异型斜跨下承式钢结构悬索拱桥线形监测

冯志刚

【摘要】斜交曲梁下承式钢结构吊索拱桥是一种较为新颖而结构特殊的桥梁形式，是目前国内首座此结构拱桥，对于斜交曲梁下承式钢结构吊索拱桥的应用和研究尚处在探索和初级阶段，施工方法单一、工序复杂，线形监测是十分重要的一个环节。

【关键词】吊索拱桥；线形监测；测点；测量；拱肋；钢主梁

【Abstract】Skew curved lower beam steel sling bridge deck is a relatively new and special structure in the form of a bridge， is the nation's first structure of this bridge， for skew curved lower beam steel deck arch bridge sling application and research is still at the initial stage of exploration and construction methods are simple， the process is complicated， linear monitoring is a very important link.

【Key words】Arch sling；Linear monitoring；Measuring point；Measuring；Arch；Steel main beam

随着山区高等级公路建设的发展，需要大量修建桥梁，而人力、物力、财力有限，不断提高技术水平，引用新桥型势在必行，而新桥型的出现，对结构进行更精确的数值分析是确保安全的首要条件，以使桥梁建设的经济效益不断提高。现代桥梁，尤其是城市桥梁，已不再仅仅是传统意义上跨越障碍的通道，在实现其功能价值的同时，人们越来越重视桥梁建筑的审美价值，许多桥梁已成为城市的标志性建筑。

1. 桥梁概况

张家口市清水河通泰大桥，是国内首座斜交曲线下承式钢结构悬索拱桥。拱圈斜跨主梁，拱圈水平投影与主梁跨中轴线切向夹角19.5°。主桥为跨径190米的钢箱梁弯桥，弯曲半径为600米。桥面不设纵坡，设置双向2%横坡，主梁跨中设20cm预拱度。拱圈最大矢高62.118米，拱脚间距180m，，矢跨比为0.3451。主梁为扁平钢箱梁，梁高3m，内设置四道中纵腹板。拱圈为单箱室截面，宽7.04m，高3.8m。主梁与拱圈之间由28根吊索相连。吊索采用高强镀锌钢丝成品拉索，索体保护为双层白色PE，强度1670Mpa。设计道路等级为双向6车道城市快速路，行车速度60公里/小时；设计载荷为公路I级；设计洪水频率为百年一遇；结构设计基准期为100年；抗震烈度为7度；设计安全等级为一级。（见图1、2）

2. 线形监测的内容及目的

清水河通泰大桥线形监测主要内容为拱肋线形、钢主梁线形监测。

拱肋的加工线形决定了拱肋的安装线形，结构的恒载状态及吊索张力决定了拱肋的位移变化情况。在拱肋各加工完成后，需对拱肋进行预拼，此时主要是对拱肋无应力状态下线形进行测量。通过测量拱肋上、下缘中线上若干点（每隔约1m布一测点），然后以直代曲或曲线拟合得到拱肋加工线形。

根据拱肋加工线形确定拱肋定位和拱肋架设线形。拱肋定位主要是拱脚段拱肋的安装定位，其它拱段通过阀篮紧密相联即可。拱肋架设过程中对拱肋架设线形进行确认，拱肋线形达到目标线形后将所有接头焊死。后继施工中对拱肋位移进行监测。

钢主梁、拱肋线形基本决定了桥面线形，因此为线形监控的又一重点。主要是定好钢主梁立模标高，确保钢主梁现浇线形。在后继施工过程中对钢主梁线形进行监测。

以上线形监测的目的是确保拱肋、钢主梁定位准确，各构件之间顺利装配，同时对施工过程中各工况下结构的线形状态进行动态跟踪，对结构状态的安全性及成桥目标状态的可实现性进行分析，必要时调整优化施工工序。

2.1钢主梁线形监测。

2.1.1测点布置。

钢主梁安装阶段测点布置根据拱肋分段情况，在每段主梁前端上缘布置2个测点，分别位于相应钢箱上缘顶面，在各段主梁安装过程中对正在安装和已安装主梁线形进行确认。具体测点布置根据钢主梁分段情况确定。

