中承式钢管混凝土系杆拱桥桥道系施工控制技术

魏丽东，向中富，展 宁

（重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074）

中承式钢管混凝土系杆拱桥桥道系施工控制技术

魏丽东，向中富，展 宁

（重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074）

中承式钢管混凝土系杆拱桥施工，由于主桥结构复杂、技术含量高、施工难度大，要求在施工过程中对全过程进行施工控制。通过对缆索吊装系统吊装行车道边梁、龙门吊机吊装行车道内梁和汽车吊机吊装人行道梁等3个阶段的施工控制，确保了大桥建成后线形符合设计要求，结构受力合理，为相似桥梁的施工监控提供借鉴。

钢管混凝土系杆拱桥;成桥线形;结构受力;施工控制

1 工程概况

四川广安奎阁渠江大桥全桥跨径组合为6×30 m（引桥）+62 m+256 m+62 m（主桥）+30 m（引桥），桥型布置见图1。主桥采用256 m飞雁式钢管混凝土中承式系杆拱，矢跨比为1/4.5，拱轴线采用悬链线线形，边拱飞雁矢跨比1/5.86。吊杆横梁、立柱横梁采用预应力混凝土，吊杆横梁间距为8 m，梁高2 m，顶宽为0.8 m，底宽为0.36 m，立柱横梁间距为12 m，桥面为钢筋混凝土∏形梁，采用先简支后连续的施工工艺。引桥为30 m预应力简支T梁，桥面连续。主拱拱肋为哑铃型4根钢管混凝土组成的桁架结构，拱顶截面高4.5 m，拱脚截面高6.5 m，肋宽2.78 m。拱肋上下主弦杆为两根Φ920 mm钢弦管，管内灌注C50混凝土。弦管通过横连钢管和竖、斜向钢腹管连接成钢管混凝土桁架。全桥上下游对称布置共20根可更换式系杆，系杆采用Φs15.2-37低松弛高强度环氧喷涂钢绞线。吊杆采用Φs15.2-31低松弛高强度环氧喷涂钢绞线，纵向间距8 m，横向间距20.2 m。

图1 广安奎阁渠江大桥桥型布置Fig.1 Bridge-type layout of Guang’an Kuige Qujiang River Bridge

2 施工控制要点

2.1 施工控制目标

1）成桥后主拱圈控制点的标高与设计值最大相差控制在L/3 000 m以内;

2）成桥后结构各控制截面的内力与设计值最大相差控制在10%以内;

3）本工程成桥后拱轴线偏位不超过±L/4 000 m。

2.2 施工控制原则

施工控制的目的是对成桥目标进行有效控制，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。奎阁渠江大桥施工过程中总的控制原则是:在确保主拱肋稳定的情况下，以拱肋和成桥线形控制为主，兼顾结构应力［1-3］。

3 奎阁渠江大桥桥道系施工控制

主桥采用飞雁式钢管混凝土中承式系杆拱，此类桥型具有高度对称性，在桥道系加载过程中要坚持对称加载施工的原则，使结构受力性能良好。如果在施工中不按照对称加载原则进行，很可能出现失稳。

3.1 吊杆横梁和行车道梁施工控制

1）在设计方和施工方提供的横梁吊装顺序方案中，通过有限元模型计算得到吊杆横梁分5批顺桥向向两岸对称吊装，两端吊装进度差为1根横梁:第1批吊装5根L6、L9、L12;第2批吊装4根L4、L8;第3批吊装4根L5、L11;第4批吊装4根L7、L10;第5批吊装6根L1、L2、L3。这样，大桥结构受力情况最佳，而且方便施工，全桥有限元计算模型见图2。

图2 MIDAS有限元模型Fig.2 MIDAS Finite element model

2）横梁预抬高量计算。设计图纸给出的横梁标高是成桥状态下的理想标高。施工过程中，由于后续的施工阶段和1/2活载会对已经吊装的横梁标高产生影响，并且拱肋线形、温度作用和混凝土收缩徐变等不利因素也会对横梁的标高产生影响，因此，横梁吊装时要有一定的预抬高量。

利用MIDAS建立大桥分段施工模型，根据实测的拱肋线形的数据对模型进行调整，采用倒退分析方法算出每根横梁的预抬高量。模型中吊杆长度与实际吊杆长度的差别通过修改吊杆弹性模量的方法修正［1，5］，最终各根横梁的预抬高量见表 1。

表1 横梁预抬高量Table 1 Beam Pre-levation /mm

吊杆横梁吊装过程按照上表给出的预抬高量施工，成桥后经全站仪观测，横梁标高与设计值吻合。

3）安装行车道梁的工艺，以L12号吊杆横梁为中心对称施工。先在把位于上下游外侧的行车道梁利用缆吊系统安装好，在这些行车道梁上铺设轨道，供龙门吊通行。然后利用龙门吊把剩余的行车道次内梁和内梁架好。这样，架设行车道梁的速度比利用架桥机或缆吊系统架设都要快，节约了大量的时间，而且施工便利，安全性高。

3.2 人行道梁和二期恒载施工控制

3.2.1 人行道梁施工

在全桥行车道梁架设完成以后，采用70吨位吊车将8 m的人行道梁对称架完。在主拱肋和桥道系相交处的人行道梁长12 m，施工难度大，再使用70吨位吊车吊装，无论是吊车伸臂长还是在有效半径内起吊重量都不符合要求，这时候需要采用200吨位的吊车才能满足要求。

采用200吨位吊车吊装12 m人行道梁，需要计算横梁和行车道梁的受力情况，利用MIDAS有限元模型进行局部计算:

