大跨径钢管拱桥施工监控

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摘 要：秦皇岛市先锋路南延伸跨大汤河大桥,是秦皇岛市上跨大汤河的一座交通兼景观桥梁.为确保质量在可控制的状态内,建设单位引入了监控单位.本次桥梁建设工程,全方位引入了监控机制,本次桥梁建设工程,全方位引入了监控机制,本文对该桥型的施工监控做了简要介绍.对监控主要内容、施工监测过程、施工控制安排等方面进行了全面分析.本次施工完全按照设计要求进行,从而使工程施工质量达到设计和规范要求.结果表明,施工控制所采用的计算模型、监测方法和控制方法是科学的.尤其是在2-5主跨施工中,监控单位对桥梁的主梁及主拱应力、吊杆张拉等项目进行了全程的监控.本文基于此工程实践,探讨大跨径钢管拱桥施工监控实践以及操作流程,强调监控工作的关键环节.

关 键 词：桥梁钢管拱吊索监控

作者简介：刘晓峰（1971.6--）,男,河北省卢龙县人,大学本科学历,河北省秦皇岛市政建设集团有限公司工程师,主要研究方向：施工科技与施工管理

工程施工监控,是保证工程质量的重要措施之一.秦皇岛市先锋路南延伸跨大汤河大桥,是秦皇岛市上跨大汤河的一座交通兼景观桥梁,该桥梁的受力体系为国内首创.为确保施工全程明确桥梁的受力状态,由监控单位对该桥梁进行了全程的监控,本次桥梁建设工程,全方位引入了监控机制,本文对该桥型的施工监控做了简要介绍.对监控主要内容、施工监测过程、施工控制安排等方面进行了全面分析.本次施工完全按照设计要求进行,从而使工程施工质量达到设计和规范要求.结果表明,施工控制所采用的计算模型、监测方法和控制方法是可行的.

本人担任该项工程的技术负责人,在施工期间对监控有了一些了解,知道了桥梁监控的必要性,对桥梁的监控项目有一些简单的了解,在此与大家共同分享.

一、工程概况

秦皇岛市先锋路南延伸跨大汤河大桥是一座交通兼景观功能的桥梁.该桥为辐条式桥拱组合的结构体系,全桥共划分为4部分,分别为主桥、南引桥、北引桥和人行梯道.

主桥采用39+90+39等于168米跨径双向预应力箱型断面主梁,中跨采用梁拱组合体系,放射状吊杆形式,边跨采用连续梁结构配孔,主桥分隔带4米宽,用于设置拱肋,中墩与主梁采用铰接形式.主梁采用变截面形式,梁底曲线为二次抛物线,根部的3.5米变化到端部和跨中的1.8米,主梁横断面为单箱5室,腹板厚0.6米,箱室净宽4.975米,顶板厚0.25米,底板厚0.22米,在中墩处变化到0.8米,主梁采用纵、横、竖三向预应力形式.主拱圈采用钢管+桁架撑形式,分为上、下弦杆共4根矩形排列的空钢管形成主拱圈,矢高38.5米,矢距比为0.43,钢管间距2.75米,钢管外径750毫米,壁厚20毫米,桁架撑采用外径400毫米的空钢管,壁厚16毫米,钢材采用Q345Qd.吊杆采用OVM.GJ15-22(GJ钢绞线整束挤压拉索),拱肋处吊杆锚具采用OVM.GJ15A-19A型和OVM.GJ15A-22A型,主梁处吊杆锚具采用OVM.GJ15-19B型和OVM.GJ15A-22B型.拉索布置为中跨中点处与橡胶坝蓄水位2.8米水平线交点为圆点,向主拱肋放射状布置,相邻斜拉吊杆夹角为15°.主拱圈相邻吊杆间每5°设置径向撑,径向撑之间采用斜撑连接,形成平面桁架体系.横桥向两片拱肋间上、下弦杆采用横撑连接,横撑位置与径向撑相对应.

二、理论计算

本桥采用桥梁空间分析软件和平面分析软件相结合来复核设计计算所确定的理论成桥状态和施工状态.

按照设计提供的基本参数和施工工序,对施工过程进行计算,得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据,作为本桥的施工控制的理论依据.

