超近既有橋梁的大跨度豎曲線鋼箱梁橋頂推施工監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

田順

摘要：本文根據(jù)老橋的使用現(xiàn)狀和有限元分析力學(xué)特征進(jìn)行新建橋梁鉆孔樁施工期間的老橋變形、應(yīng)力、振動(dòng)影響監(jiān)控分析;通過模擬新建橋梁頂推施工過程的力學(xué)行為進(jìn)行頂推施工期間的導(dǎo)梁和鋼箱梁姿態(tài)、應(yīng)力，臨時(shí)墩變形、應(yīng)力監(jiān)控分析。實(shí)踐結(jié)果表明：通過施工監(jiān)控能夠使工程人員及時(shí)有效地跟蹤老橋狀態(tài)，實(shí)時(shí)了解頂推過程的結(jié)構(gòu)受力狀況，確保了老橋的安全和新建橋梁的內(nèi)力狀態(tài)及成橋線形良好。

關(guān)鍵詞：超近既有橋梁;豎曲線;鋼箱梁;頂推法;施工監(jiān)控

1.工程概況及特點(diǎn)

新建南河大橋分左右兩幅，主橋單幅橋?qū)?8m，凈距0.25m，總寬36.25m。主橋跨徑布置為（50+2×70+50）m，上部采用等高連續(xù)鋼箱梁，梁高2.8m。老橋與新建橋梁臨時(shí)墩位置關(guān)系如圖1所示。

2.老橋監(jiān)測(cè)

2.1有限元仿真分析

結(jié)合老橋竣工圖紙建立有限元模型，考慮結(jié)構(gòu)自重及二期鋪裝等永久荷載、汽車荷載、溫度荷載和支座沉降等典型荷載，進(jìn)行成橋受力分析。

由有限元計(jì)算結(jié)果可知：成橋狀態(tài)下，雙曲拱橋主要是跨中下?lián)献冃?，最大下?lián)狭繛?1.457mm，出現(xiàn)在邊跨跨中位置;中跨跨中的下?lián)狭繛?9.856mm。

在舊規(guī)范汽車荷載作用下，拱肋在跨中處于下緣受彎而在拱腳上緣受彎，跨中正彎矩最大為452.13kN·m，而拱腳最大負(fù)彎矩為1000.3kN·m。全體結(jié)構(gòu)的最大正彎矩出現(xiàn)在四分點(diǎn)位置，最大為632.53kN·m。最大下?lián)狭繛?.75mm，出現(xiàn)在中跨跨中位置。

2.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

鑒于老橋的使用現(xiàn)狀和受力特點(diǎn)，本次監(jiān)控將老橋在施工期間的結(jié)構(gòu)安全和使用狀況變化情況作為重點(diǎn)工作之一。老橋監(jiān)測(cè)設(shè)置位移監(jiān)測(cè)（包括豎向位移、水平位移、傾斜）、應(yīng)變監(jiān)測(cè)、橋墩振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

對(duì)于老橋觀測(cè)關(guān)鍵部位的變形與內(nèi)力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值的差異，評(píng)估老橋有無受到施工產(chǎn)生的較大影響。

2.3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型對(duì)比分析結(jié)果

因老橋監(jiān)測(cè)為期93天，且相同測(cè)項(xiàng)每日均進(jìn)行多次監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)、圖表龐大，限于篇幅，僅給出文字結(jié)論。

新橋鉆孔樁施工期間對(duì)老橋影響較大，位移監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示老橋位移變化最大點(diǎn)均出現(xiàn)在墩臺(tái)拱腳處，其中距離施工樁基最近的4#墩拱腳變化值最大，隨著樁基施工一度超出理論計(jì)算最值，施工完后又逐漸回歸至正常范圍穩(wěn)定值。增加監(jiān)測(cè)頻率和監(jiān)測(cè)手段，及時(shí)采取限流等措施至關(guān)重要。應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示測(cè)點(diǎn)變化范圍基本在±100με，最不利點(diǎn)出現(xiàn)在4#墩拱腳及中跨1/4截面處，且受交通高峰期影響顯著。振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示同一橋墩樁基施工增加一臺(tái)鉆機(jī)可使豎向、橫向振動(dòng)加速度增加30%左右，縱向振動(dòng)加速度增加60%左右，增加鉆機(jī)數(shù)量后主要振動(dòng)波峰有向高頻振動(dòng)發(fā)展的趨勢(shì)。

仿真計(jì)算得到結(jié)構(gòu)最不利位置及相應(yīng)閾值，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)變化及發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)采取措施和調(diào)整閾值，在結(jié)構(gòu)安全可控的前提下確保了工期。

3.新建橋梁監(jiān)測(cè)

