何志超 王 虎

(南京铁路枢纽工程建设指挥部，南京 210042)

系杆拱桥具有建筑高度小、结构刚度大、跨越能力强、外形优美等优点，近年来得到了广泛的应用。随着城市交通网络的迅速发展，不同线路之间的交叉跨越难以避免[1-2]，桥梁工程跨越高速公路的情况也越来越多[3-4]。系杆拱桥属于外部静定、内部超静定的结构[5]，施工过程中，多种因素都会导致桥梁线形、内力出现偏差[6-7]。因此，在施工过程中对桥梁整体受力与线形进行监测和控制，具有非常重要的意义。

已有许多学者开展相关研究，薛礼建[8]以广州地铁六号线上的白沙河大桥为工程背景，研究系杆拱桥施工控制的内容与基本原理，认为桥梁的应力监测和线形监测在桥梁建设和管理方面起着重要作用；鄢余文[9]基于大芦线二期浦星公路下承式系杆拱桥，对其主要构件的受力和主桥整体稳定进行分析；王法武[10]通过对上海北横通道工程的研究，认为上跨铁路刚系杆拱桥采用步履式顶推施工对铁路安全影响较小；席红星[11]采用有限元法对广大铁路关凤大道大桥进行仿真分析，并通过控制立模高程对现场各工况下的挠度进行监测和调整。此外，倪传志等也进行了桥梁施工监测、线形及索力控制等方面的探索[12-16]。

在施工过程中，系杆拱桥桥梁会经历多次结构体系转换，监控方案需结合具体工程实际制定。在现有研究的基础上，借鉴相关经验，制定某城际铁路1-96m系杆拱桥的施工监控方案，采用Midas有限元软件对桥梁施工进行了施工仿真分析，将仿真计算所得的系梁应力和变形、拱应力、吊杆应力和变形等理论数据与实测值进行对比，验证施工方案的可行性，并提出改进建议，为同类工程提供有益参考。

1 工程概况及施工方案

某城际铁路于DK273+507.15处跨越高速公路，高速公路现状为四车道，宽28 m；规划拓宽为双向八车道，每边增加7 m，总宽度为42 m。设计采用1-96 m系杆拱桥跨越，净空5.5 m，采用先梁后拱法施工，主桥立面布置见图1。系梁采用单箱三室预应力混凝土结构，桥面箱宽17.1 m，梁高2.5 m。底板厚30 cm，顶板厚30 cm，边腹板厚35 cm，中腹板厚30 cm。系梁结构采用支架法现浇，其中，支架使用螺旋钢管及贝雷梁形式组合搭设，为了消除非弹性变形，在底模安装到位后，对模板及其支架系统进行预压，预压荷载不小于梁体自重及施工临时荷载的1.1倍，待支架的非弹性变形消除后方可卸载。

图1 桥梁立面(单位：cm)

拱肋采用悬链线线形，矢跨比1/5，矢高19.2 m，横断面采用哑铃形钢管混凝土截面，截面高3.0 m，沿程等高布置，钢管直径为1 000 mm，由16 mm钢板卷制而成，拱肋之间采用厚16 mm的腹板连接，两拱肋之间共设5处横撑，拱顶处设“米字撑+2个一字撑”，拱顶至两拱脚间设2处K形横撑，横撑由截面积为500 mm、400 mm和360 mm的圆形钢管组成。钢管拱肋由厂内分段预制，现场搭设临时支架分节吊装就位，主拱管拱脚安装应在系梁混凝土浇筑前完成，再与系梁同时进行混凝土浇筑。

钢管拱肋内混凝土强度达到设计强度后，开始安装吊杆并张拉。采用纵向双吊杆体系，共设18对吊杆，吊杆中心纵向间距为8 m，双吊杆中心距为0.8 m。

2 有限元计算模型

使用有限元软件Midas进行全桥建模，根据工程实际和相关标准要求，系梁、拱脚采用梁单元，拱肋采用施工联合截面，吊杆采用桁架单元。共建立401个节点，454个单元。拱肋截面的联合程序与实际施工程序一致，首先吊装拼接钢管，然后泵送下弦杆管内混凝土，最后泵送上弦杆管内混凝土。模型中施加的静力荷载包括：自重、二期恒载、预应力荷载以及温度荷载。为方便数据分析和处理，每组2根吊杆取其应力的平均值。有限元计算模型见图2、图3。

