重要組成部分，特別是很多高層建筑和大跨徑橋梁都采用了鋼結(jié)構(gòu)的形式。目前，鋼橋按主梁的結(jié)構(gòu)形式來(lái)分，梁橋可分為板梁橋、桁架橋和箱梁橋，隨著橋梁跨徑的增大，經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，對(duì)于公路橋來(lái)說(shuō)，在較大跨徑范圍內(nèi)，鋼橋一般采用桁架橋，尤其是下承式的桁架橋采用更多。

在公路級(jí)城市道路領(lǐng)域選用鋼桁架橋有其特殊的優(yōu)越性，不僅可以適應(yīng)當(dāng)今快速、重載交通的需求，而且鋼桁架橋架設(shè)速度快，可以保證中斷交通的時(shí)間最短，同時(shí)也為城市和公路增添了一道特別的風(fēng)景線。

橋梁施工監(jiān)測(cè)與控制是橋梁施工技術(shù)的重要組成部分，縱觀國(guó)內(nèi)外工程，由于施工過(guò)程中的控制不當(dāng)而造成的事故屢見(jiàn)不鮮，考慮到鋼桁架橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，施工方法的多樣性，因此必須采取適當(dāng)?shù)氖┕た刂剖侄危拍鼙ＷC結(jié)構(gòu)在施工期間的安全和最終滿足設(shè)計(jì)要求。在施工過(guò)程中，如何解決鋼桁架梁上弦桿的側(cè)向穩(wěn)定性問(wèn)題，如何考慮溫度、桿件間拼裝誤差、整體線形等眾多因素對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響，如何保證最終成橋結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求等問(wèn)題，更加充分的指向了對(duì)于鋼桁架橋梁在施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)與控制的必要性。

本文主要對(duì)鋼桁架橋梁在施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)與控制內(nèi)容及方法進(jìn)行探討。

1 工程概況

該橋主橋采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長(zhǎng)度6.75m，主桁高度11m，高跨比為1/7.36。兩片主桁中心距為13.2m，寬跨比為1/6.14，橋面寬度為12m。

主桁上下弦桿均采用箱型截面，截面寬度600mm，高度均為640mm，板厚16mm～32mm，工廠焊接，在工地通過(guò)高強(qiáng)度螺栓在節(jié)點(diǎn)內(nèi)拼接。除端斜桿采用箱型截面以增加面內(nèi)外剛度外，腹桿均采用焊接H形截面，最大板厚24mm。

結(jié)構(gòu)立面布置圖參見(jiàn)圖1。

圖1 鋼桁梁立面布置圖

2 鋼桁架橋施工監(jiān)控理論

該橋的施工采用分階段逐步完成的施工方法，結(jié)構(gòu)的形成必須經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)的而又復(fù)雜的施工過(guò)程以及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過(guò)程，對(duì)施工過(guò)程中每個(gè)階段的變形計(jì)算和受力分析是本橋結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控中的最基本內(nèi)容。施工監(jiān)控的目的就是確保施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全，保證橋梁成橋線形及受理狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。為了達(dá)到施工監(jiān)控的目的，我方對(duì)橋梁施工過(guò)程中每個(gè)階段的受力狀態(tài)和變形情況進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，并進(jìn)行預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制。

通過(guò)前面施工控制影響因素分析，結(jié)合本監(jiān)控項(xiàng)目的實(shí)際情況，選用閉環(huán)控制方法。閉環(huán)控制法可以按照性能最優(yōu)的原則對(duì)施工誤差進(jìn)行糾正和控制，使得誤差已經(jīng)發(fā)生的結(jié)構(gòu)狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)。

3 監(jiān)控過(guò)程分析

3.1 仿真計(jì)算 本次計(jì)算主要針對(duì)主橋上部結(jié)構(gòu)縱向受力體系進(jìn)行。參照該橋設(shè)計(jì)文件及相關(guān)施工方案，分析計(jì)算該橋施工過(guò)程中相關(guān)截面位移及應(yīng)力情況。

采用橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析專(zhuān)用有限元程序MIDAS Civil2011對(duì)該橋主橋上部結(jié)構(gòu)建立結(jié)構(gòu)離散模型，共劃分了578個(gè)單元，223個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算幾何模型見(jiàn)圖2。

3.2 監(jiān)控的主要內(nèi)容 施工監(jiān)控主要包括施工監(jiān)測(cè)和施工控制兩方面。施工監(jiān)測(cè)是為施工監(jiān)控提供必要的反映施工實(shí)際情況的數(shù)據(jù)和技術(shù)信息，如已施工結(jié)構(gòu)的變位、應(yīng)力、溫度監(jiān)測(cè)；施工控制是根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與理論值的對(duì)比，通過(guò)最優(yōu)估計(jì)、實(shí)時(shí)仿真分析、狀態(tài)預(yù)測(cè)、理想狀態(tài)修正、狀態(tài)調(diào)整等理論和方法，對(duì)已建結(jié)構(gòu)加以調(diào)整，對(duì)未建結(jié)構(gòu)加以預(yù)測(cè)，以使結(jié)構(gòu)最終達(dá)到理想線形和內(nèi)力狀態(tài)。

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型圖

根據(jù)本橋的相關(guān)特點(diǎn)，主要針對(duì)平面線形開(kāi)展了如下的施工監(jiān)測(cè)工作：

3.2.1 鋼桁梁平面線形監(jiān)測(cè) 平面監(jiān)測(cè)通過(guò)施工測(cè)量控制網(wǎng)引入基點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，將精密全站儀架設(shè)在基點(diǎn)上，反射棱鏡至于下弦桿中心線上，利用全站儀測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，并與理論值進(jìn)行比較，從而得出各階段施工誤差，鑒于本橋的施工特點(diǎn)，在桁架拼裝及整體吊裝上墩后均進(jìn)行了平面線形測(cè)量。