3.1有限元仿真分析

采用平面桿系模型進(jìn)行鋼箱梁施工過程分析，鋼箱梁采用梁?jiǎn)卧M，不計(jì)橋面混凝土鋪裝與結(jié)構(gòu)共同作用，僅作為二期恒載考慮。按照設(shè)計(jì)方給出的施工工序及基本參數(shù)，確定合理的成橋狀態(tài)，然后采用正裝計(jì)算方法確定各施工狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受力和變形等控制數(shù)據(jù)。

在基本組合包絡(luò)作用下，主梁的最大撓度為63mm，規(guī)范要求值為L(zhǎng)/500=200mm，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。根據(jù)《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，鋼橋需設(shè)置預(yù)拱度，預(yù)拱度值為恒載標(biāo)準(zhǔn)值+0.5活載，算得邊跨跨中預(yù)拱度為45mm，中跨跨中為75mm。

最不利工況為懸挑最大工況，此時(shí)導(dǎo)梁前端下?lián)?83mm;鋼箱梁最大彎矩出現(xiàn)在箱梁與導(dǎo)梁連接處，為負(fù)彎矩，值為-28656kN·m;最大剪力為3016kN。臨時(shí)墩最大水平位移10mm，最大沉降8mm，單墩承載力滿足規(guī)范要求。

3.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

通過計(jì)算得到施工過程和成橋狀態(tài)理論控制數(shù)據(jù)，據(jù)此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：①基于設(shè)計(jì)坡度和成橋預(yù)拱度的鋼箱梁制作預(yù)拱度線形;②基于制作預(yù)拱度變曲率豎曲線形的鋼箱梁各支承面標(biāo)高的初始線形、調(diào)整時(shí)機(jī)和每次調(diào)整量;③鋼箱梁頂推過程中各支墩的最大反力、鋼箱梁及導(dǎo)梁關(guān)鍵截面的正應(yīng)力等;④頂推過程中鋼箱梁及導(dǎo)梁的實(shí)時(shí)線形，臨時(shí)支架的變位;⑤每輪頂推結(jié)束后尾段梁的標(biāo)高和轉(zhuǎn)角等。⑥鋼箱梁合龍端的預(yù)抬量及端部轉(zhuǎn)角等;⑦成橋狀態(tài)的全橋結(jié)構(gòu)理想構(gòu)形;⑧成橋狀態(tài)全橋各關(guān)鍵截面和關(guān)心部位的應(yīng)力。

3.3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型對(duì)比分析結(jié)果

臨時(shí)結(jié)構(gòu)及鋼箱梁變形和應(yīng)力在導(dǎo)梁前移施工過程中處于正常狀態(tài)，導(dǎo)梁變形處于正常狀態(tài)且小于理論值，臨時(shí)結(jié)構(gòu)變形均小于L/400mm（L為臨時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度）。頂推過程中6#墩支架縱向位移出現(xiàn)大于理論計(jì)算值情況，施工穩(wěn)定后回歸正常，豎向沉降變形接近限值后未有明顯增加。6#、7#墩位置支架右側(cè)斜鋼管處應(yīng)力較大，最大105.28MPa、87.04MPa，達(dá)到了鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的45%、37%，安全系數(shù)為2.3、2.7，其余支架應(yīng)變監(jiān)測(cè)值均正?！，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)保證了施工順利進(jìn)行，橋梁施工線形與理論成橋線形基本吻合。

4 結(jié)論

通過對(duì)超近既有橋梁的大跨度豎曲線鋼箱梁橋頂推施工監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，得到的結(jié)論如下：

（1）有限元仿真計(jì)算模擬分析可預(yù)演施工過程，把握施工過程中結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，找出最不利工況，與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果基本吻合。

（2）超近既有橋梁進(jìn)行鉆孔樁施工對(duì)老橋影響較大，老橋位移變化最大點(diǎn)均出現(xiàn)在墩臺(tái)拱腳處;應(yīng)變測(cè)點(diǎn)變化范圍基本在±100με，最不利點(diǎn)出現(xiàn)在拱腳及中跨1/4截面處;增加鉆機(jī)數(shù)量后縱向振動(dòng)加速度影響最大，且主要振動(dòng)波峰有向高頻振動(dòng)發(fā)展的趨勢(shì)。

（3）導(dǎo)梁最大變形小于理論計(jì)算值，安全系數(shù)富余。頂推過程中支架局部位移和應(yīng)力出現(xiàn)大于理論計(jì)算值，穩(wěn)定后回歸正常或接近限值后未有明顯增加情況。臨時(shí)結(jié)構(gòu)在保證施工質(zhì)量的前提下可適當(dāng)減小安全系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]郭寶利，黃基峻.橋梁頂推施工中線控制及變形監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].經(jīng)緯天地，2020（05）：18-22.

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