某钢管混凝土拱桥施工监控研究

胡 彬 徐郁峰

(华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510640)

钢管混凝土拱桥是一种钢—混凝土组合桥梁结构，该结构是在薄壁钢管内填充混凝土，一方面可以借助内部填充的混凝土增强钢管壁的稳定性与刚度，另一方面又利用了钢管对核心混凝土的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度[1,2]。由于钢管混凝土拱桥的造型美观、受力性能较为优越、造价低廉，在桥梁建设领域得到广泛的应用。

在钢管混凝土拱桥施工过程中，结构的刚度和其内力状态不断发生变化[3]，所以有必要针对具体的桥梁施工过程，进行有限元模拟仿真分析、应力监控、变形监控。笔者以某钢管混凝土拱桥的施工监控实例，对该桥施工监控中的有关技术问题进行介绍和研究。

1 工程背景

该桥主桥为跨度136 m下承式倒三角钢管拱桥，主梁采用弧形底混凝土箱梁，主拱圈采用钢结构，主桥为整幅布置，宽35 m。拱肋采用混凝土钢管拱结构，拱肋主材材质为Q345qD钢材。主拱肋钢管厚度26 mm，直径1.8 m；副拱肋钢管厚度22 mm，直径1.5 m。主拱肋内设19根吊杆，副拱肋内设13根吊杆，拱肋灌C50的微膨胀混凝土。主桥立面图如图1所示。

根据桥位自然条件、运输条件、吊装能力、架设工期等因素，主桥采用先梁后拱的施工方法，满堂支架现浇主跨混凝土箱梁，于箱梁上设临时支架，分段吊装钢拱肋，并现场焊接，完成钢管拱拼接后进行核心混凝土灌注。

2 施工监控的主要工作内容

2.1 有限元模型计算

根据该大桥施工监控工作的思路，笔者团队有针对性地开展相关的计算工作。考虑到施工监控的实际需要和该大桥施工监控的复杂性，对该大桥进行了精细模型计算分析。采用桥梁结构通用分析软件Midas Civil建立的结构模型如图2所示。

2.2 施工控制及调整

根据施工过程有限元计算结果，可以为施工提供一些重要的施工控制、调整数据。在有关施工工况开展前，笔者团队提供了主梁预拱度控制数据、主梁纵向预偏数据、拱肋预拱度控制数据、吊杆张拉方案和控制数据以及吊杆制造长度数据等，为大桥施工的顺利开展提供可靠依据。

2.3 施工过程监测

根据该桥的结构受力特点，笔者团队有针对性的选取一些关键的参数进行施工过程的持续监测，这些参数包括：主梁及拱肋应力、主梁及拱肋变形、吊杆索力。在施工的各关键工况完成后，对以上数据进行采集分析，并与有限元模型计算结果进行比对，对施工过程中结构的受力变化进行有效控制。

3 有限元计算结果与监测数据对比

3.1 主梁应力

在主梁预应力张拉、拱肋安装、拱肋第一段混凝土顶升、拱肋第二段混凝土顶升、吊杆张拉完成、拆除主梁支架这几个重要工况，对数据进行了采集分析，与有限元模型计算结果的对比如下(跨中截面)。

从图3，图4可以看出，主梁实测应力在主梁支架拆除前与仿真模型计算值吻合度极高，在主梁支架拆除后，与理论计算值存在一定偏差。

3.2 拱肋应力

在该桥中，钢管拱作为重要受力构件，拱肋应力也是另一个需要重点关注的力学指标。根据有限元模型分析计算，拱肋应力的峰值出现在拱脚截面。在各施工工况下，拱脚截面的实测应力与模型理论值对比如下。

从图5中可以看出，拱肋应力的实测值与理论值在施工全过程中均有较高的吻合度，但总体应力水平较高，仍需在后续工况及成桥后密切关注。

3.3 吊杆索力

为确保施工过程中钢管混凝土拱的受力均匀，吊杆张拉采用循环张拉的方式，单根吊杆会经过多次张拉完成施工。选取多根有代表性的主、副吊杆，对其张拉完成后、主梁落架后的吊杆索力实测值与理论值进行对比，结果如表1所示。

表1 吊杆索力测试结果 kN

从吊杆索力结果可以看出，张拉完成后的索力与仿真计算理论值有较高的吻合度，说明张拉过程中吊杆索力的相互影响得到了准确的计算；主梁落架后，索力实测值普遍大于仿真计算理论值，原因可能为主梁的实际自重大于仿真计算中所采用的数值，导致吊杆被动受力的状况下索力偏大。

4 结语

笔者团队所完成的该桥施工监控仿真计算分析结果，与监控过程中采集的有关力学参数进行比对，有较高的吻合度，监控仿真计算精准，可以有效对施工进行指导；在施工监控过程中，根据仿真计算的结果，提出需要对吊杆进行多次循环张拉，以保证施工过程中的结构受力安全，该问题及施工方法对同类桥型施工具有参考价值。

[1] 辛江红,石明星.钢管混凝土系杆拱桥施工监控分析[J].甘肃科技,2009,25(23):138-140.

[2] 侯宏伟,徐 霞,凌 捷,等.钢管混凝土拱桥施工监控技术[J].中国水运月刊,2014,14(12):366-368.

[3] 邹中权,贺国京.大跨钢管混凝土拱桥施工监控研究[J].中南林业科技大学学报,2007,27(4):71-75.