钢管混凝土拱桥施工监控方法研究及工程应用
孙亭亭++向姣++凌中水++张秀侠
摘 要：本文围绕某桥斜靠式系杆拱桥的施工技术方案，介绍了该桥的工程概况和总体施工方案，并就该桥的施工监控具体方案进行了着重阐述。某桥施工监控主要内容有应力、线形、温度以及吊杆张力监控。本文详细介绍了该拱桥各监控项目的观测点布设、观测手段以及相应的误差范围。研究表明，某钢管混凝土斜靠拱桥通过系统的施工监控组织体系，能够给桥梁的施工安全提供保障，保证桥梁拥有较长的使用寿命，同时也能发挥施工监控应有的作用。
关键词：钢管混凝土斜靠拱桥 施工监控 監测
中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（a）-0070-02
钢管混凝土结构是在钢管中填充混凝土而形成的组合结构，它具有钢材和混凝土两种材料的优良特性，所以在目前的工程中使用较为广泛。钢管混凝土斜靠拱桥具有轴压性能较好、弹塑性好、施工便捷和造价低廉等优点，因此，近年来在我国的发展较为迅速。跨径和施工技术也在不断增加，然而与普通拱桥相比，钢管混凝土斜靠拱桥施工有其特定的特点：比如，大跨径的钢管混凝土斜靠拱桥截面形式呈现复杂化，在桥梁建造中合拢具有一定的困难；还有钢管混凝土斜靠拱桥本身结构体系的原因，在施工中需要分阶段完成，然而每个施工阶段之间会相互影响。基于此，有必要对钢管混凝土斜靠拱桥在施工过程中进行施工监控，本文主要结合某桥特点对该类桥梁的应力、线形、温度以及吊杆张力进行监控方案设计，探讨钢管混凝土斜靠拱桥施工监控的方法，为同类桥梁的建设提供实践依据。
1 工程背景
某桥建设工程跨越淠河总干渠，起于新河东路（K0+000），向北止于新河西路（K0+168.579），全长168.579m。
某桥是一座钢管混凝土斜靠拱桥，主跨95m。桥梁总长102.5m，桥面宽51m。某桥横向结构形式为3.5m人行道+2m拉索区+6m非机动车道+3m拉索区+22m机动车道+3m拉索区+6m非机动车道+2m拉索区+3.5m人行道=51m。上部结构是钢管混凝土斜靠拱组合预应力混凝土结构，下部结构则为直壁式钢筋混凝土桥台，基础采用群桩基础。
斜拱拱轴线采用二次抛物线，斜拱立面投影矢高与主拱肋一致，斜拱肋向内倾斜17.592°。斜拱拱圈截面形式为圆形，钢管外径1.5m。斜拱拱圈的外包钢管材料是Q345qD钢材，外包钢管的厚度为20mm，斜拱内填充C50微膨胀混凝土。
2 施工监控具体方案
2.1 线形监测
（1）拱肋。
某桥斜靠式系杆拱桥拱肋分为9个节段进行预制吊装拼接，线形测点布置在节段的起始端截面处，拱圈1/2截面处也需要布设一个测量点。全桥主拱、斜拱总计44个测量点。拱肋的线形采用全站仪测试，采用智能型全站仪三维极坐标直接检测主拱各节段的轴线及细部结构。
（2）系梁。
系梁线形观测点布设在拱座、各个吊杆下端锚固的位置，全桥一共埋设68个测量点。竖向挠度借助高精度水准仪进行观测，由高程控制网定期复测。一般情况只选择一个工作基点作为监测基准，以保证监测精度不受基准误差影响。
拱肋线形受环境温度影响极大，因此，线形测量应尽量选在温度较均匀的时间段进行，例如早晨或者傍晚，从而降低局部温差的影响、减少测量误差。同时，必须严格按照施工设计和施工方案制定的测点位置来进行实际测点布置，保证测量工作的顺利进行且不影响桥梁施工。
某桥斜靠式系杆拱桥线形测点布置如图1所示，其中zg为主拱，xg为斜拱，zx为主系梁，bx为边系梁的缩写。
2.2 应力监测
在主拱和系梁的重点部位设置应力应变监测断面，应变采用预埋JMZX-16多功能高精度传感元件。在施工监控中，通过测量相邻施工工况同一截面的应变增量，在已知材料弹性模量时，通过计算求出相应工况下截面的应力值。结构内的应变通过预埋传感元件JMZX-16采集，采用JMZX-3006测试仪进行测试。
结构应力监测的要求：
混凝土箱梁的监测结果平均应力误差范围为-20%～20%。主拱、系梁应力测量在主拱施工期间每个节段测试3次。当应力水平达到材料允许强度的80%时将及时反映给业主、施工方、监理和设计单位，共同会商分析原因并采取相应的措施。应力监测结果将在每个梁段完成后提供。
（1）拱肋。
主拱和斜拱的应变测量点焊接在拱肋4分点断面处，且主拱与斜拱控制截面上下缘均要布置2个测点。因此全桥拱肋共有40个应变测点，拟采用表面智能数码弦式应变计测量拱肋的应变。
（2）系梁。
主系梁、边系梁分别于梁部4分点截面处布置应变测点。根据施工方案，系梁应力测量截面均在浇筑混凝土前埋设4个测点。因此全桥系梁共计80个应变测点，拟采用埋入式智能数码应变计进行测量。
某桥应变测量点断面布设见图2。
2.3 吊杆索力监测
吊杆索力是施工过程中最重要的监测数据之一，某桥的索力测试将主要采用频率法，频率法采用弦振动原理，其相关参数在拉索预制时即可进行标定。同时采用千斤顶油压表测定法以及拉索伸长量测定法予以检验与校核。吊杆采用频率法测试时，拉索的临时减震应完全放松，避免其对吊杆基频测试的影响。
吊杆力监测要求：
成桥状态下吊杆索力控制误差为±5%。施工过程中拉索上下游平均误差应小于5%，对于短索可以放宽至±10%。上下游吊杆索力的相对偏差在-5%～5%。
2.4 温度场监测
观测不同的时间段桥梁结构关键的温度场，并找出已施工的桥梁结构在一天时间内吊杆索力、主拱控制截面应力、主拱标高受温度影响而变化的规律。根据这个变化规律，可以给各工况仿真分析温度效应对结构受力及变形的影响打下理论基础。预应力混凝土箱梁内预埋温度传感器即JMZX-16多功能高精度传感元件，采用相应的温度测量设备即JMZX-3006进行量测，构件表面温度直接采用JMZX-3006测试仪进行测试。
3 结论
对于钢管混凝土斜靠拱桥施工的监控来说，对施工过程监控具有重要意义，主要体现在以下几个方面。
（1）施工全过程的复核计算。主要计算目标为施工整个过程的应力、位移，各施工工况下吊杆索力和桥梁结构的稳定性等。
（2）施工监控误差评价分析。由于施工误差的存在，将导致结构的响应偏离理论轨迹，甚至到成桥时偏离成桥设计目标，但这些误差多数情况下不能直接测量或测试出来，只能通过测试结构的响应间接反映施工误差的大小，因此在施工过程中的每一阶段必须根据结构响应与理论预测值的偏差评估各主要施工误差指标的大小、分布形态及对控制精度的影响程度等。
（3）设计参数误差的识别、预测和控制参数的优化调整，以确保其与结构实际响应的一致性，这是施工监控的重点。
（4）进行主要设计参数敏感性分析，从而确定对成桥状态线形和应力起关键作用的设计参数，以便后续施工监控中加强对该设计参数的识别和预测。
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