3.2.2 鋼桁梁豎向位移監(jiān)測(cè) 鋼桁梁豎向位移監(jiān)測(cè)通過(guò)在下弦每個(gè)節(jié)點(diǎn)布設(shè)測(cè)點(diǎn)，主要利用全站儀對(duì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

在施工過(guò)程中的精密監(jiān)測(cè)與控制能及時(shí)并有效的達(dá)到對(duì)橋梁線形的控制作用，以下為具體的線形數(shù)據(jù)：

①鋼桁梁拼裝完成時(shí)線形復(fù)測(cè)。

該橋拼裝完成后的線形復(fù)測(cè)結(jié)果參見(jiàn)圖3～圖4：測(cè)量結(jié)果豎向線形最大誤差3mm。拼裝線形精度滿足要求。

圖3 鋼桁梁拼裝線形與目標(biāo)線形對(duì)比

②鋼桁梁吊裝前線形復(fù)測(cè)。

該橋平面線形與豎向線形監(jiān)測(cè)對(duì)比結(jié)果參見(jiàn)圖5～圖7。

測(cè)量結(jié)果平面線形最大誤差4mm，豎向線形最大誤差2mm。拼裝線形精度滿足要求。

③鋼桁梁吊裝到位后線形復(fù)測(cè)。

該橋吊裝到位后的線形復(fù)測(cè)結(jié)果參見(jiàn)圖8～圖9：測(cè)量結(jié)果豎向線形最大誤差3mm。拼裝線形精度滿足要求。

為了了解施工時(shí)上下弦桿、腹桿、橫梁等構(gòu)件控制斷面的應(yīng)力狀況，以保證施工時(shí)橋梁的安全，同時(shí)也為了與設(shè)計(jì)理論值相比較，在此主要對(duì)弦桿及腹桿應(yīng)力進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，截面測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖10。

圖4 鋼桁梁拼裝線形誤差

圖5 拼裝豎向結(jié)構(gòu)線形與目標(biāo)線形對(duì)比

圖6 拼裝豎向結(jié)構(gòu)線形偏差

下弦桿應(yīng)力

鋼桁梁吊裝到位后下弦桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示（截面1～4由小樁號(hào)到大樁號(hào)編號(hào)）。正表示拉應(yīng)力，負(fù)表示壓應(yīng)力。下弦桿應(yīng)力變化與理論值變化趨勢(shì)一致，且應(yīng)力大小均小于規(guī)范允許值。

圖7 拼裝平面線形偏差

圖8 鋼桁梁吊裝到位后線形與目標(biāo)線形對(duì)比

圖9 鋼桁梁吊裝到位后線形誤差

上弦桿應(yīng)力

鋼桁梁吊裝到位后上弦桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示（截面2～4由小樁號(hào)到大樁號(hào)編號(hào)）。正表示拉應(yīng)力，負(fù)表示壓應(yīng)力。上弦桿應(yīng)力變化與理論值變化趨勢(shì)一致，且應(yīng)力大小均小于規(guī)范允許值。

斜腹桿應(yīng)力

鋼桁梁吊裝到位后斜腹桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3所示（截面1～4由小樁號(hào)到大樁號(hào)編號(hào)）。正表示拉應(yīng)力，負(fù)表示壓應(yīng)力。斜腹桿應(yīng)力變化與理論值變化趨勢(shì)一致，且應(yīng)力大小均小于規(guī)范允許值。

豎腹桿應(yīng)力

鋼桁梁吊裝到位后豎腹桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4所示（截面1’～3’由小樁號(hào)到大樁號(hào)編號(hào)）。正表示拉應(yīng)力，負(fù)表示壓應(yīng)力。豎腹桿應(yīng)力變化與理論值變化趨勢(shì)一致，且應(yīng)力大小均小于規(guī)范允許值。

圖10 弦桿腹桿應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置（單位：m）

表1 鋼桁梁吊裝到位后下弦桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果 (單位：MPa)

表2 鋼桁梁吊裝到位后上弦桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果 (單位：MPa)

表3 鋼桁梁吊裝到位后斜腹板應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果 (單位：MPa)

表4 鋼桁梁吊裝到位后豎腹桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果 (單位：MPa)

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)該橋的施工監(jiān)控，簡(jiǎn)要整理了鋼桁架橋梁的發(fā)展及現(xiàn)狀，分析對(duì)比了對(duì)于此類(lèi)剛桁架橋梁的理論計(jì)算與實(shí)際施工過(guò)程中的線形及應(yīng)力變化情況，從中歸納整理發(fā)現(xiàn)，通過(guò)科學(xué)的計(jì)算分析，在實(shí)際工作中以計(jì)算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，指導(dǎo)施工，可以大大提高橋梁線形、內(nèi)力與設(shè)計(jì)值的吻合度，確保此類(lèi)橋梁充分滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]推布拉旺堆,許長(zhǎng)城.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁承載力鑒定[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012(01).

[2]邱國(guó)陽(yáng),徐驄.大跨高墩連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗(yàn)與評(píng)價(jià)[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月)，2012(02).

[3]王愛(ài)華.用電阻應(yīng)變片監(jiān)測(cè)建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋的長(zhǎng)期應(yīng)變[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012(02).