下承式钢桁架桥施工监控要点研究
摘要：为了 确保钢桁架梁桥在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的 范围内,且成桥后的 主梁线形符合设计要求,结构恒载内力状态接近设计期望,在主桥施工过程中必须进行严格的 施工控制.
关键词：钢桁架桥;施工监控;应力;线形
引言
为了 确保钢桁架梁桥在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的 范围内,且成桥后的 主梁线形符合设计要求,结构恒载内力状态接近设计期望,在主桥施工过程中必须进行严格的 施工控制.
对于支架拼装施工的 钢桁架桥来说,通过监控施工时临时墩的 应力和标高、贝雷架的 应力和标高、桁架杆件标高、应力及施工完成后几何状态,来保证成桥后桥面线形以及结构内力状态符合设计要求.通过施工过程的 数据采集和严格控制,确保结构的 安全和稳定,保证结构的 受力合理和线形平顺,避免施工差错,尽可能减少调整工作量,为大 桥安全顺利建成提供技术保障.
本文以某75米下承式钢桁架桥为依托,研究下承式钢桁架桥施工监控的 控制要点.
1 施工监控方法及原则
1.1 施工监控方法
钢桁架桥施工过程的 影响参数较多.如：结构刚度 、组成桁架的 杆件及桥面系的 重量、施工荷载、砼的 收缩徐变和温度 等.求施工控制参数的 理论设计值时,都假定这些参数值为理想值.为了 消除因设计参数取值的 不确切所引起的 施工中设计与实际的 不一致性,在施工过程中对这些参数进行识别和预测.对于重大 的 设计参数误差,提请设计方进行理论设计值的 修改,对于常规的 参数误差,通过优化进行调整.
1、设计参数识别
通过在典型施工状态下对状态变量(位移和应力应变)实测值与理论值的 比较,以及设计参数影响分析,识别出设计参数误差量.
2、设计参数预测
根据已施工梁段设计参数误差量,采用合适的 预测方法(如灰色模型等)预测未来梁段的 设计参数可能误差量.
3、优化调整
施工控制主要以控制桁架杆件标高、控制截面弯矩为主,优化调整也就以这些因素建立控制目标函数(和约束条件).通过设计参数误差对桥梁变形和受力的 影响分析.应用优化方法(如采用加权最小 二乘法、线性规划法等),调整本梁段与未来梁段的 立模标高,使成桥状态最大 限度 地接近理想设计成桥状态,并且保证施工过程中受力安全.
1.2 施工监控原则
施工控制是要对成桥目标进行有效控制,修正在施工过程中各种影响成桥目标的 参数
误差,确保成桥后结构受力和线形满足设计要求.
1、受力要求.应力控制要求施工过程结构安全、成桥后应力达到设计要求.反映钢桁架桥受力的 因素主要是桁架杆件的 截面内力(或应力)状况.通常起控制作用的 是桁架杆件的 正应力及临时墩所受内力.不论是在成桥状态还是施工状态,要确保各截面应力的 最大 值在允许范围之内.主桁落架前,全桥钢桁架杆件都置于临时支墩上,未承受较大 的 自重荷载,主桁架杆件的 应力均能控制在容许应力范围之内.落架时应力发生剧烈变化,此阶段是应力监测的 重点.
2、线形要求.线形主要是指钢桁架线形和桥面线形.成桥后(通常是长期变形稳定后)桁架和桥面的 标高要满足设计标高的 要求.
3、调控手段.对于主桁线形的 调整,调整预拱度 是最直接的 手段.将参数误差以及其他因素引起的 桥面板标高的 变化通过预压标高的 调整予以修正.
2 施工监控内容
2.1 工程概况
本文针对一75米的 钢桁架简支梁桥,主桁采用上弦折线形的 普拉特桁架,计算跨径为73.8米,节件长度 6.9米和10米,跨中桁高16米,桥梁全宽15.5米,两片桁中心距12米.主桁、下平纵梁、横撑和桥门架为杆系结构,主桁架结构各构件除端斜杆采用矩形断面外,其余均采用工字型断面,主桁下弦各节点采用二次抛物线过渡.桥面系为联合梁,由下部的 钢梁和上面的 桥面板结合而成,其钢梁部分仍采用纵横梁体系,主横梁高900～1013米米,为工字型截面,纵横梁高600米米,也采用工字型截面,在纵梁腹板上设置一对角钢与横梁腹板相
连,横向每2米设置一道.
