连续钢桁拱桥施工控制研究

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1、连续钢桁拱桥施工控制研究　　摘要：某高速公路大桥为大跨度连续钢桁拱桥，该桥边跨和中跨钢梁均采用临时支墩搭设膺架半悬臂拼装，其中中跨采用刚性临时杆件支撑拱桁，具有架设悬臂长、桥面宽、荷载重、施工临时结构多、体系受力复杂等特点。施工中对钢桁拱各节间拼装线形进行预测和控制，指导钢梁拼装，有效保证了各施工阶段钢梁拼装精度，使钢桁拱顺利精确合龙。该桥监控监测结果表明，各施工节段钢梁线形、杆件应力和吊索索力与理论值相差较小，偏差均在既定目标范围内。关键词：钢桁拱；悬臂拼装；有限元法；施工控制中图分类号：TU7

2、4文献标识码：A文章编号：１引言9某高速公路大桥为主跨２８８ｍ的连续钢桁拱桥，结合实际施工条件，该桥钢梁采用临时支墩搭设膺架半悬臂拼装法架设，并在中跨设置临时杆件代替柔性吊索对拱桁进行临时支承，该施工方法避免了吊索塔架悬臂拼装法的技术难点。但搭设膺架半悬臂拼装的施工方法具有辅助施工的临时结构规模庞大、受力复杂的特点，为了解大桥施工过程中的结构内力及线形的变化规律，确保结构受力安全和施工精度，使成桥状态的线形和内力满足设计和规范要求，有必要对该桥进行全过程的施工控制。本文主要介绍该桥施工控制，控制内

3、容主要包括线形、应力、索力和抗倾覆稳定性等。２工程概况某高速公路大桥主桥是一座连续钢桁拱桥，跨径为（１０８＋２８８＋１０８）ｍ。钢桁拱２片主桁桁间距为３７ｍ，主跨下拱圈矢高５５ｍ。２片主桁架拱之间设有纵、横向联结系，桥面板采用与下弦（或系杆）焊接的正交异性整体桥面板。主拱肋通过柔性吊杆与刚性系杆连接，传递桥面恒载和活载。主桁和桥面系钢材选用Ｑ３７０ｑＤ，联结系钢材采用Ｑ３４５ｑＤ。吊杆为ＯＶＭＧＪ１５－２７钢绞线整体挤压拉索，拉索抗拉强度标准值为１８６０ＭＰａ。桥面总宽４３.５ｍ，设计荷载为公路－

4、Ⅰ级，远期双向８车道。大桥立面布置见图１。图１大桥立面布置该大桥两边跨及中跨钢梁均采用临时支墩搭设膺架半悬臂拼装法从两侧边跨往中跨双向架设。其主要施工过程如下：利用塔吊和架梁吊机在支架上架设边跨钢梁；利用中跨临时墩、临时立柱和架梁吊机架设中跨系杆、桥面和钢桁拱肋，吊杆按照无应力长度安装；拱肋合龙后，拆除临时墩和临时立柱，张拉吊杆，铺装二期恒载，二次张拉吊杆，最后进行钢梁整体涂装。9为满足施工需要，对称于该桥中跨跨中设置６个临时支墩，大桥施工临时结构的总体布置见图２。中跨的临时支墩为Ｑ２３５钢桁架式

5、结构，立柱为１.５ｍ钢管，基础采用１.５ｍ的钢筋混凝土桩，混凝土强度等级Ｃ３０。图2大桥施工临时结构的总体布置３施工控制计算模型采用桥梁结构分析软件ＭＩＤＡＳＣｉｖｉｌ建立大桥连续钢桁拱空间杆系有限元模型。钢桁拱和临时结构的钢结构杆件采用梁单元模拟，吊索采用桁架单元模拟。钢桁拱的Ｐ０和Ｐ３号边墩为纵向可动支座，Ｐ１号墩为纵向固定支座，Ｐ２号主墩为纵向可动支座；在钢桁拱施工过程中，临时支墩墩顶设置竖向只受压支座。基于以上模拟，全桥离散为６００７个梁单元，５８个桁架单元，３２７９个节点，该大桥钢桁拱计

6、算模型见图３。根据该桥施工方案，大桥施工过程划分为４５个阶段进行模拟计算，该大桥钢梁架设主要施工阶段见表１。计算荷载主要包括结构自重、爬坡吊机重量、临时施工荷载、吊索张力和环境温度等。图３大桥钢桁拱计算模型表１大桥钢梁架设主要施工阶段施工价段施工内容１搭设边跨和中跨临时墩２安装Ｅ０～Ｅ３节间，拼装爬坡架梁吊机9３安装Ｅ３～Ｅ５节间４Ｌ４号临时支墩抄垫，Ｌ１～Ｌ３号临时支墩落架，拆除首节间临时杆件５在Ｅ０～Ｅ３节间施加压重，悬臂拼装Ｅ５～Ｅ１０节间的杆件６拆除边跨临时墩，主墩纵向临时约束７拼装Ｅ１０

7、～Ｅ１３节间，Ｌ５号临时支墩抄垫，安装支撑拱桁的临时杆件８拼装Ｅ１３～Ｅ１７节间，Ｌ６号临时支墩抄垫，安装支撑拱桁的临时杆件９南岸拼装至Ｅ１７～Ｅ２１节间，北岸拼装至Ｅ１７～Ｅ２０节间１０合龙前位移调整１１依次合龙下弦、斜杆和上弦，以及桥面系杆件１２中跨合龙后拆除临时结构，完成体系转换，安装正式支座１３吊索的一期恒载索力调整１４桥面铺装，吊索的成桥恒载索力调整１５成桥由于该大桥所有钢梁杆件和柔性吊索均按预先计算确定的无应力长度进行工厂预制，因此在钢梁架设过程中，采用无应力状态法进行施工过程的分析和

8、控制。４施工控制成果分析9４.１线形合理的制造预拱度是保证大跨度连续钢桁桥的成桥线形满足设计要求的重要前提条件，该大桥的竖向预拱度由恒载挠度＋１／２活载挠度组成，其预拱度的设计值与监控计算值见图４。由图４可知，预拱度值的监控计算结果和设计值的差值为＋３～－８ｍｍ，相差较小。图４竖向预拱度的设计值与监控计算值在钢梁每个节间拼装前、后，对钢梁的节点标高和纵、横向偏位进行监测，该大桥关键施工阶段桥面线形的实测值与理论值对比结果见图５。图5大桥关键施工阶段桥面线形由图５可知，南、北两岸钢梁