钢主梁安装完成后，线形测点布置于拱脚及每根吊索与钢主梁交界处，全桥32个测点（大桥钢主梁线形测点布置图见图3）。

2.1.2测量方法及状态。

2.1.2.1测量方法：

采用水准仪进行测量，在安装阶段测量钢主梁底部立模标高，吊装完成后測量钢主梁顶面测点高程作为初始状态，后继施工过程中测量其变化情况。

2.1.2.2测量状态：

（1）支架预压时测量以上钢主梁测点对应位置支架变形情况，为立标高确定提供参考；

（2）测量以上钢主梁测点立模标高，确认立模情况；

（3）支架拆除过程中对钢主梁测点标高进行测量；

（4）桥面板安装后对钢主梁测点标高进行测量；

（5）二期恒载施工后对钢主梁测点标高进行测量；

（6）每段拱肋安装完毕时对钢主梁测点标高进行测量；

（7）拆除临时墩，完成体系转换对拱肋线形测点进行测量。

（8）成桥状态对钢主梁线形测点进行测量。

2.2拱肋线形测点布置。

拱肋安装阶段测点布置根据拱肋分段情况，在每段拱肋前端上缘布置2个测点，分别位于相应钢箱上缘顶面，在各段拱肋安装过程中对正在安装和已安装拱段线形进行确认。具体测点布置根据拱肋分段情况确定。

拱肋安装完成后，主要是测量拱肋线形后继变化情况，此时测点布置于拱肋拱脚、L/8、L/4、3/8L、l/2L处，每桥共计18个测点（张家口市清水河通泰大桥拱肋线形测点布置图见图4）。

测量方法及状态.。

2.2.1测量方法：

采用全站仪配合棱镜进行测量，在安装阶段测量测点高程及平面坐标，对测点位置及拱肋线形进行复核；拱肋安装完成后，主要是测量测点高程变化情况。

2.2.2测量状态：

（1）每段拱肋安装时对已安装拱肋前端测点进行测量；

（2）拱肋安装完成后对拱肋拱脚、L/8、L/4、3/8L、l/2L处测点进行测量，此值为拱肋位移测量的最初状态；

（3）拆除支架后对拱肋线形测点进行测量；

（4）张拉吊索完毕后对拱肋线形测点进行测量；

（5）调整索力后对拱肋线形测点进行测量；

（6）拆除临时墩，完成体系转换对拱肋线形测点进行测量。

2.3拱肋安装、钢主梁安装线形测量流程。

拱肋安装、钢主梁安装，桥梁构件之间的定位装配问题，我方对其线形进行测量，主要是为了确认其是否到位，保证后期吊索、桥面板等安装的正常进行，同时做为位移测量的初始值，测量流程如图5。

2.4拱肋、钢主梁位移测量（施工过程线形）流程。

拱肋安装、钢主梁安装后，在后继施工过程中由于理论分析与实际情况的差异，结构在各工况下结构状态的变化情况必然也存在差异。通过各种参数的对比分析，对结构的后继状态进行预测，对当前状态的安全性进行判定，确保施工顺利进行，测量工作流程如图6。

3. 施工监测

3.1施工监测是施工监控工作的重要部分，通过施工监测获取准确的结构参数是做好施工控制的前提，这些参数主要有如下几类：

（1）施工记录：包括混凝土弹性模量，混凝土强度，构件秤重，构件尺寸，构件制作时间，吊索重量参数，施工荷载，偶然荷载等；

（2）桥梁線形，即拱肋和钢主梁的线形；

（3）大气温度及拱肋、钢主梁的温度场；

（4）吊索张力；

（5）拱肋、钢主梁截面应力（应变）。

3.2施工控制发出指令的正确性完全依赖于上述各测试参数，因此提供准确的成套参数是非常重要的。上述各参数中除施工记录外，其它均根据具体要求通过专门测试、测量取得。

总而言之，因本工程结构形式非常特殊，构件的制作、安装、定位都有着比较大的难度。 因此，在预应力施工之前必须对结构进行详尽的施工仿真模拟，通过施工仿真计算求得每一步施工过程中预应力的施加值、衰减以及结构的响应，并以此为依据，指导吊索的预应力张拉与应力调整的施工作业。通过每一个荷载步骤的计算和过程中吊索应力监控，使得结构在可控范围内逐步逼近设计成桥状态。

参考文献

[1]《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80-2004）.

[2]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）.

[3]《铁路钢桥制造规范》（TB10212-1998）.