異型斜跨下承式鋼結(jié)構(gòu)懸索拱橋線形監(jiān)測(cè)

馮志剛

【摘要】斜交曲梁下承式鋼結(jié)構(gòu)吊索拱橋是一種較為新穎而結(jié)構(gòu)特殊的橋梁形式，是目前國(guó)內(nèi)首座此結(jié)構(gòu)拱橋，對(duì)于斜交曲梁下承式鋼結(jié)構(gòu)吊索拱橋的應(yīng)用和研究尚處在探索和初級(jí)階段，施工方法單一、工序復(fù)雜，線形監(jiān)測(cè)是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】吊索拱橋；線形監(jiān)測(cè)；測(cè)點(diǎn)；測(cè)量；拱肋；鋼主梁

【Abstract】Skew curved lower beam steel sling bridge deck is a relatively new and special structure in the form of a bridge， is the nation's first structure of this bridge， for skew curved lower beam steel deck arch bridge sling application and research is still at the initial stage of exploration and construction methods are simple， the process is complicated， linear monitoring is a very important link.

【Key words】Arch sling；Linear monitoring；Measuring point；Measuring；Arch；Steel main beam

隨著山區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)的發(fā)展，需要大量修建橋梁，而人力、物力、財(cái)力有限，不斷提高技術(shù)水平，引用新橋型勢(shì)在必行，而新橋型的出現(xiàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更精確的數(shù)值分析是確保安全的首要條件，以使橋梁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益不斷提高?，F(xiàn)代橋梁，尤其是城市橋梁，已不再僅僅是傳統(tǒng)意義上跨越障礙的通道，在實(shí)現(xiàn)其功能價(jià)值的同時(shí)，人們?cè)絹?lái)越重視橋梁建筑的審美價(jià)值，許多橋梁已成為城市的標(biāo)志性建筑。

1. 橋梁概況

張家口市清水河通泰大橋，是國(guó)內(nèi)首座斜交曲線下承式鋼結(jié)構(gòu)懸索拱橋。拱圈斜跨主梁，拱圈水平投影與主梁跨中軸線切向夾角19.5°。主橋?yàn)榭鐝?90米的鋼箱梁彎橋，彎曲半徑為600米。橋面不設(shè)縱坡，設(shè)置雙向2%橫坡，主梁跨中設(shè)20cm預(yù)拱度。拱圈最大矢高62.118米，拱腳間距180m，，矢跨比為0.3451。主梁為扁平鋼箱梁，梁高3m，內(nèi)設(shè)置四道中縱腹板。拱圈為單箱室截面，寬7.04m，高3.8m。主梁與拱圈之間由28根吊索相連。吊索采用高強(qiáng)鍍鋅鋼絲成品拉索，索體保護(hù)為雙層白色PE，強(qiáng)度1670Mpa。設(shè)計(jì)道路等級(jí)為雙向6車道城市快速路，行車速度60公里/小時(shí)；設(shè)計(jì)載荷為公路I級(jí)；設(shè)計(jì)洪水頻率為百年一遇；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年；抗震烈度為7度；設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)。（見(jiàn)圖1、2）

2. 線形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及目的

清水河通泰大橋線形監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容為拱肋線形、鋼主梁線形監(jiān)測(cè)。

拱肋的加工線形決定了拱肋的安裝線形，結(jié)構(gòu)的恒載狀態(tài)及吊索張力決定了拱肋的位移變化情況。在拱肋各加工完成后，需對(duì)拱肋進(jìn)行預(yù)拼，此時(shí)主要是對(duì)拱肋無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下線形進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)測(cè)量拱肋上、下緣中線上若干點(diǎn)（每隔約1m布一測(cè)點(diǎn)），然后以直代曲或曲線擬合得到拱肋加工線形。

根據(jù)拱肋加工線形確定拱肋定位和拱肋架設(shè)線形。拱肋定位主要是拱腳段拱肋的安裝定位，其它拱段通過(guò)閥籃緊密相聯(lián)即可。拱肋架設(shè)過(guò)程中對(duì)拱肋架設(shè)線形進(jìn)行確認(rèn)，拱肋線形達(dá)到目標(biāo)線形后將所有接頭焊死。后繼施工中對(duì)拱肋位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

鋼主梁、拱肋線形基本決定了橋面線形，因此為線形監(jiān)控的又一重點(diǎn)。主要是定好鋼主梁立模標(biāo)高，確保鋼主梁現(xiàn)澆線形。在后繼施工過(guò)程中對(duì)鋼主梁線形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

以上線形監(jiān)測(cè)的目的是確保拱肋、鋼主梁定位準(zhǔn)確，各構(gòu)件之間順利裝配，同時(shí)對(duì)施工過(guò)程中各工況下結(jié)構(gòu)的線形狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的安全性及成橋目標(biāo)狀態(tài)的可實(shí)現(xiàn)性進(jìn)行分析，必要時(shí)調(diào)整優(yōu)化施工工序。

2.1鋼主梁線形監(jiān)測(cè)。

2.1.1測(cè)點(diǎn)布置。

鋼主梁安裝階段測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)拱肋分段情況，在每段主梁前端上緣布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于相應(yīng)鋼箱上緣頂面，在各段主梁安裝過(guò)程中對(duì)正在安裝和已安裝主梁線形進(jìn)行確認(rèn)。具體測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)鋼主梁分段情況確定。

鋼主梁安裝完成后，線形測(cè)點(diǎn)布置于拱腳及每根吊索與鋼主梁交界處，全橋32個(gè)測(cè)點(diǎn)（大橋鋼主梁線形測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖3）。

