钢管混凝土系杆拱桥施工控制研究

2014-05-04何永昶上海铁路局合肥枢纽建设指挥部

上海铁道增刊 2014年2期

何永昶上海铁路局合肥枢纽建设指挥部

1 前言

钢管混凝土拱桥采用先梁后拱施工方法，因施工中受力结构、受力状态不断发生变化，施工难度较大[1-2]。另外主拱和主梁的应力和线形受梁体自重、混凝土收缩徐变、温度、吊杆张拉力等因素的影响较大，故需要对施工过程中的内力和变形进行同步监测，以确保其成桥质量。本文结合西笤溪特大桥工程实际，采用倒装－-正装计算法对桥梁结构进行计算，对施工过程结构的变形进行有效的预测和控制。

2 工程概况

图1 西笤溪特大桥主桥桥型布置图(单位:m)

高速铁路西笤溪特大桥为跨越公路的尼尔森提篮拱桥，梁高2.5 m，梁部全长132 m，计算跨长128 m，矢跨比1/5，拱肋平面内矢高25.6 m，拱肋采用悬链线线形。系梁采用单箱三室箱梁，桥面宽17.8 m。在拱脚顺桥向8 m范围内，设成实体段，且桥宽度由17.8 m增至18.8 m。拱肋截面采用哑铃型钢管砼截面，截面高度3.4 m，钢管直径为1 200 mm，拱肋在横桥向内倾9°，形成提篮式，拱顶处两拱肋中心距8.19 m，拱脚处两拱肋中心距16.2 m。吊杆布置采用尼尔森体系，西笤溪特大桥的总体布置见图1。

提篮拱采用先梁后拱施工工艺，在满堂支架上浇筑系梁及拱脚混凝土；张拉系梁第一批纵向预应力,安装拱肋及横撑,浇筑拱肋混凝土，拆除拱肋支架;依次张拉吊杆到指定初张力，张拉系梁第二批纵向预应力,拆除系梁支架,铺设路面。

3 施工控制计算

施工控制计算通过倒装－正装计算法进行施工架设过程模拟计算分析。即按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程进行结构分析，得到桥梁结构在每一施工阶段理想的安装位置（标高）和理想的受力状态（施工控制目标值），作为正装计算的初始状态参数；然后按结构实际施工加载顺序进行结构变形和受力分析（包括对结构某些参数的调整），按照正装计算出的桥梁结构各阶段中间状态指导桥梁的安装标高和线形控制。

本桥控制计算采用有限元软件“MIDAS Civi1”进行空间计算，并采用桥梁博士V3.0进行平面计算作为校核。

首先，根据该桥架设过程，进行施工架设直至最终成桥全过程的计算，并计算该桥在各种荷载作用下桥梁各构件的内力、变形。然后，在实际施工过程中结合实际监测数据进行参数识别，调整计算模型进行进一步计算分析。有限元模型示意图如图2所示。

图2 有限元模型示意图

再次，在钢管混凝土拱桥的建模过程中，对拱肋截面采用 MIDAS的施工阶段联合截面进行模拟。假定在施工阶段，钢材和混凝土紧密地连接在一起，取等效截面特性进行计算和分析。

由于计算基本参数的在施工现场是经常变化的，而且其变化能较敏感地反应出在施工过程中其对桥梁结构行为的影响，所以取这些参数如混凝土（材料）的弹性模量、构件自重、施工荷载、结构温度场和施工周期等作为控制基本参数。

与普通的系杆拱桥不同，刚性系梁刚性拱的尼尔森系杆拱桥吊杆张拉力对拱桥的成桥受力状态影响较大，准确的控制吊杆张拉力是保证结构合理受力的关键。在施工过程中确定一个合理的索力张拉方案既可以减少重复张拉的工作，又可以保证施工过程结构的安全；合理的成桥阶段吊杆索力能使主梁、拱肋均达到理想的内力状态，保证运营期间结构始终处于安全状态。本桥控制计算时以成桥索力为目标，调整初张力，进行反复迭代计算，具体计算为：

（1）进行倒拆分析计算，确定初始张力，而后将此初始拉力再代入正装计算，得出成桥索力，与设计成桥索力比较。对索力偏差超过8%的索，调整其初拉力。

（2）将调整后的初拉力，输入计算，得到第二次的成桥索力，并再次与设计成桥索力进行比较，检查成桥索力与设计成桥索力偏差，直到成桥索力与设计成桥索力偏差在8%以内。

最终确定的吊杆初张力，并照此初张力指导施工,确定拱桥系梁和拱肋施工预拱度,见图3。