洛南高速公路上跨焦枝鐵路大橋工程施工監(jiān)控實施細則

1、洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋施工監(jiān)控細則ZZZZZZZ土木工程學院2008年3月23日洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋施工監(jiān)控目錄1、蒲山大橋工程概況022、蒲山大橋總體施工方案及步驟033、蒲山大橋施工監(jiān)控的目的和意義034、蒲山大橋施工監(jiān)控依據055、蒲山大橋施工監(jiān)控原則及施工控制方法066、蒲山大橋施工監(jiān)控的任務077、蒲山大橋主橋施工監(jiān)控的主要內容088、蒲山大橋施工監(jiān)控工作的具體安排和精度要求129、蒲山大橋施工監(jiān)控流程4010、蒲山大橋施工監(jiān)控提交的成果4011、蒲山大橋施工監(jiān)控中各方責任4112、蒲山大橋施工監(jiān)控的組織安排及管理制度4213、主要儀器設備4

2、43洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋施工監(jiān)控近年來，在橋梁工程施工中由于不重視橋梁施工監(jiān)控，出現多起橋梁事故，造成了較大的經濟損失，給工程界帶來了沉痛教訓，目前大跨徑拱橋施工狀態(tài)的監(jiān)控已引起工程界的高度重視。中、下承式的鋼管混凝土拱橋外部看是一個靜定結構，而內部是一個高次超靜定的空間結構體系。盡管在設計時已經考慮了施工中可能出現的情況，但是由于施工中有可能出現的諸多因素，事先難以精確估計，而且在施工過程中由于各種施工誤差，可能造成實際橋梁結構的內力和線型與設計不符，特別需要對橋梁施工各個階段進行全過程監(jiān)控。橋梁施工監(jiān)控已成為橋梁施工過程中嚴格管理、科學決策和保證施工質量和安全的不可缺

3、少的重要環(huán)節(jié)1、蒲山大橋工程概況洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋位于洛陽至南陽高速公路聯絡線與南水北調工程、焦枝鐵路交叉處。在橋位處，南水北調總干渠下穿焦枝鐵路，與高速公路夾角為22.53度，高速公路上跨焦枝鐵路，高速公路與鐵路夾角為71.95度。是太原至澳門高速公路的重要組成部分。洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋全長465.00m,主橋為單跨下承式鋼管混凝土拱橋，跨度為225ml采用雙向六車道高速公路技術標準；設計車輛荷公：公路一I級X1.3;設計車速：120km/h;主橋橫斷面布置：標準橋梁橫斷面寬38.8m,3.0（邊拱肋、系桿）+0.55m（護欄）+12.75m（行

4、車道）+0.55m（護欄）+5.1m（中拱肋、系桿）+0.55m（護欄）+12.75m（行車道）+0.55m（護欄）+3.0m（邊拱肋、系桿）。拱肋采用鋼管混凝土空間桁架式結構，三片拱肋間設置14道風撐，風撐間矩24ml每幅橋7道（二道K形風撐、4道一字形風撐和一道米字形風撐）。拱肋為變高度矩形截面，由拱頂的4.15m變化到拱腳處的6.15m,計算矢跨比為1:5,各肋中心至系桿中心的高度為43.8m,拱軸線采用二次拋物線線型。主弦鋼管內灌注微膨脹或無收縮C55混凝土，上平聯為綴板，下平肋及腹桿為鋼管結構。系桿采用預應力混凝土箱形結構，邊系桿為單箱單室箱形斷面，中系桿為單箱雙室箱形斷面，均為部分

5、預應力混凝土結構?？v系桿在拱腳16.5m范圍內采用鋼筋混凝土實體截面。系桿梁通過吊桿懸吊在鋼管混凝土拱肋上。吊桿采用7121平行鋼絲束吊桿，雙層PE護套，吊桿縱橋向布置間距8ml邊拱肋為單排吊桿，中拱肋為雙排吊桿，吊桿橫橋向布置間距為1.8m。橋面系橫梁采用現場預制拼裝施工，預留濕接頭與剛性系桿固接。端橫梁為預應力鋼筋混凝土箱形截面，兩側設置牛腿，以支承引橋箱形梁和主跨橋空心板面板。中橫梁采用預應力鋼筋混凝土變截面T形梁。橋面板全部采用預制鋼筋混凝土空心板，端部與橫梁二次現澆固接，上鋪80mml鋼筋混凝土現澆層。2、蒲山大橋總體施工方案及步驟2.1 主橋施工方案主橋結構采用“支架法拼裝梁拱”的

