王洪濤

(遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015)

1 工程概況

赤峰市銀河大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)，橋梁全長295.02m，跨徑布置為(2×40)m+(37+17+37)m+(3×40)m，中墩墩位線均與橋梁中心線正交，邊墩墩位線與橋梁中心線成80°斜交。橋梁分左、右兩幅設(shè)置，單幅橋?qū)?1.5m，兩幅橋之間中央分隔帶寬3m，橋梁橫斷面全寬46m。在主橋第2聯(lián)中央分隔帶范圍內(nèi)設(shè)置橋塔及斜拉索，橋塔呈月亮造型，橋面以上塔高60m。橋梁總體布置如圖1。

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，梁高2.3m，單幅橋橫斷面采用單箱多室形式，頂板寬21.5m，底板寬16.87m。

主橋中墩采用曲線形柱式墩，單幅橋橫橋向共設(shè)置兩個墩柱，柱頂設(shè)置橫系梁。墩柱下設(shè)置啞鈴形承臺，承臺高2.5m，承臺下設(shè)置直徑1.8m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，每個墩位下共設(shè)置4根。

主塔塔高60m，立面輪廓由兩個圓曲線組成，內(nèi)弧半徑26.67m，外弧半徑30m。主塔為帶凸面的矩形截面，凸面向外。橫橋向塔腳寬2.8m，塔頂寬2m，中間范圍橫橋向?qū)挸示€性過渡。主塔橋面以上采用鋼結(jié)構(gòu)，斷面為單箱多室結(jié)構(gòu)，塔腳采用混凝土結(jié)構(gòu)，在橋面以上約20m長度范圍內(nèi)設(shè)置鋼混過渡段。主塔塔腳為混凝土薄壁空心結(jié)構(gòu)。

該橋斜拉索分為主塔內(nèi)側(cè)拉索和外側(cè)拉索，外側(cè)拉索布置在橋塔外側(cè)，其上端錨固于主塔吊耳上，下端錨固于主梁下吊點(diǎn)上；內(nèi)側(cè)拉索布置于橋塔曲線內(nèi)弧，上、下均錨固于主塔上，通過錨固位置及角度的變化，將拉索編織成有序的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，來平衡外拉索傳來的拉力。

主塔鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠加工制作共分十七分段，各分段構(gòu)件施工順序參數(shù)見表1。

表1 現(xiàn)場吊裝順序及相關(guān)參數(shù)表

2 施工監(jiān)控內(nèi)容

施工控制的目的就是根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場獲取的參數(shù)和數(shù)據(jù)，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時誤差分析和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算；對每一施工階段，根據(jù)分析驗(yàn)算結(jié)果給出結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形等施工控制參數(shù)，分析并調(diào)整施工誤差狀態(tài)，建立預(yù)警體系對施工狀態(tài)進(jìn)行安全評價和控制，保證橋梁結(jié)構(gòu)的受力和變形始終處在安全合理的范圍內(nèi)，成橋后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形符合設(shè)計(jì)要求。

2.1 施工監(jiān)控工作內(nèi)容

(1)在主塔制作時提供無應(yīng)力制造線形及節(jié)段尺寸。

(2)各施工階段下主梁及主塔軸線偏位及變形情況。

(3)提供無應(yīng)力狀態(tài)下的內(nèi)、外斜拉索的長度。

(4)提供索力初始張拉值及各施工階段的調(diào)整索力值及索力變化值。

(5)各施工階段下主梁及主塔各控制截面的應(yīng)力或應(yīng)變。

(6)各施工階段下主墩沉降值。

(7)成橋狀態(tài)各控制截面的應(yīng)力、索力、主梁及塔柱的變位。

(8)施工過程中各階段的監(jiān)控仿真計(jì)算。

2.2 施工監(jiān)控內(nèi)容

具體施工監(jiān)控內(nèi)容主要包括：溫度及風(fēng)力監(jiān)測、線形監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、墩臺沉降觀測、混凝土裂縫觀測、索力監(jiān)測。

(1)溫度監(jiān)測

溫度監(jiān)測：溫度變化，特別是日照溫差的變化，對于斜拉橋這種超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響是復(fù)雜的。在施工階段，日照溫差對主塔變形和主梁撓度的影響尤其顯著。為了解氣溫和橋梁各部位溫度對各項(xiàng)測量的影響，各項(xiàng)測量進(jìn)行時均進(jìn)行氣溫和橋梁各部位溫度的測量。

(2)風(fēng)力監(jiān)測

利用手持式風(fēng)速計(jì)對現(xiàn)場風(fēng)力情況進(jìn)行全程監(jiān)測，測點(diǎn)位置為第3、4孔跨中橋面位置，共2個測點(diǎn)，掌握風(fēng)力變化對橋塔應(yīng)力及變形的影響。

(3)線形監(jiān)測

線形監(jiān)測主要包括主塔、主梁線形監(jiān)測等內(nèi)容。

①主塔線形監(jiān)測

監(jiān)測點(diǎn)布置：在主塔鋼結(jié)構(gòu)每個預(yù)制節(jié)段上、下游側(cè)面的焊縫位置附近以及塔頂位置，各設(shè)置2個線形監(jiān)測點(diǎn)，用以監(jiān)測主塔在各施工階段各方向變位，具體布置形式見圖2。

②主梁軸線偏位、標(biāo)高監(jiān)測

監(jiān)測點(diǎn)布置：主梁線形監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)記宜采用Φ20mm鋼筋，埋置在預(yù)定測點(diǎn)上，鋼筋露出外面部分需要磨圓處理，標(biāo)記樣式見圖3。

