敞开式钢管—混凝土桁架组合梁桥施工监控分析

2017-09-25吕高超��

中华建设科技 2017年8期

吕高超��

【摘要】敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥是一种较为新颖的桥梁结构，在我国高速公路桥梁工程中的应用尚属首次，针对其受力特性将混凝土下弦杆和钢管混凝土上弦杆作为监控重点。理论计算采用大型有限元分析软件Midas/civil，对桁架桥各施工阶段进行了一系列的内力及应力分析，并与各施工阶段实测数据实时对比，分析判断桥梁施工过程中的安全性，确保全桥施工的顺利进行。

【关键词】敞开式桁架组合梁桥；施工监控；应力监控

Construction Monitoring Analysis of Open Steel Pipe - Concrete Truss Composite Beam Bridge

Lv Gao-chao

（Anhui Luqiao Engineering Group Co.， LtdHefeiAnhui230009）

【Abstract】Open steel pipe - concrete truss composite girder bridge is a relatively new bridge structure. It is the first time for the application of expressway bridge project in China. The concrete chord of concrete and the concrete chord of concrete - filled steel tube are the key points for monitoring. The finite element analysis software Midas / civil is used to calculate the internal force and stress of the truss bridge. The internal force and stress analysis of the truss bridge are analyzed in real time. The safety of the bridge construction is analyzed and analyzed. Bridge construction of the smooth progress.

【Key words】Open - type truss composite beam bridge；Construction monitoring；Stress monitoring

1. 前言

敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥是一种较为新型的桥梁结构，主要由主桁架和桥面系结构两部分组成[1]。敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥在我国高速公路桥梁工程中的应用尚属首次，由于其结构体系较为复杂，因此有必要掌握和了解各施工阶段的结构受力性能，对其进行有力地控制和调整，确保在成桥后桥梁的内力状态与外形曲线与设计尽量相符[2]。

2. 工程概况

本文以徐明高速五河段跨线桥为实际工程背景，建立下承式钢管混凝土桁架组合梁桥全桥模型。跨线桥为单跨60m敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥。桥梁下部结构为柱式桥墩、桩基础，上部结构由两片敞开式主桁架及桥面体系组成[3]。桁架上弦杆、端斜杆、腹杆采用Q345D焊接钢管。两片主桁架采用不带竖杆的华伦式三角形腹杆体系，节间长度为8m，主桁高度6.8m，高跨比为1/8.82。两片主桁中心距采用13.65m，宽跨比为1/4.40，桥面行车道宽度为12.125m[2]。桁架桥上部结构布置如图1所示。

图1钢管混凝土桁架组合梁桥结构布置图

3. 计算模型

3.1根据构造及对构件控制点的要求，将主桁架和横梁划分成若干个梁单元，且横梁与下弦杆采用共节点的模拟方法，桥面板及其他部分按线荷载加载在横梁上。为模拟施工阶段钢管混凝土构件中钢管和混凝土的真实受力情况，采用MIDAS/CIVIL程序提供的施工阶段联合截面功能对桁架上弦杆和端斜杆进行建模分析。全桥共计322个梁单元，299个节点 [2]。

3.2为模拟各施工阶段及成桥后桥梁状态，全桥共划分为6个施工阶段，逐阶段计算并累加后得到成桥内力及其他荷载效应。

（1）施工阶段CS1：现浇桥面系结构及下弦杆阶段。搭设满堂支架，在支架上现浇下弦杆、端横梁、中横梁及桥面板。待混凝土达到一定强度后张拉预应力钢束。

（2）施工阶段CS2：安装钢桁架阶段。钢桁架在工厂进行加工完成后分段运输到现场，安装桁架并将分段接口焊接成整体。

（3）施工阶段CS3：灌注桁架上弦杆及端斜杆管内混凝土。

（4）施工阶段CS4：拆除满堂支架。

（5）施工阶段CS5：桥面二期铺装。铺设沥青混凝土，安装防撞护栏。

（6）施工阶段CS6：成桥10年应力状态。考虑混凝土收缩徐变对桥梁结构的影响（全桥上部结构有限元模型见图2）。

4. 应力监控

4.1测点布置。

（1）该桥施工监测的目的是在施工过程中，通过监测主梁和钢桁架在各个施工阶段的应力和变形来达到及时了解结构实际行为[4]。根据监控数据，首先确保结构的安全和稳定，其次保证结构的受力合理和线形平順[5]。监控的主要内容包括应力监测和线性控制。

（2）本桥选用钢弦式传感器，应力测点选择在整个桁架桥断面上最不利的应力点，传感器沿着构件纵向布置，下弦杆和腹杆应变计埋设位置为混凝土梁底（全桥传感器布置截面示意图见图3）。

4.2监控结果与分析。

（1）应力监测通过在各主要构件的控制断面处布设应力测试元件，以观测在施工过程中这些截面的应力变化，能较为客观地判断全桥的内力变形状态，形成一个较好的预警机制，从而保障桥梁施工的安全和质量[6，7]。全桥各控制点计算数据如表1和图4、图5、图6、图7所示。endprint

（2）经对比分析全桥关键部位结构应力变化规律与理论计算结果基本一致。下弦杆混凝土施工初期应力较大，上部钢桁架参与受力后应力降低。钢桁架拼装时采用独立支架，固施工过程中对下弦杆、端横梁及中横梁各混凝土截面受力影响不大。在施工阶段末期钢桁架参与受力，应力值有较大的增长，下部混凝土结构，应力有所减小。成桥10年应力状态，考虑混凝土收缩徐变的影响，结构内部应力重新分配，导致下弦杆应力近一步减小，上弦杆和腹杆应力增大。

5. 结论

（1）本文通过有限单元法模拟敞开式钢管混凝土桁架组合梁桥施工过程，得到了桥梁结构各个控制截面上各个控制点在不同施工阶段的理想应力状态，从而为施工控制中应力控制提供理论依据。

（2）通过应力监控，及时了解施工中实际结构的真实应力状态，对比实测应力和理论应力，两者变化趋势基本一致，全桥各测试截面应力在施工阶段均满足规范要求。

（3）施工监控的实测及计算结果表明，整桥施工过程应力控制得当，施工进行较为顺利。

参考文献

[1]谢晓东，完海鹰，梁长海.敞开式桁架组合梁桥的稳定性计算分析[J]. 合肥：工程与建设，2013，27（4）：468～470.

[2]劉振河. 敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥静动力行为研究 [D]. 合肥：合肥工业大学，2012.

[3]吴刚.敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥设计[J].北京：公路交通科技，2010（8）：232～233.

[4]冯上朝，段东旭.大跨径桥梁线形监控测量技术[J].陕西：西部探矿工程，2011（8）：205～206.

[5]袁晓晴，何涛，车晓军.新丰铁路大桥施工监控分析[J].北京：中国水运，2006.6（11）：54～55.

[6]刘亚楠.城际轨道大跨度连续梁桥应力监控研究[J].北京：铁道建筑，2013 （3）：37～39.

[7]张谢东，马彪，罗茂盛等.大跨PC连续梁桥施工监控评价研究[J].武汉：武汉理工大学学报，2013，37 （1）：49～52.