6、總體方案進行施工。具上部結構施工是本橋的施工重點所在，同時也是施工的難點。端橫梁及系桿拱腳段采用碗扣支架現澆施工；系桿及中橫梁采用混凝土挖孔樁+鋼管樁支架法安裝施工，即系桿、中橫梁分節(jié)段預制，經運輸平車運至待架位置后由龍門吊機吊裝至支架上；系桿與中橫梁接頭處的濕接縫在支架上現澆施工。主橋拱肋采用工廠初加工，現場預拼再加工，預拼后用運輸平車運至待架位置，用大噸履帶吊吊至系桿頂搭設的拱肋支架上（系桿施工完畢，在其頂面搭設拼拱支架）的方法施工。主橋鋼管拱肋在工廠按便于運輸的節(jié)段加工完畢后，運至施工現場，在拱肋預拼場再加工成吊裝段并預拼合格后，由運輸平車運至待架位置，經由MAX-ER2000型履帶起重

7、機吊至拼拱支架上。拱肋接頭處先用螺栓臨時連接，拱肋合攏后經過調整拱肋標高和中線達到設計要求后再焊接成整體。拱肋拼裝時，兩端分節(jié)段對稱進行逐節(jié)拼裝，直至跨中節(jié)段合攏。拱肋安裝中及時拼裝拱肋間風撐，保持拱肋穩(wěn)2.2 主橋主要項目施工步驟主橋主要項目施工步驟如下：依次施工樁基、承臺、墩身、墩帽（橋臺施工的同時，修建鐵路防護，分節(jié)段預制系桿、中橫梁及橋面板、搭設系桿支架、工廠加工拱肋）一安裝支座一端橫梁、拱腳施工（同時進行系桿、中橫梁吊裝）一濕接縫澆筑，系桿、橫梁張拉一在系桿上進行拱肋支架搭設（同時完成拱肋現場預拼裝）一進行拱肋分節(jié)安裝一拱肋焊接合攏一拆除支座固定鋼架一灌注拱肋混凝土一拆除拱肋支架一系

8、桿預應力第二次張拉一安裝吊桿并調整其索力一系桿預應力第三次張拉一拆除系桿支架一第二次調整吊桿索力一第桿預應力第四次張拉一安裝空心板一橋面系施工一第三次調整吊桿索力一安裝其它附屬設施。洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋施工監(jiān)控3、蒲山大橋施工監(jiān)控的目的和意義3.1 施工監(jiān)測與控制施工監(jiān)控包括施工監(jiān)測和控制，其目的就是在全橋上部結構施工過程中，通過監(jiān)測主拱、系桿和吊桿的應力及變形，來達到及時了解結構實際行為的目的；通過施工過程中對溫度、應力、線形、混凝土材料的彈性模量等的監(jiān)測，對橋梁結構體系計算所采用的參數進行識別、計算和修正，糾正實際線形和內力與設計目標值的偏差，確保結構的安全、穩(wěn)定與結

9、構受力合理，為大橋安全、順利建成提供技術保障。施工控制的目的是為了在全橋施工完成后，主拱結構的線形、系桿及橋面系的線形達到設計理想的線形，并使主拱和系桿的內力分布與設計理想的內力狀態(tài)一致。3.2 施工監(jiān)控的原因洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋為下承式單跨剛性系桿拱結構，上部結構施工順序為：搭設系桿現澆支架一鋼管拱肋在預拼場進行組拼和焊接一進行系桿的分節(jié)吊裝一端橫梁、拱腳段支架和中橫梁支架安裝一現澆端橫梁和拱腳段系桿一龍門吊機吊裝中橫梁，澆注濕接頭并張拉一系桿和中橫梁形成平面框架結構，第一次張拉系桿預應力束一拼裝拱肋安裝支架，吊裝拱肋、風撐，焊接拱肋、橫撐接頭、拱肋合攏一系桿預應力第二