主要计算内容包括：

1）拱肋加工线形、主梁立模标高；

2）各施工状态下以及成桥阶段各状态变量的理论数据：包括拱肋、主梁施工过程的位移、应力；

3）施工控制数据理论值：包括吊杆、系杆张拉次序及张拉力；

4）斜拉索加工无应力长度；

5）施工过程中各工况下结构稳定性分析.

三、主梁及主拱应力监测

(一)应力控制的目的

应力监测是对结构构件的工作状态进行实时测试,应力测试数据偏离计算值过大,要分析原因,并采取有针对性的措施予以调整,从而保证施工过程中结构的安全.

(二)应力控制的方法

目前主梁应力监控主要为主梁根部截面应力控制.其控制过程是“施工,测量,预测,识别,调整,预告,施工”的循环过程.主要分为两个组成部分,一部分是施工数据采集系统,即在主梁悬浇施工过程中通过在主梁根部设置应力测试传感器采集数据.再一个是资料分析仿真模拟计算系统,将采集到的数据进行分析处理,并与理论控制计算结果进行比较,看应力测试数据与计算值偏离是否过大,分析原因,并采取有针对性的措施予以调整,从而保证施工过程中结构的安全.

由于桥梁施工的时间较长,所以,应力监测是一个长时间的连续的量测过程,要实时、准确监测结构的应力情况,采用方便、可靠和耐久的传感器件非常重要.对于适合于现场复杂情况、连续时间较长且量测过程始终要以初始零点作为起点的应力监测,目前基本上均采用钢弦式传感器.主要原因是钢弦式传感器具有较良好的稳定性,自然具有应变累计功能,抗干扰能力较强,数据采集方便等优点.

本项目主梁应力监测在测试断面混凝土内布设内埋式钢弦应变计,采用配套钢弦应变读数仪采集数据.传感器安装方法采用预置,即：在钢筋骨架就位后将传感器绑扎在钢筋笼上,导线置于紧贴模板的安装盒内,然后浇注混凝土,拆模后从安装盒内取出导线.主拱采用焊接式外贴钢弦应变计,采用配套钢弦应变读数仪采集数据.

拱肋拟选取5个应力测试截面,分别为跨中、1/4跨、拱脚截面,每个截面布设8个测点,共5个截面,均为钢结构表面式应变计；主梁截面拟选取每跨跨中断面、主跨1/4断面、拱梁结合处断面,每个截面布设11个测点,共9个截面.

四、吊杆张拉

吊杆张力的准确性关系到拱肋、主梁内力、线形及其本身的安全；施工阶段吊杆张力状况及误差分布状况是评价、判断施工阶段结构内力状况及施工质量的重要依据,因此吊杆张力测试是一项非常重要的工作.

本桥采用频谱分析法和压力传感器法两种方法进行吊杆张力测试,压力传感器测量吊杆张力方法直接明确,但是只能对正在张拉吊杆进行测量.频谱分析法是对吊杆张力间接测量方法,在对吊杆采用压力传感器进行标定后,测量精度完全可以满足工程需要.

频谱分析法是利用临时紧固在吊杆上的高灵敏传感器拾取吊杆在环境激振下的脉动信号,经过滤波、放大、谱分析,根据频谱图来确定缆索的自振频率,进而求得吊杆张力.此方法所测吊杆张力值为脉动条件下的吊杆张力值,故应该避开风、雨引起的风振、雨振的影响,一般风力超过四级、下雨情况下不宜测量.

吊杆张力公式推导时采用的是简化的计算模型,与实际情况存在一定的差异.为了减小测试误差,需要标定吊杆的参数.根据吊杆工作的吊杆张力范围,选择不同的吨位,进行标定,得出频率与吊杆张力的关系,以此对理论公式进行修正来换算吊杆张力.吊杆张力标定采用高精度的压力传感器,在施工现场进行.具体做法是：施工单位分级张拉,每张拉一次,测试一次,一般进行四、五次张拉达到设计吨位,调整理论参数,使测试值与张拉值相吻合.要求张拉用的千斤顶必须严格标定,张拉过程严格按照技术员的要求进行.

结论

经过监控单位现场对各项目的监控和指导,现浇箱梁、钢管拱、吊索张拉等施工中的线型控制、应力状态均达到设计要求.

实践证明,对于像先锋路南延伸跨大汤河大桥这样的受力状态特殊的桥梁,引入监控机制是非常重要的,将会及时地对桥梁的线型、应力状态实行有效的控制,对保证桥梁的施工质量至关重要.