1）按后支腿作用于吊杆横梁处考虑:（70+30+50）×（2/3）×1.15=115 t（吊车 70 t，配重 50 t，12 m人行道梁30 t，后支腿分重按2/3计算），计算结果见图3。吊车后支腿位于吊杆横梁处时，吊杆横梁下缘最大拉应力为4.71 MPa，超过横梁允许拉应力1.15ftk，即 2.76 MPa。

图3 横梁计算应力曲线Fig.3 Stress curves of beams calculation

2）按前支腿作用于吊杆横梁处考虑:（70+30+50）× （1/3）×1.15=57.5 t（吊车 70 t，配重 50 t，12 m人行道梁30 t，前支腿分重按1/3计算），计算结果见图4。

图4 横梁应力计算Fig.4 Beam stress calculation

吊车前支腿位于吊杆横梁处时，吊杆横梁未出现拉应力。

3）200 吨位吊车行进对行车道梁影响。广安奎阁渠江大桥设计荷载为公路一级，根据公路一级车道布载要求，行车道梁的荷载设计至少可以承受44.4 t的活载，即1.05 ×8+36=44.4（t）＞70/2 ×1.15=40.25（t）。

因此，采用200吨位吊车在吊人行道梁时，吊装作业要缓慢进行，前支腿要作用于吊杆横梁处，后支腿尽量靠近钢横梁，这样横梁不会出现拉应力，避免结构局部受力过大产生破坏。行车道梁在吊车通行和吊装过程中满足安全要求。

3.2.2 二期恒载加载

二期恒载加载主要是桥面铺装，本工程桥面铺装分为钢纤维混凝土和沥青混凝土两部分。桥面铺装，由两岸钢横梁向跨中采用条带状对称铺装，经过MIDAS模型计算分析，这样铺装对结构受力较有利。

3.3 系杆张拉顺序

全桥上下游对称布置20根可更换式系杆，每根系杆张拉力为3 825 kN，上下游对称张拉，系杆编号见图5。

考虑基础、边拱和主拱结构受力合理，在恒载加载过程中，利用系杆拉力平衡主拱在拱座处产生的水平不平衡推力［4-6］。在完成桩基、承台、拱座、交界墩、边拱拱肋、横梁、系梁、立柱及立柱盖梁后，张拉完1、2号系杆;主拱肋内、外侧下弦管混凝土灌注完，上弦管内、外侧混凝土还没有灌注，张拉完3号系杆;浇筑主拱拱上立柱及盖梁时张拉完4号系杆;在吊装第3批吊杆横梁时张拉完5号系杆;吊装第5批吊杆横梁时张拉完6号系杆;吊装行车道外梁张拉完7号系杆;吊装行车道次内梁和内梁张拉完8、9号系杆;吊装人行道梁张拉完10号系杆。

图5 系杆钢束编号Fig.5 Tie steel beams number

3.4 线形和应力情况

1）通过对桥道系施工过程控制，对主拱标高实测值和控制值比较及偏位情况得到拱肋线形控制较好，控制精度比较高，符合设计和相关要求［7-9］。偏位和主拱实测值与理论值高差见表2。

表2 桥道系施工结束主拱肋控制点偏位及高差Table 2 Control point deviation and elevation difference of the main rib when construction completed

2）主拱应力监测结果，拱脚处最大压应力-81.3 MPa;1/8截面处最大压应力为-93.3 MPa;1/4截面处最大压应力为-118 MPa;3/8截面处最大压应力为-136.4 MPa;1/2截面处最大压应力为-163.5 MPa，从主拱受力可以看出主体结构应力是在控制范围之内的，拱肋应力实测值和理论值比较见图6和图7。

图6 上游拱肋应力实测值与理论值比较Fig.6 Stress measured value and theoretical value of upper rib

图7 下游拱肋应力实测值与理论值比较Fig.7 Stress measured value and theoretical value of lower rib

成桥后桥面实测线形与设计线形比较结果见图8。

4 结语

通过对桥道系施工控制，主拱肋的应力实测值与理论计算值比较吻合，而且小于材料的允许应力值，拱肋处于安全状态。主拱标高和横向偏位都在规范和控制目标范围之内，表明该桥成桥线形控制较好。大桥在施工中局部受力都在控制范围内，使结构处于安全状态。通过计算对大桥横梁进行适当的预抬高，成桥后横梁标高与设计值吻合，桥面实测线形在设计控制范围和相关要求规定之内，桥面线形流畅。这些表明该桥施工的控制效果良好。

图8 成桥后桥面实测线形与设计线形比较结果Fig.8 Comparison of the measured linear and design linear of the bridge

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Control Technology of Half-Through CFST Arch Bridge Construction

WEI Li-dong，XIANG Zhong-fu，ZHAN Ning
（School of Civil Engineering＆ Architecture，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

As the main bridge structure is of complexity，high technology content and construction difficulticulty，the construction of concrete-filled steel tubular tie-bar arch bridge requires construction control in the whole process of construction.Though the monitoring of carriageway edge beams lifted by hoisting cable hoisting system，machine and car lanes lifted by gantry crane and sidewalk beams lifted by the crane hoisting，it is ensured that the bridge alignment meets the design requirements after completion and the structure stress is rational，which provides a reference for the similar bridge construction monitoring.

concrete-filled steel tubular tie-bar arch bridge;bridge alignment;structure force;construction control

U445

A

1674-0696（2011）06-1311-03

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.06.12

2011-06-16;

2011-07-10

魏丽东（1986-），男，辽宁凌源人，硕士研究生，主要从事桥梁设计施工方面的研究。E-mail:WLD_1205@126.com