虚拟调索法在钢筋混凝土系杆拱桥施工中应用

高艳秋 程锋磊

(1．同济大学桥梁与隧道工程系，上海 200092;2．中交隧道局第五工程公司，天津 300011)

1 背景介绍

某桥为一老桥下游5 m处的新建右幅桥梁，新、老桥分离布置。右幅新建桥梁横断面布置为:0．5 m(护栏)+11．50 m(机动车道)+5 m(非机动车道)+2．5 m(人行道)，全宽19．5 m。

右幅新建桥梁结构形式为下承式钢筋混凝土简支系杆拱桥，桥台基础为钻孔灌注桩。拱肋的理论计算跨径为80 m，计算矢高16 m，矢跨比1/5，理论拱轴线为二次抛物线。桥面结构采用纵横梁体系，整体桥面板，以提高结构的整体刚度。

根据设计要求，桥梁拱肋、风撑、系梁、中、端横梁、桥面板均为支架现浇。本桥按先梁后拱的方法施工，施工流程为:搭设支架、现浇系梁及横梁、浇筑拱肋及风撑、安装吊杆、吊杆第一轮张拉、浇筑桥面板、吊杆第二轮张拉、拆除临时支架、成桥。

右幅新建桥梁(以下简称某桥)立面布置示意图见图1。

2 问题的产生

本桥在施工中，采用桥梁博士和Midas建立模型，进行两轮调索，得到较好的线形和应力结果，符合设计与施工要求，然后将其计算的结果应用于施工中，对每个施工工况都进行实时监控分析，以期得到较好的控制结果。

图1 某桥立面图

然而第一轮吊杆张拉后，吊杆索力的实测值与理论值差距较大，第一轮吊杆张拉前后系梁变形的实测值与理论值也有较大出入，如果我们按照模型计算的结果，继续进行第二次张拉，误差积累会越来越大，最终会出现严重的质量问题。出现与模型计算不符是正常现象，施工中的误差是不可避免的，一般情况我们都会用经验，将索力调整到允许范围内，但这种方法费时费力，也有可能总也满足不了要求。表1，表2是在第一轮吊杆索力张拉后出现的情况，根据有关资料，实测值采用的边界条件为两端固结并考虑截面刚度，对比情况如表1，表2所示。

表1 第一轮吊杆索力实测值与理论值对比

表2 第一轮吊杆张拉前后老桥侧系梁变形的实测值与理论值对比 cm

从表2中我们可以看出，第一轮索力张拉后实测值与理论值相差很大，系梁的变形值差距也很大，对于这种情况，我们采用经验调索就很难达到要求，即便能够实现我们要求的结果，也会费时费力。针对这种情况，我们就需要提出一种可行的系统的办法，让我们在施工中能够轻松而准确的达到我们想要的结果。

3 虚拟调索法的应用与结果对比分析

经过多次分析研究，针对现场经验调索的局限性，我们提出了“虚拟调索法”的概念，即在模型中进行现场施工模拟，得到与现场实测索力值相接近的一个范围，在此基础上再进行二次调索，通过索力优化得到理想的线形和应力状态，然后将在模型中得到的索力值实施于现场，进行第二轮张拉，这样我们就节省了大量人力物力，而且还能解决问题。在这个过程中我们要进行实时监测，保证应力和位移在允许的范围内。

表3 虚拟调索法得到的施工桥面板后的索力值与实测值的对比

表3～表7是我们在进行了虚拟调索法，二次调索后得到的一些数据。表3为虚拟调索法得到的施工桥面板后的索力值与实测值的对比，表4为虚拟调索法得到的第二轮张拉的索力值，表5为二轮张拉后吊杆索力的实测值与理论值的对比，表6为二期铺装后吊杆索力的实测值与理论值的对比，表7为第二轮吊杆张拉前后老桥侧拱肋变形的实测值与理论值对比。

表4 虚拟调索法得到的第二轮张拉的索力值 kN

表5 第二轮张拉后吊杆索力的实测值与理论值的对比

表6 二期铺装后吊杆索力的实测值与理论值的对比

表7 第二轮吊杆张拉前后老桥侧拱肋变形的实测值与理论值对比 cm

从表3～表7可以看出，通过虚拟调索法，吊杆索力在后续的施工过程如吊杆二轮张拉、二期铺装后都有了较大的改善，和理论值的差距基本都控制在容许的范围之内，不排除极个别的有些出入。与此同时，二轮张拉后拱肋实测变形与理论变形的趋势也较为一致。总之，该桥成桥状态下的位移、应力和索力均控制的较好，虚拟调索法对于本桥的施工控制来说是切实可行的。

4 结语

在本桥的施工中我们采用虚拟调索法解决了吊杆张拉后与理论不符的问题，由此我们得到了一些经验。

1)虚拟调索法是在出现实测值与理论值相差甚远的情况下，模拟现场情况进行二次调索达到理论值要求的方法，通过理论计算分析以及施工过程的跟踪监测，我们对索力及梁、拱的变形值与理论值进行了多次比较，两者非常接近，说明成桥后结构的应力状态和线形达到了理想状态，我们采取的虚拟调索法是成功的。2)虚拟调索法在此桥上的成功应用可以为其他类似系杆拱桥的施工提供一定的借鉴，但是此法要保证实时监测的准确性与有效性，对于施工过程监控要求非常高，仍需要在理论和实践上对其进行更深层的研究，以形成一种系统的具有科学理论依据的切实可行的方法，使之更好地应用于实践。

［1］范立础．桥梁工程(下册)［M］．北京:人民交通出版社，1996．

［2］凌知民，杨沈红，沈炯伟．吊杆索力的计算方法与应用研究［D］．石家庄:石家庄铁道学院土木工程分院，2011．