2.1.2測(cè)量方法及狀態(tài)。

2.1.2.1測(cè)量方法：

采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，在安裝階段測(cè)量鋼主梁底部立模標(biāo)高，吊裝完成后測(cè)量鋼主梁頂面測(cè)點(diǎn)高程作為初始狀態(tài)，后繼施工過(guò)程中測(cè)量其變化情況。

2.1.2.2測(cè)量狀態(tài)：

（1）支架預(yù)壓時(shí)測(cè)量以上鋼主梁測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置支架變形情況，為立標(biāo)高確定提供參考；

（2）測(cè)量以上鋼主梁測(cè)點(diǎn)立模標(biāo)高，確認(rèn)立模情況；

（3）支架拆除過(guò)程中對(duì)鋼主梁測(cè)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量；

（4）橋面板安裝后對(duì)鋼主梁測(cè)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量；

（5）二期恒載施工后對(duì)鋼主梁測(cè)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量；

（6）每段拱肋安裝完畢時(shí)對(duì)鋼主梁測(cè)點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量；

（7）拆除臨時(shí)墩，完成體系轉(zhuǎn)換對(duì)拱肋線形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

（8）成橋狀態(tài)對(duì)鋼主梁線形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

2.2拱肋線形測(cè)點(diǎn)布置。

拱肋安裝階段測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)拱肋分段情況，在每段拱肋前端上緣布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于相應(yīng)鋼箱上緣頂面，在各段拱肋安裝過(guò)程中對(duì)正在安裝和已安裝拱段線形進(jìn)行確認(rèn)。具體測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)拱肋分段情況確定。

拱肋安裝完成后，主要是測(cè)量拱肋線形后繼變化情況，此時(shí)測(cè)點(diǎn)布置于拱肋拱腳、L/8、L/4、3/8L、l/2L處，每橋共計(jì)18個(gè)測(cè)點(diǎn)（張家口市清水河通泰大橋拱肋線形測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖4）。

測(cè)量方法及狀態(tài).。

2.2.1測(cè)量方法：

采用全站儀配合棱鏡進(jìn)行測(cè)量，在安裝階段測(cè)量測(cè)點(diǎn)高程及平面坐標(biāo)，對(duì)測(cè)點(diǎn)位置及拱肋線形進(jìn)行復(fù)核；拱肋安裝完成后，主要是測(cè)量測(cè)點(diǎn)高程變化情況。

2.2.2測(cè)量狀態(tài)：

（1）每段拱肋安裝時(shí)對(duì)已安裝拱肋前端測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；

（2）拱肋安裝完成后對(duì)拱肋拱腳、L/8、L/4、3/8L、l/2L處測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，此值為拱肋位移測(cè)量的最初狀態(tài)；

（3）拆除支架后對(duì)拱肋線形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；

（4）張拉吊索完畢后對(duì)拱肋線形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；

（5）調(diào)整索力后對(duì)拱肋線形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；

（6）拆除臨時(shí)墩，完成體系轉(zhuǎn)換對(duì)拱肋線形測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

2.3拱肋安裝、鋼主梁安裝線形測(cè)量流程。

拱肋安裝、鋼主梁安裝，橋梁構(gòu)件之間的定位裝配問(wèn)題，我方對(duì)其線形進(jìn)行測(cè)量，主要是為了確認(rèn)其是否到位，保證后期吊索、橋面板等安裝的正常進(jìn)行，同時(shí)做為位移測(cè)量的初始值，測(cè)量流程如圖5。

2.4拱肋、鋼主梁位移測(cè)量（施工過(guò)程線形）流程。

拱肋安裝、鋼主梁安裝后，在后繼施工過(guò)程中由于理論分析與實(shí)際情況的差異，結(jié)構(gòu)在各工況下結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化情況必然也存在差異。通過(guò)各種參數(shù)的對(duì)比分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的后繼狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的安全性進(jìn)行判定，確保施工順利進(jìn)行，測(cè)量工作流程如圖6。

3. 施工監(jiān)測(cè)

3.1施工監(jiān)測(cè)是施工監(jiān)控工作的重要部分，通過(guò)施工監(jiān)測(cè)獲取準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)參數(shù)是做好施工控制的前提，這些參數(shù)主要有如下幾類：

（1）施工記錄：包括混凝土彈性模量，混凝土強(qiáng)度，構(gòu)件秤重，構(gòu)件尺寸，構(gòu)件制作時(shí)間，吊索重量參數(shù)，施工荷載，偶然荷載等；

（2）橋梁線形，即拱肋和鋼主梁的線形；

（3）大氣溫度及拱肋、鋼主梁的溫度場(chǎng)；

（4）吊索張力；

（5）拱肋、鋼主梁截面應(yīng)力（應(yīng)變）。

3.2施工控制發(fā)出指令的正確性完全依賴于上述各測(cè)試參數(shù)，因此提供準(zhǔn)確的成套參數(shù)是非常重要的。上述各參數(shù)中除施工記錄外，其它均根據(jù)具體要求通過(guò)專門測(cè)試、測(cè)量取得。

總而言之，因本工程結(jié)構(gòu)形式非常特殊，構(gòu)件的制作、安裝、定位都有著比較大的難度。 因此，在預(yù)應(yīng)力施工之前必須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳盡的施工仿真模擬，通過(guò)施工仿真計(jì)算求得每一步施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力的施加值、衰減以及結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，并以此為依據(jù)，指導(dǎo)吊索的預(yù)應(yīng)力張拉與應(yīng)力調(diào)整的施工作業(yè)。通過(guò)每一個(gè)荷載步驟的計(jì)算和過(guò)程中吊索應(yīng)力監(jiān)控，使得結(jié)構(gòu)在可控范圍內(nèi)逐步逼近設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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