陈 贺 功

(上海同纳建设工程质量检测有限公司，上海 200331)



钢管混凝土拱桥整体吊装施工监控分析

陈 贺 功

(上海同纳建设工程质量检测有限公司，上海 200331)

以上海市徐汇区老沪闵路钢管混凝土拱桥为例，从结构参数、施工过程、施工监控内容三方面，介绍了其工程概况，并从理论、实测结果两方面，对施工监控结果进行了分析，以供同类工程借鉴参考。

钢管混凝土拱桥，横断面，桥面板，吊杆

0 引言

钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tubular,CFST)是指在钢管内灌注混凝土，从而使得钢管和混凝土形成组合截面受力。由于钢管和混凝土的组合，能够有效的发挥钢管的套箍作用[2]，从而能够提高混凝土的抗压承载力，而钢管内灌注混凝土后，混凝土可以有效的抵抗钢管的整体和局部的稳定性[3]。而且钢管混凝土拱桥具有跨径适应能力大，承载能力高，地质适应能力强(可以无推力)，造型美观等优点，使其在桥梁建设领域具备有宽广的前景。

钢管混凝土拱桥的施工方法主要有[4]：满堂支架法、缆索吊装法、转体施工法、悬臂施工法。施工监控的主要方法有[5]：

1)开环控制，对于桥型较简单的桥梁，一般按照设计估计的预拱度施工，属于单向控制方法；

2)反馈控制，又叫闭环控制，对施工过程中出现的误差及时进行纠正，而纠正的措施和控制量的大小，形成一种反馈控制过程；

3)自适应控制，为控制误差产生的原因，需要对误差进行估计，经过几个施工阶段后，计算模型就能够适应实际结构的施工过程，该方法是在反馈控制的基础上增加了一个施工系统的参数辨析过程。

结合上海市徐汇区淀浦河上一座钢管混凝土桥的施工过程，

进行了仿真分析，并进行了自适应控制施工监控。

1 工程概况

1.1 结构参数

徐汇区淀浦河桥跨径组合为4×20.0 m(引桥)+69.0 m(主桥)+4×20.0 m(引桥)，全长229.0 m，其中主桥为简支钢管混凝土拱桥。主桥立面图集横断面图如图1,图2所示。

主桥横断面布置：0.3 m(栏杆)+3.5 m(人行道)+2.0 m(拱肋区)+11.5 m(车行道)+11.5 m(车行道)+2.0 m(拱肋区)+3.5 m(人行道)+0.3 m(栏杆)=34.6 m。

拱肋：主桥有两片拱肋，为等高度圆端形钢管混凝土结构，单片拱肋宽度1.2 m，截面高2.0 m，拱肋横桥向间距为25 m。拱轴线计算跨径66.4 m，矢跨比f/L=1/5,拱肋矢高为f=13.28 m，拱轴线为二次抛物线。

横梁：横梁采用预应力混凝土结构，其中中横梁采用T型截面，端横梁采用预应力空心箱形结构，并且横梁梁顶设置2%横坡，底面水平。

纵梁：与拱肋对应，主桥设置2道纵梁。纵梁为预应力混凝土结构，跨中处为箱型截面，纵梁与吊杆连接处，设1 000 mm厚的实体段。

吊杆：均为平行吊杆，间距5 m，全桥共设11对(共22根)，所有吊杆均位于拱肋平面内。吊杆采用低松弛镀锌钢丝成品索PES(FD)7-109(钢丝强度Rby=1 670 MPa)，设计安全系数K≥3.0，索体下端为固定端，上端为张拉端，配套锚具为LZM7-109冷铸镦头锚。

