曾坤吾/ZENG Kun-wu

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400）

拱橋具有較大的跨越距離，它以受壓為主，彎矩剪力相對(duì)較小。鋼管混凝土拱橋的出現(xiàn)解決了材料強(qiáng)度高和施工難度大的問(wèn)題，使得鋼管混凝土拱橋近十幾年得到迅速發(fā)展?；谶B續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)剛度大、橋面連續(xù)、墩梁固結(jié)的特點(diǎn)，不設(shè)置支座，從而減小了跨中和支點(diǎn)彎矩，而且極為重要的是V 撐剛構(gòu)橋可以更進(jìn)一步降低支撐處負(fù)彎矩的峰值，但連續(xù)剛構(gòu)橋本身的結(jié)構(gòu)自重較大、施工技術(shù)難度大、周期長(zhǎng)，拱-梁組合橋結(jié)合考慮上面兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，同時(shí)可把拱結(jié)構(gòu)作為鋼筋混凝土施工箱梁部分時(shí)的支架，是一種受力合理、方便施工的新體系橋梁[1]，但拱-梁組合橋作為一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)形式，體系比較復(fù)雜，對(duì)合攏時(shí)的誤差精度要求高[2]，設(shè)計(jì)時(shí)雖然已經(jīng)考慮了整個(gè)施工中可能出現(xiàn)的各種情形，但是并不能完全模擬整個(gè)施工體系，事先難以精確估計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)加工精度、施工安裝順序、吊桿張拉順序和溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的非線性影響等因素，設(shè)計(jì)之初這些因素很難提前掌握，因此施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)很有必要，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與有限元模擬分析的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較調(diào)整，對(duì)模擬階段的各個(gè)情況與實(shí)際施工過(guò)程相校核，以此來(lái)保證各階段施工處于合理控制之中。

1 工程概況

象山大橋設(shè)計(jì)全長(zhǎng)1 168m，主橋采用（80+160+80）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁鋼箱拱肋組合橋跨越信江河道，組成部分有主梁、拱肋結(jié)構(gòu)、吊桿及系桿。

主梁為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)尺寸，主拱上下弦及副拱采用鋼箱截面拱，截面尺寸2.5m×1.5m，拱肋結(jié)構(gòu)鋼材均采用 Q345qD（Z25）標(biāo)準(zhǔn)，主橋跨中吊桿共設(shè)置17 對(duì)吊桿（D1～D9），沿橋梁中心線對(duì)稱布置，縱向布置間距為6.0m，橫橋向布置間距為1.5m，共設(shè)置10 束系桿（T1、T2），系桿采用XG15-55，均為夾片式鋼絞線全防腐型可換可調(diào)系桿，系桿T1 全橋共6 束，兩端張拉，錨固于下拱肋V 腿處。系桿T2 全橋共4 束，兩端張拉，錨固于上拱肋V 腿處錨固。系桿過(guò)主梁橫梁段，采用預(yù)埋?219×10mm 鋼管留孔洞穿過(guò)。系桿在箱梁箱室內(nèi)穿過(guò)，無(wú)平彎，豎向線形與路線縱坡一致。主墩采用Y 型實(shí)體墩型，下部基礎(chǔ)為樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)結(jié)合矩形鋼筋混凝土承臺(tái)。

橋梁立面布置及平面布置如圖1、圖2 所示。

圖1 象山大橋立面布置（單位：mm）

圖2 象山大橋平面布置（單位：mm）

2 施工監(jiān)測(cè)與控制

2.1 連續(xù)梁拱肋組合橋施工監(jiān)測(cè)與控制的內(nèi)容

1）施工監(jiān)測(cè) 通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)各部位布置的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)反饋，及時(shí)采集施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)各部分的內(nèi)力、位移（線形）和溫度數(shù)據(jù)，與模擬的階段數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確保對(duì)結(jié)構(gòu)各部位有一個(gè)準(zhǔn)確的客觀認(rèn)知，把握結(jié)構(gòu)處于何種狀態(tài)。

