V型刚构组合系杆拱桥施工监测技术
俞文生 习明星
(江西交通工程咨询监理中心 南昌 330008)
摘 要:对大跨径组合系杆拱桥来说,开展施工监控是十分必要的,而施工监测是施工控制系统中的一个重要部分,施工监测的布点科学,监测内容齐全,监测数据真实有效是做好施工控制的前提.本文以衢江大桥主桥施工监测为例,说明施工监测内容,布点位置与方法,以便在类似桥梁建设中参考应用.
主题词:桥梁工程;系杆拱桥;施工控制;监测;方法与技术
0 前 言
对于大跨径组合系杆拱桥来说,施工监控直接关系到施工的质量和建设的成败,与经济效益紧密相关.组合系杆拱桥在施工过程中,要经历结构体系转换,形成高次超静定体系.组合系杆拱桥在体系转换过程中,主拱单元的单元数量,截面特性,截面材料成分都在不断的变化,应力和挠度也处于大幅度变化中,再加上施工荷载,几何非线性,材料非线性,环境温度,环境湿度,日照时间等的影响,任一因素都可能使得拱桥的施工偏离预定目标,而可能处于高应力水平的局部杆件又会危及结构的安全.因此,在施工过程中建立施工监控系统,对施工状态进行实时的识别(监测),调整(纠偏),预测,对设计目标的实现是至关重要的.
施工监测是施工监控的基础,一般包括设计参数监测,几何状态监测,应力监测,温度监测等几个部分.主要通过事先在结构的主要监测部位埋设数种性能各异的传感器和相关的测试仪器获得大量的数据,以便利用高效计算机程序,对数据进行分析处理,确定每一阶段的施工参数,实现桥跨结构的内力和线形同时达到设计预期值,保证施工质量和安全.本文以衢江大桥施工监测的实施为基础,介绍V型刚构结合系杆拱桥的施工监测技术.
1 衢江大桥概况
衢江大桥主桥为中承式系杆拱+V型墩身刚构组合桥,大桥主跨120m,边跨50m,对称布置,桥宽30m.拱肋为钢箱结构,主梁为预应力混凝土箱形梁,梁宽30m,配有纵横向预应力.V形墩身为混凝土实体结构,斜腿及竖腿里配有预应力钢铰线.吊杆在每个吊点处采用双吊杆形式横桥向0.8m,顺桥向5.0m,全桥共设17对.系杆采用可换式钢绞线成品索,全桥共设22根.主桥设计立面和主梁断面见图1.
主桥的施工顺序为:架设V腿及边跨支架→浇注边跨箱梁及V腿混凝土→安装拱脚Ⅲ类拱肋→浇注V腿连接箱梁→张拉边跨及V腿预应力→架设中跨支架→浇注中跨箱梁混凝土→张拉中跨预应力→架设拱肋膺架→安装拱肋→调整拱初始内力,拱合拢→张拉系杆,拆除拱肋膺架和边跨支架→张拉吊杆和系杆,实现体系转换→拆除中跨支架→桥面铺装和栏杆等二期恒载施工→张拉系杆,最终成桥.
2 施工监测系统与计算
2.1 施工监测系统的建立
施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是计算模型中计算参数的取值问题,主要是混凝土弹性模量,材料容重,徐变系数,吊系杆张拉力事实上的差距以及环境温度,临时荷载的影响.施工过程监测系统主要去了解和把握这些影响,包括结构设计参数监测,结构几何形态监测,张拉索力的监测,截面应力监测和温度监测等.施工监测与控制系统的框图如图2所示.
图2 施工监测与控制系统的框图
结合衢江大桥的结构计算分析及特点,该桥的监测部位主要有拱肋,Y腿,主梁和吊索4大部分.通过监测这些关键结构部位的内力(或应力)以及主拱结构的变形,及时了解结构实际受力,根据监测数据,通过施工计算,控制施工步骤,把握主梁,主拱肋施工状态,校核并修正施工计算参数,完成主梁体系转换,确保主桥结构施工的安全,稳定和结构受力合理,主拱和桥面系的线形达到设计理想的线形,结构各部位的内力(或应力)分布与设计理想的内力状态相一致.
2.2 结构计算与分析及设计参数的选择
结构分析计算是结构施工监控的主要工作内容之一,必须在主桥结构构件安装施工中,结合桥梁结构的特点及施工架设方案进行全过程的监控计算.衢江大桥监控计算主要包括:计算成桥状态主拱、Y腿主梁结构内力,变形和各结点坐标,主拱构件长度;各个施工阶段主拱结构的安装和架设位置(包括拱体的预拱度),供构件安装使用;计算各个施工阶段系杆,吊索张拉力等.在计算的基础上进行误差分析和结构设计参数的识别.该桥监控计算采用多套软件进行相互校核,对施工架设过程采用"BSAS"和"MIDAS Civil"软件进行平面和空间计算分析,其结构计算模型见图3.
图3 衢江大桥结构计算模型
在进行结构设计时,结构设计参数主要是按规范取用,但实际结构施工中是有偏差的,因此应对部分主要设计参数提前进行测定,以便在施工前对部分结构设计参数进行一次修正,从而进一步修正原设计线形,为该桥成桥后满足设计要求奠定基础.主拱,Y腿,主梁结构部分设计参数监测主要是对影响结构变形与应力的钢材参数(弹性模量,容重,厚度尺寸)进行辅助的监测,以及混凝土弹模量,混凝土容重与厚度尺寸的监测和施工临时荷载的监测.

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