某提篮式系杆拱桥吊杆张拉阶段施工监控

黄宗光

南宁城市建设投资集团有限责任公司

1 引言

提篮系杆拱桥属于超静定结构，由于拱肋的内倾，使得拱肋线形较其他常规平行拱要复杂，拱肋受力更加复杂，结构的空间效应较强。本文提篮式系杆拱桥采用先梁后拱的施工顺序，在施工过程中影响桥梁线形和结构受力的因素很多，其中张拉吊杆阶段属于结构体系转换阶段，直接关系到拱肋和纵梁的线形和施工安全，在施工过程中尽可能精确的测量吊杆的内力，是整个施工监控任务中的重中之重[1]，本次监控的主要内容有吊杆张拉阶段吊杆索力、拱肋及纵梁的应力和变形。

2 工程概况

主桥结构为下承式系杆拱桥，主跨99m，采用两榀拱肋，拱肋向内斜靠22度，拱顶采用拱板结构将两榀拱肋连在一起，拱顶开椭圆孔，空间拱轴线的立面为二次抛物线，矢跨比1∕5，拱高19.8m，拱肋采用钢箱截面，高1.8m，宽2.0m，全桥双索面，共34根吊杆。

吊杆张拉阶段分为两次张拉，每次张拉为上、下游同时对称张拉，张拉顺序为D4-D5-D3-D6-D2-D7-D1-D8-D0，第一次张拉完成后，重复上述张拉过程。

利用Midas∕Civil 软件将整个主拱结构离散为空间梁单元，纵梁及横梁均采用梁单元模拟，吊索采用只受拉索单元模拟。全桥模型共有个909 节点，1419 个梁单元，34 个受拉单元，其结构计算模型如图1所示。

图1 全桥Midas Civil 模型

3 监控实施方案

3.1 吊杆索力监测

张拉施工过程中，吊杆索力采用张拉油压表进行测量，张拉完成后采用频率法测量索力。频率法是利用附着在吊杆上的高灵敏传感器（索力计）拾取吊杆的振动信号，得到吊杆的自振频率，根据吊杆自振频率与索力的关系确定索力[2]。

3.2 应力监测

在吊杆张拉阶段，拱肋和纵梁各控制截面应力是判断目前结构是否安全最直接的参数，如果应力明显大于理论值或出现异常情况，可能会导致桥梁拱肋和纵梁出现破坏[3]。本次拱肋控制截面为两拱脚、L∕4 截面、L∕2 截面和3L∕4 截面，每个控制截面布置8个钢结构应变测点；纵梁控制截面为两端部和跨中截面，每个控制截面布置8个混凝土应变测点。

3.3 线形监测

拱肋和纵梁是系杆拱桥重要的组成部分，如果拱肋或纵梁变形与设计值偏差较大，就会对拱结构产生附加应力，从而改变拱桥各部分的受力状况，严重时会影响到结构安全[3]。位移及变形测试的主要目的是获得已形成的结构的实际几何形态，本次采用全站仪、水准仪和测距仪对拱肋和纵梁进行变形监测[4]。拱肋和纵梁测点位置为拱肋和纵梁八等分点位置。

4 结果分析

4.1 吊杆索力

两次调索张拉后，吊杆实测索力值与理论索力值对比分析如图2所示。

图2 吊杆索力实测值与理论值对比图

从上图可知，两次吊杆张拉阶段，吊杆索力实测值与设计理论值基本相符，相对误差均能控制在±5%以内，满足施工监控的允许误差范围。第二次张拉完成后，索力分布更加均匀，吊杆索力实测值与理论值的相对偏差比第一次张拉阶段小，各吊杆索力更加接近设计理论值，两次调索效果较好。

4.2 应力监测结果

4.2.1 拱肋应力

由于结构对称，本文仅列出0#拱脚截面、L∕4 截面和拱顶截面进行描述，拱肋上、下缘钢管应力实测值与理论值如图3和图4所示。

图3 拱肋上缘钢管应力实测值与理论值对比图

图4 拱肋下缘钢管应力实测值与理论值对比图

从图中可知，吊杆张拉阶段拱肋上、下缘钢管应力实测值与理论值变化趋势基本一致，均控制在规范允许误差范围之内，拱肋下缘钢管应力最大发生在拱脚截面，最大达到101.0MPa，拱肋上缘钢管应力最大发生在拱顶截面，最大达到79.2MPa。吊杆第一次张拉阶段，拱肋上、下缘钢管应力波动均较大，应力分布不均匀，拱肋L∕4 截面下缘钢管应力出现拉应力，拉应力最大达到21.6MPa，分析原因是张拉D5 对索时，由于拱肋L∕4 截面下缘应力集中所致，施工过程中应予以重视。

4.2.2 纵梁应力

由于结构对称，本文仅列出0#端部和L∕2截面进行描述，纵梁上、下翼缘钢管应力实测值与理论值如图5和图6所示。

图5 纵梁上翼缘应力实测值与理论值对比图

图6 纵梁下翼缘应力实测值与理论值对比图

从图中可知，在吊杆张拉过程中，纵梁上、下翼缘应力实测值与理论值变化趋势基本一致，均控制在规范允许误差范围之内，纵梁应力控制符合要求。纵梁L∕2 截面上、下翼缘应力为拉应力，吊杆张拉完成后，上、下翼缘应力控制在3MPa左右。纵梁端部截面受力较为复杂，呈现上翼缘受压，压应力逐渐增大，下翼缘受拉，拉应力逐渐减小的特点。

4.3 线形监测结果

本文仅列出L∕4 截面和拱顶截面进行描述，挠度向下为负，向上为正，拱肋和纵梁挠度实测值与理论值如图7和图8所示。

图7 拱肋挠度实测值与理论值对比图

图8 纵梁挠度实测值与理论值对比图

分析上图可知，在吊杆张拉过程中，拱肋和纵梁挠度实测值与理论值变化趋势基本一致，均控制在规范允许误差范围之内。拱肋各控制截面在第一次张拉阶段挠度变化幅度较大，随着桥梁结构体系转换后，在第二次张拉阶段挠度波动较小。拱顶截面在第一次张拉第2对吊杆时，出现了小范围的上挠，上挠值为2.24mm，最终张拉完成后，拱顶下挠48.84mm。吊杆张拉阶段，纵梁总体呈上挠状态，其中跨中截面上挠最大达9.42mm。

5 结语

通过对某99m 提篮系杆拱桥吊杆张拉阶段进行施工监控，监测内容包括吊杆索力、拱肋及纵梁控制截面的应力、变形，得出结论如下。

（1）所建立的有限元模型与桥梁实际受力和变形状况基本一致，能准确反映桥梁吊杆张拉阶段吊杆索力、拱肋及纵梁控制截面的应力、变形情况。

（2）在吊杆张拉过程中，吊杆索力分布均匀，拱肋、纵梁实测应力和挠度变化趋势与理论值基本一致，各监测参数反映出第一次张拉阶段的变化幅度均较大，在第一次张拉完成后，桥梁结构体系发生转换，各监测参数在第二次调索阶段的变化幅度均较小。

（3）监测结果表明桥梁在各工况下吊杆索力、各控制截面的应力、变形实测值与理论值的偏差均控制在规范允许误差范围内，基本达到设计预期的效果，施工控制效果较好。