图2 拱肋施工模拟

图3 整桥模型

3 系杆拱桥施工监测技术

为保证所有监测工作的统一，提高监测数据的精度，结合桥梁设计和施工方案，监测工作采用整体布设，分级布网的原则，首先布设统一的监测控制网，再在此基础上布设监测点。本工程变形监测的精度等级采用三等。

施工监测的内容包括系梁高程、系梁的轴线偏位、系梁应力、支架位移、拱应力、吊杆应力等6个部分，测点布置见图4。监测设备及监测内容见表1。

表1 监测设备及监测内容

图4 测点布置

4 系杆拱桥结构监测与控制

4.1 线形监测分析

监测点布置情况见图4，系梁轴线偏位情况见图5，通过实测，轴线偏位均小于1.5 mm。

图5 系梁中心线偏位

图6为成桥系梁累计沉降曲线，由图6可知，左、中、右三轴线的线形实测值和理论计算值吻合较好，系梁在中轴线跨中位置产生最大沉降(5 mm)，表明全桥线形最终控制良好。

图6 系梁累计沉降

表2为临时支架的累积变形情况，由表2可知，支架变形实测值与理论值十分接近，变化趋势基本一致，最大横向变形为5 mm。两侧支架累积变形大于中间支架。

表2 临时支架累积变形理论与实际对比 mm

4.2 应力监测分析

系梁应力监测时间为3月24日至6月25日(共93 d)，拱肋应力监测时间为5月19日至6月18日(共29 d)，拱肋于5月18日完成拼装合龙，6月19日开始吊杆第一次张拉。

图7为施工期间系梁和拱肋的应力监测结果，从图7中可以看出，系梁应力在拱肋结构拼装完成后产生突变，5月31日拱肋混凝土压注完成后，多点支撑结构解除，拱肋应力达到最大值，系梁应力达到拱肋拼装完成以来的最小值，随后系梁、拱肋协调变形，内力重新分布。

图7 系梁及拱肋应力监测结果

图8为拱肋混凝土压注完成后系梁与拱肋的应力分布。系梁最大应力为4.6 MPa，位于支点处；拱肋最大应力为4.2 MPa，位于右拱跨中及左拱拱脚处。拱脚处应力理论值与监测值相差较大，主要是由于拱脚处受力复杂，其他位置与实测值非常接近。

图8 系梁及拱肋应力分布

4.3 吊杆内力监测与控制

表3为一次张拉和一次张拉后吊杆内力与目标值的对比，由于具有对称性，取1/2跨桥作为研究对象。第一次张拉后，所有吊杆均正常受力工作，两端吊杆力较大。根据第一次张拉吊杆内力监测结果，首先对中间位置的吊杆进行补张拉，再将施工方案调整为系梁支架拆除后再进行二次张拉，拆除时左右两侧对称拆除。第二次张拉结束后，吊杆内力与设计值接近，误差不超过5%，全桥索力分布较均匀。

表3 最终吊杆力实测值与设计值对比

5 结论

对某城际铁路1-96 m系杆拱桥施工方案进行仿真分析，以及进行施工过程中的线形控制、吊杆力控制和应力监测，并对比计算理论值和监测值，确保成桥状态满足设计要求，主要结论如下。

(1)成桥状态下系梁中心轴线跨中位置累积沉降最大，为5 mm，轴线偏位最大为1.5 mm，临时支架最大横向位移为5 mm，全桥线形控制良好，施工方案合理可行。

(2)拱肋结构拼装完成时，系梁应力产生突变，拱肋混凝土压注完成后，拱肋应力达到最大值，系梁应力则达到拱肋拼装完成以来的最小值。

(3)吊杆第一次张拉后，两端吊杆力较大，中间则偏小，应根据监测结果对后续施工方案进行调整，第二次张拉后，全桥索力均匀分布，与设计值偏差小于5%，满足设计要求。