(4)應(yīng)力監(jiān)測

應(yīng)力測試截面一般選擇結(jié)構(gòu)模型計(jì)算的控制截面確定，原則上包括以下幾個方面：主梁成橋狀態(tài)下的最大正、負(fù)彎矩截面，主塔及其塔腳的應(yīng)力控制截面以及從設(shè)計(jì)角度考慮的其他控制截面。

①主塔應(yīng)力監(jiān)測

主塔應(yīng)力監(jiān)測，主要監(jiān)測以下部位：主塔鋼結(jié)構(gòu)各焊縫位置、主塔最大彎拉應(yīng)力截面(該截面通過有限元軟件計(jì)算得到)、主塔鋼混過渡段、主塔拉索索力較大區(qū)。

②主梁應(yīng)力監(jiān)測

主梁應(yīng)力監(jiān)測主要包括：跨中正彎矩應(yīng)力處、主梁負(fù)彎矩應(yīng)力處、外拉索下定位點(diǎn)處應(yīng)力。

(5)索力監(jiān)測

斜拉索索力的大小直接影響結(jié)構(gòu)線形及結(jié)構(gòu)內(nèi)力，本次監(jiān)控采用間接法—頻率法進(jìn)行索力測試。

3 施工監(jiān)控方法

為了對施工監(jiān)控過程結(jié)構(gòu)線形、內(nèi)力及應(yīng)力的分析和控制，采用有限元軟件Midas/Civil建模分析并對施工過程進(jìn)行模擬。赤峰市銀河大橋施工過程模擬分析主要采用正裝計(jì)算法，根據(jù)實(shí)際的施工順序進(jìn)行有限元模擬分析，這種方法可以將整個橋梁的施工按時間順序進(jìn)行真實(shí)的模擬，從而得到較為準(zhǔn)確的各階段施工內(nèi)力和線形數(shù)據(jù)，進(jìn)而指導(dǎo)每一步施工。模型中主塔鋼結(jié)構(gòu)、鋼混過渡段、主梁等采用梁單元模擬，斜拉索采用桁架單元，共劃分810個單元，節(jié)點(diǎn)962個，有限元模型如圖4所示。

該橋采用自適應(yīng)與反饋結(jié)合的控制方法，當(dāng)現(xiàn)場監(jiān)控得到的受力狀態(tài)與理論計(jì)算模型不符時，此時分析原因并調(diào)整計(jì)算模型參數(shù)，使理論計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果一致，得到修正后的計(jì)算模型，重新計(jì)算各施工階段的理論狀態(tài)，經(jīng)過幾個工況的反復(fù)辨識后，就得到與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符的計(jì)算模型，從而更好地對施工過程進(jìn)行監(jiān)控。

4 施工監(jiān)控結(jié)果

4.1 線形監(jiān)控結(jié)果

(1)主塔線形監(jiān)測結(jié)果

在施工監(jiān)控過程中，主塔線形均控制在相應(yīng)監(jiān)控指令要求的范圍內(nèi)，實(shí)測值與設(shè)計(jì)值吻合較好，在成橋階段，主塔偏位值控制在5.5～26.8mm，小于控制目標(biāo)30mm的要求，成橋階段線形監(jiān)測結(jié)果見表2(限于篇幅限制，只給出部分結(jié)果)。

表2 成橋階段線形監(jiān)測結(jié)果

(2)主梁線形監(jiān)測結(jié)果

主梁高程測量時采用水準(zhǔn)儀，主梁軸線偏位測量時采用全站儀及棱鏡。根據(jù)實(shí)測結(jié)果，該橋成橋后橋面實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程的最大偏差為12mm，小于15mm的要求。主梁軸線偏位最大為7mm。

4.2 應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

(1)主塔應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

在橋梁施工監(jiān)控過程中，各制作段間焊縫應(yīng)力均小于相應(yīng)的計(jì)算值，成橋階段各焊縫處應(yīng)力見圖5、圖6，鋼混結(jié)合段處應(yīng)力見表3。從圖5、圖6及表3可以看出，主塔鋼結(jié)構(gòu)各焊縫處應(yīng)力及鋼混結(jié)合段處應(yīng)力均小于理論計(jì)算值。

(2)主梁應(yīng)力結(jié)果

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁(以左幅為例)成橋狀態(tài)應(yīng)力見圖7，拉索下吊點(diǎn)應(yīng)力見圖8。從圖7、圖8可以看出，成橋狀態(tài)箱梁梁底應(yīng)力小于設(shè)計(jì)值，拉索下吊點(diǎn)應(yīng)力小于設(shè)計(jì)值。

(3)斜拉索索力測試結(jié)果

在滿足設(shè)計(jì)文件要求的前提下，考慮斜拉索的垂度及索彈性伸長量等因素計(jì)算得到拉索的無應(yīng)力索長，在拉索安裝完成后，對拉索初張拉及成橋索力進(jìn)行監(jiān)控，成橋狀態(tài)下索力結(jié)果見圖9、圖10。

從圖9、圖10看到，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測索力，成橋索力的實(shí)測值與設(shè)計(jì)值符合良好，索力的誤差控制在5%以內(nèi)。

5 結(jié)語

銀河大橋在各個施工階段中結(jié)構(gòu)的變形和受力始終處于安全合理的范圍內(nèi)。成橋后，橋面實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程的最大偏差為12mm，小于15mm的要求，主梁軸線偏位最大為7mm。索塔結(jié)構(gòu)的累計(jì)變形為26.8mm，滿足小于30mm的要求，成橋索力的實(shí)測值與理論值的誤差控制在10%的容許范圍之內(nèi)。該橋監(jiān)控結(jié)果良好。