荷载等级：考虑跨淀浦河桥重型车辆所占比例较大，本桥设计荷载采用城—A级，人群荷载按CJJ 11—2011城市桥梁设计规范规定取用。

1.2 施工过程

徐汇区淀浦河桥主要构件采用预制拼装整体吊装的施工方法。主要的施工过程如下：

1)主桥桥墩处搭设支架，现浇拱脚、端横梁和第一片中横梁；

2)设置水平抗推装置，整体吊装钢管拱肋，安装风撑后泵送拱肋混凝土；

3)张拉水平抗推装置后，安装吊杆，并整体吊装中横梁；

4)调整中横梁标高后，现浇边纵梁，纵梁混凝土强度达到设计强度后，张拉纵梁的预应力钢筋，然后拆除临时抗推装置；

5)施工桥面铺装、防撞护栏、栏杆等。复测桥面高程，判定是否调整吊杆索力。

1.3 施工监控内容

1.3.1 线形控制

1)拱肋横向偏位；2)拱轴线线形；3)桥面线形。

1.3.2 拱脚变位

拱肋吊装、拱肋混凝土灌注、横梁吊装、纵梁浇筑和纵梁预应力张拉等阶段拱脚水平位移控制。

1.3.3 吊杆力调整

根据设计要求，桥面板施工完成后，以桥面线形作为控制目标，根据桥面线形的实测值，对吊杆张拉力进行调整，保证最终成桥的线形满足设计的要求。

1.3.4 应力监控

拱肋在拱脚、L/4、拱顶和3L/4截面布置表贴式振弦式应力传感器，并挑选部分中横梁和纵梁拱顶对应位置处布置埋入式。由于拱脚钢管在进行拱肋混凝土压浆过程中易造成拱脚钢管破裂[6]，因此拱脚处应力测点在拱肋上下缘和左右两侧均布置，并且在压浆过程中实时监测，及时报警，停止注浆。

拱肋横向偏位和拱轴线形的测试采用在拱肋下缘布置小棱镜或反射片的方式布置测点，桥面线形采用中横梁在吊杆对应位置处布置测点。测点布置如图3,图4所示。

2 施工监控结果分析

该桥采用有限软件进行模拟计算分析，根据设计图纸及施工方案，该模型离散为581个单元，395个节点，施工计算阶段14个，包括成桥后的收缩徐变10年。其中拱肋、纵梁和横梁采用梁单元，桥面板采用板单元。由于该桥跨度比较小，吊杆的几何非线性不明显，因此吊杆采用桁架单元。同时根据实测参数值对模型进行调整和修正，结构计算模型见图5。

2.1 理论分析

根据理论计算结果可知：

1)拱轴线线形：拱肋设计预抛高54.0 mm，纵梁设计预抛高100.0 mm(其中包括拱肋的设计抛高值)；拱肋施工预抛高33.0 mm，系梁施工预抛高为20.8 mm。其中拱轴横向偏位在计算模型中无法得到理论值，仅能通过拱肋整体吊装过程进行实时监控和调整，保证拱肋的垂直度。根据设计或施工预抛高值，按照二次抛物线计算其他相关点的抛高值，在吊装中横梁时实时控制相关控制点，保证最终成桥的线形达到设计要求。

2)拱脚变位：拱脚变位在整个施工过程中由于临时约束的影响，拱脚相对水平变形较小，仅为1.0 mm。在临时水平抗推装置拆除后，拱脚水平变位理论值达到10.0 mm(方向为向两岸方向)。

3)吊杆力：根据设计要求，该桥的主控参数为桥面线形，吊杆力在满足桥面线形的情况下，不进行二次调整，即吊杆索力在施工结束后能够达到理论计算的理论值。

4)敏感性分析[7]：施工过程中，理论计算的参数和实际的参数不符合情况较常见，而结构计算参数的差异会对实际的监控过程造成结构的成桥偏差，因此对于部分参数进行敏感性分析计算是有必要的。对于桥梁自重、纵梁孔道摩阻系数等相关系数进行了敏感性分析，经过分析自重的因素对于拱顶和纵梁跨中的抛高值敏感性更明显，因此现场施工过程中，要在混凝土浇筑过程中，及时取混凝土样品进行承重测量，根据测试结果及时调整模型,见表1～表3。