2）施工控制 比較有限元模擬預(yù)測(cè)出的理論值與施工監(jiān)測(cè)中的實(shí)測(cè)值的誤差，通過(guò)調(diào)整施工變量及時(shí)修正實(shí)際的施工狀態(tài)，確保各階段施工安全進(jìn)行[3]。施工預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁鋼箱拱肋組合橋時(shí)，要及時(shí)對(duì)施工時(shí)各階段主拱肋的標(biāo)高、軸線偏位、內(nèi)力（應(yīng)力）以及特殊部位在施工時(shí)的變形與內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4-5]，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)情況與預(yù)測(cè)值的誤差，進(jìn)行必要的分析，同時(shí)修正無(wú)法進(jìn)行合理準(zhǔn)確預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)的部分，使其貼近設(shè)計(jì)狀態(tài)，確保在施工過(guò)程中整個(gè)橋梁的受力狀態(tài)處于安全可控的范圍之內(nèi)。

2.2 本橋施工監(jiān)測(cè)與控制的內(nèi)容

本橋的施工監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容包括主梁與拱肋的應(yīng)力、系桿索與吊桿的索力、拱肋空間線形和橋面線形測(cè)量以及結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)測(cè)試等4 個(gè)方面。

溫度監(jiān)測(cè)主要為環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)。溫度變化會(huì)引起結(jié)構(gòu)的附加變形和應(yīng)力，對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，修正結(jié)構(gòu)變形和實(shí)測(cè)應(yīng)力狀態(tài)，從而能進(jìn)一步反映結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力，溫度測(cè)量包括：施工階段環(huán)境溫度及各橋梁主要構(gòu)件的溫度場(chǎng)分布。

應(yīng)力監(jiān)測(cè)可以反饋橋梁各部位的準(zhǔn)確受力狀態(tài)，為了監(jiān)測(cè)各施工階段鋼箱拱、混凝土梁的應(yīng)力，可以通過(guò)在拱肋、主梁的控制斷面處提前布置相應(yīng)的應(yīng)力測(cè)試裝置，結(jié)合施工監(jiān)測(cè)的其他項(xiàng)（例如線型及吊桿索力等）能夠更準(zhǔn)確的判斷橋梁的現(xiàn)場(chǎng)空間位置測(cè)量作為施工監(jiān)測(cè)的重要工作組成部分，主梁在掛籃走出、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中，全橋內(nèi)力狀態(tài)，建立一個(gè)實(shí)時(shí)反映的預(yù)警機(jī)制，來(lái)確保施工中的結(jié)構(gòu)安全。

結(jié)構(gòu)在施工荷載、自重、預(yù)應(yīng)力施工、溫度、支架變形和收縮及徐變的影響下不斷產(chǎn)生變形，拱肋也會(huì)產(chǎn)生變形。在鋼箱拱拼裝階段，橋梁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量主要包括對(duì)鋼箱拱各節(jié)段的空間位置、節(jié)段軸線、節(jié)段端面的測(cè)量等內(nèi)容，而在主梁施工階段，主要測(cè)量?jī)?nèi)容可以概括為高程、軸線偏位、相鄰節(jié)段間偏位等。

本橋施工監(jiān)控的最后主要環(huán)節(jié)是吊桿張拉力監(jiān)測(cè)，為了保證索力控制的精度，同時(shí)避免因?yàn)闇y(cè)量人員出錯(cuò)，本項(xiàng)目采用“頻率法”、“拉索延伸量”的方式共同確定張拉索力。保證索力、拉索延伸量的有限元預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差不超標(biāo)，拉索體系的索力監(jiān)測(cè)是象山大橋施工監(jiān)測(cè)的主要環(huán)節(jié)，監(jiān)測(cè)對(duì)象包括臨時(shí)系桿索、永久吊桿和系桿等。索力監(jiān)測(cè)及與模擬施工狀態(tài)下的誤差分析是保證施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力安全及線性的重要環(huán)節(jié)。