2.2施工步骤
主桥的 下部结构施工完成后,进行临时支墩及贝雷梁的 施工及预压;再安装支座.然后进行钢桁架的 拼装,安装顺序为先装下弦杆及主横梁、下平连、纵梁、次横梁挑臂、次纵梁等桥道系杆件;再安装腹杆、上弦杆等主桁杆件;待全桥主桁、桥道系贯通后,最后安装桥门架、上平联.主桁架拼装完成后后,再完成高强螺栓的 初拧、终拧.全桥高强螺栓终拧完成后,再将下弦杆各节点下的 支撑钢管拆除,完成落梁.最后在进行桥面板、桥面铺装及人行道等附属设施的 施工.
第一步：主桥下部结构施工.
第二步：临时支墩及贝雷梁的 施工.
第三步：主桥钢桁架的 拼装.
安装的 基本顺序为：
(1)安装下弦杆及主横梁.
(2)安装系杆下平联、纵梁等桥道系杆件.
(3)安装直腹杆、斜腹杆.
(4)安装上弦杆.
(5)安装桥门架、上平联.
安装的 基本原则为：从下至上,从外至内.
第四步：落梁.
第五步：进行钢桁桥附属结构的 施工.
2.3仿真模拟
(1) 计算假定
①采用米idas civil软件进行计算,计算模型中钢桁杆件、纵横梁、上下平联及桥门架均采用梁单元进行模拟.
②计算中支座及临时墩均未考虑各支点由于地质情况引起的 支点沉降;
③计算中新安装的 单元考虑其由于已安装单元转角引起的 初始位移;
④计算未反映预拱度 的 影响;
(2) 计算参数
①几何参数：主体结构及施工临时结构构件的 几何参数按设计图纸取值. ②荷载参数
由于一些板件,如节点板其重量在杆系计算模型中不易模拟,本工程通过对结构杆系模型自重乘上自重系数来反映,取钢桁桥自重1.3倍安全系数.
由仿真计算得知,在施工过程及成桥后各构件应力均小 于其承载力,施工过程中竖向位移较小 ,满足受力及线形要求.
3 施工监控结果及分析
施工监控组根据相关规范、资料及现场情况,在整个施工过程中对全桥应力及标高进行严格的 监测.根据现场数据及情况,得到以下结论：
1、落梁前,临时墩及贝雷架应力随着主桁架的 拼装而变大 ,但远小 于钢材的 容许应力值,即处于安全状态,且安全储备比较大 .
2、由于落梁阶段结构发生体系转换,主桁架测点应力在落梁前后发生很大 变化,斜腹杆测点应力甚至改变了 方向;主桁架在各个施工阶段的 测点应力均小 于钢材的 容许应力值,即处于安全状态,且安全储备比较大 .
3、测点应力在各个施工阶段的 实测值与计算软件米IDAS2012理论计算出来的 施工阶段应力很接近,即桥梁状况处在安全可控的 范围内.
4、成桥状态下主桁架各节点标高及桥面标高于设计值相比处在误差范围内,线形平顺、满足设计要求及规范要求.
4 结论
主桥支架施工过程中主要是对临时墩的 变形和应力、桁架梁的 结构变形(主要由于贝雷架变形)和控制截面的 应力(应变)进行监控.其中临时墩的 变形和应力测试内容包括：临时墩在支架架设和预压时的 标高及应力观测;临时墩在主桁架拼装时的 标高及应力观测.桁架梁的 结构变形主要测试内容包括：钢桁架拼装时的 变形及变形回复情况、临时墩拆除时钢桁架的 变形、桥面板砼浇筑和桥面系施工过程中桁架杆件位移测量、施工完成后几何状态测量.桁架杆件应力(应变)主要测试内容包括控制截面的 应力(应变)观测
全桥的 落架过程是一个体系转换的 过程,由多支点的 连续梁体系转转换到简支梁体系,使全桥的 重量全部落在支座上,落架过程中主桁应力变化剧烈,这个阶段主要对线形和杆件落架前后的 应力变化进行检测.
参考文献：
1 《高等桥梁结构理论与计算方法》贺栓海
2 《大 跨刚桁架桥设计与施工中高差引起的 非线性问题研究 》胡兴健
3 《大 跨径刚桁架桥健康监测方法及技术研究》江祥林
4 《大 跨度 刚桁架桥预拱度 设置及拼装误差理论研究》蔡禄荣
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