表1 自重因素对控制点施工抛高值的敏感性计算结果 mm

表2 纵梁预应力K系数对控制点施工抛高值的敏感性计算结果 mm

表3 纵梁预应力μ系数对控制点施工抛高值的敏感性计算结果 mm

2.2 实测结果分析

1)拱轴线形。在施工过程中，拱顶测点在施工过程中实测变形趋势和理论计算的趋势相同，右侧拱肋拱顶在二次铺装后的变形值相对偏大6 mm，小于设计的要求，如图6所示，拱顶高程满足成桥后的正常使用。成桥后拱肋的矢跨比为1/4.98，拱肋设计矢跨比为1/5，表明拱轴线形满足要求。

2)桥面线形。根据纵梁控制点高程实测结果(如图7所示)，纵梁跨中控制测点在施工过程中标高：中横梁吊装标高后比设计值高4.75 cm，最终成桥后标高比设计值高6.88 cm，因此该桥预抛高在后期使用中有较大的富余量，能够满足桥梁后期的使用。

3)拱脚变位。实测拱脚变位在临时索放张后，拱脚向河两岸变位为13 mm，拱脚的变位趋势实测值和理论值相同，说明临时索的张拉和拆除顺序与实际相符。

4)应力监控。拱肋实测应力和理论应力总体变化趋势基本

一致，在整个施工过程中几乎是全截面受压，随着施工过程总体呈现波动增加的趋势，符合施工规律。其中拱脚的应力测点实测结果与理论值对比如图8所示。

3 结语

通过对徐汇区淀浦河桥施工监控过程，桥梁在施工过程中理论值和实测值基本相符，而且满足设计及规范的要求。结构的实际受力状态位于系杆拱桥的容许范围之内，基本处于受压状态，结构受力良好。基于该桥的预制拼装，拱肋整体吊装，得出以下结论：

1)考虑混凝土的收缩徐变和施工周期的影响，以及考虑桥梁自重、二期恒载等，拱肋和纵梁设置的施工抛高值满足施工的要求，能够保证最终成桥的线形满足设计要求。

2)该桥自重的影响因素，对于施工预抛高值的影响较大，自重每变化1%，拱肋及纵梁最大控制点的变化为10%，因此对于结构施工过程中的自重，需要重点关注，根据实测值，实时调整计算模型。

3)拱脚变位实测值和理论值变化趋势相同，说明理论计算的临时约束的设置和拆除过程与实际的过程相符。

4)关键位置的应力测试过程表明实测值和理论值比较相符，实测值与理论值相对浮动，说明实际的施工过程中施工堆载的估计存在偏差，需要在模型中不断对施工堆载及时调整。

[1] 陈宝春.钢管混凝土拱桥[M].第2版.北京：人民交通出版社股份有限公司,2007：49-51.

[2] 蒋丰军.钢管混凝土拱桥施工过程控制计算分析研究[D].武汉：武汉理工大学硕士论文,2013：1.

[3] 刘长松.钢管混凝土拱桥施工监控与控制技术研究[D].成都：西南交通大学硕士学位论文,2007：2-3.

[4] 刘 锋.钢管混凝土拱桥施工技术的有限元仿真分析[D].武汉：湖北工业大学硕士学位论文,2007：4-5.

[5] 陈少峰.钢管混凝土拱桥施工监控方法研究及工程应用[D].北京：北京工业大学博士学位论文,2007：3.

[6] 陈贺功.钢管混凝土拱桥拱座混凝土破裂原因分析[J].山西建筑,2016，42(29)：172-173.

[7] 周彦文.城际高速铁路连续梁桥施工监控中的敏感性分析[J].四川理工学院学报(自然科学版),2010(5)：497-499.

On analysis of overall hoisting construction monitoring of steel-pipe concrete arch bridge

Chen Hegong

(ShanghaiTongnaConstructionEngineeringQualityTestCo.,Ltd,Shanghai200331,China)

Taking the steel pipe concrete arch bridge on Laohumin Road in Xuhui District of Shanghai as the example, the paper introduces its engineering survey from the structural parameter, construction process, and construction monitoring content, and undertakes the analysis of the monitoring results from the theories and training results, so as to provide some reference for the similar projects.

steel pipe concrete arch bridge, cross section, bridge deck slab, suspender

1009-6825(2017)15-0167-03

2017-03-10

陈贺功(1981- )，男，工程师

U448.3

A