通過(guò)以上各項(xiàng)內(nèi)容的計(jì)算、分析和比較，作為判斷結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計(jì)的要求和結(jié)構(gòu)的狀態(tài)是否和監(jiān)控的目標(biāo)相一致的依據(jù)，如果有需要，應(yīng)根據(jù)情況對(duì)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)及監(jiān)控目標(biāo)做出必要的調(diào)整，及時(shí)修正實(shí)際的施工狀態(tài)，確保各階段施工安全進(jìn)行，這也是施工控制工作的最終目標(biāo)。

3 有限元分析

采用有限元分析軟件Midas civil 建立主橋的有限元計(jì)算模型（圖3），對(duì)象山大橋主橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵施工階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，提取出結(jié)構(gòu)重要部位的應(yīng)力、位移等數(shù)據(jù)，檢查后作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比較值。

圖3 有限元計(jì)算模型

為便于區(qū)分進(jìn)行分析，將施工總體階段劃分為三部分，并對(duì)相應(yīng)的關(guān)鍵控制數(shù)據(jù)及結(jié)果整理。

3.1 拆除0#塊邊跨側(cè)部分支架

對(duì)頂施工前，拆除0#塊邊跨側(cè)部分支架并進(jìn)行有限元分析，結(jié)果如下：主梁采用C60 混凝土，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為38.5MPa。主梁此時(shí)最大壓應(yīng)力為11.85MPa，小于0.5fck（即19.25MPa）；軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2.85MPa，靠中跨14#和15#節(jié)段出現(xiàn)拉應(yīng)力為0.28MPa，小于0.5ftk（即1.425MPa），滿足要求。墩采用C40 混凝土，fck=26.8MPa，此時(shí)主墩最大壓應(yīng)力為6.47MPa，小于0.5fck（即13.4MPa），滿足要求。主梁最大撓度為35.84mm＜266.7mm（L/600），滿足要求。

3.2 中跨對(duì)頂

表1 為不同加載制度下中跨對(duì)頂前后主梁各主要參數(shù)的變化情況表，最大沉降-95.5mm，最大水平位移-33mm（數(shù)值左負(fù)右正，下負(fù)上正）。

表1 加載等級(jí)中跨對(duì)頂前后主梁撓度變化表

3.3 系桿、拱肋及吊桿施工

拱及吊索體系施工有限元分析可知：整個(gè)系桿、鋼箱拱、吊桿施工過(guò)程中主梁最大壓應(yīng)力為16.71MPa，逐步下降至15.58MPa成橋，小于0.5fck（即19.25MPa）；最大拉應(yīng)力為0.26MPa，逐步上升至0.9MPa 成橋小于0.5ftk（即1.425MPa）。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)有限元對(duì)關(guān)鍵施工階段分析預(yù)測(cè)，作為施工過(guò)程中的控制目標(biāo)，在施工過(guò)程中對(duì)全橋各施工階段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)反饋的施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定施工狀態(tài)下的各項(xiàng)誤差，對(duì)各種關(guān)鍵值建立誤差值及誤差范圍，確定適用的施工誤差容許度指標(biāo)和應(yīng)力預(yù)警機(jī)制，最后利用全程施工跟隨狀態(tài)下的修正值調(diào)整控制目標(biāo)值，使橋梁建成狀態(tài)下無(wú)限趨近于設(shè)計(jì)狀態(tài)為本組合橋監(jiān)控工作的最終目標(biāo)。本文利用Midas 有限元軟件對(duì)關(guān)鍵施工階段結(jié)構(gòu)重要部位的應(yīng)力、位移、張拉索力等進(jìn)行檢查，各項(xiàng)數(shù)值均滿足規(guī)范要求，全橋受力狀態(tài)合理，保證了橋梁施工的各階段在安全狀態(tài)下進(jìn)行。