10、次張拉一泵送灌注鋼管內混凝土，形成鋼管混凝土拱肋一系桿預應力束按設計要求進行再次張拉，安裝拱肋吊桿并張拉一拆除系桿支架，調整系桿及吊桿內拉力一橋面板安裝。鋼管拱肋采用拱腳預埋（兩段）和支架分段吊裝拼裝成拱的方法施工，并要求在拱腳預埋段混凝土強度達到設計要求后進行拱肋吊裝作業(yè)。施工順序為：支架施工一拱肋邊段安裝一拱肋中段拼裝一鋼管內澆注混凝土。由于本橋跨徑大，技術含量高，施工難度大。施工過程中溫度、施工荷載變化等因素，使橋梁在施工過程中各節(jié)段的應力、位移變化頻繁，加上結構材料的實際物理力學參數的影響，結構的應力應變不可能與設計計算值保持一致，而拱肋線形一旦形成，很難調整。因此必須在施工過程中建立

11、計算機隨時跟蹤系統，對大橋進行全過程的施工控制，保證其成橋內力和線形，是大橋成功建設的一個關鍵。因此，對橋梁施工過程的位移、應力和溫度進行有效的監(jiān)測并采取行之有效的調控措施是保證其順利和成功修建的必要條件之一。3.3 監(jiān)控目的及意義跟蹤掌握施工進程和發(fā)展情況，收集大橋建成全過程的技術數據，為大橋的安全4洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋施工監(jiān)控投入使用和大橋營運階段的養(yǎng)護工作以及以后同類橋型的設計與施工提供科學、可靠的技術資料，給大橋的安全使用提供可靠保證?？偟膩碚f，施工監(jiān)控的目的為：(1)確保橋梁線形和內力符合設計要求，保證工程內在質量優(yōu)良；(2)預知并及時發(fā)現施工中的失誤，以予糾正

12、，避免發(fā)生重大責任和技術事故，確保橋梁建造安全。(3)提供成橋的力學參數報告，為橋梁今后的養(yǎng)護提供數據資料?；谝陨蠘蛄菏┕けO(jiān)控的目的，結合洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋的結構和施工特點，具體施工監(jiān)控目的如下：(1)判斷施工過程中拱肋的應力和變位是否符合設計要求，或是否處在安全范圍內；(2)為拱肋合攏提供可靠的數據，指導拱肋合攏施工工藝；(3)判斷鋼管灌注混凝土過程中拱肋的應力及拱肋變形、高差是否符合設計要求，或處在安全范圍內；(4)識別結構的實際狀態(tài)和參數，掌握環(huán)境作用對結構的影響規(guī)律，結合理論計算，指導橋面系的吊裝和吊桿的張拉；(5)施工監(jiān)測結果也可以作為橋梁施工質量和技術水平

13、評定的依據。其任務就是要根據橋梁施工全過程中實際發(fā)生的各種影響橋梁內力與變形的參數，結合施工過程中測得的各階段吊桿張力、系桿內力、主拱圈內力與變形數據，隨時分析各施工階段中主梁內力和變形與設計預期值的差異并找出原因，提出修正對策，以確保在全橋建成以后橋梁的內力和外形曲線與設計值相符合。3.4施工監(jiān)控主要工作措施(1)獨立對結構進行分析，了解結構力學特性，合理選定測位和布置測點；(2)選用先進的性能優(yōu)越的儀表，購置質量上成的元件(測力計、應變片等)，保證測得數據無差錯、異常，誤差?。?3)布設有相互校驗的測點網，預防某些元件失效；(4)及時分析對照數據的規(guī)律性，向設計和監(jiān)理人員通報，及時察覺問題

14、，進行修改和糾正。4、蒲山大橋施工監(jiān)控依據(1)公路橋涵設計通用規(guī)范(JTGD60-2004);(2)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTGD62-2004);(3)公路橋涵施工技術規(guī)范(JTJ041-2000);(4)公路斜拉橋設計規(guī)范(試行)(JTJ027-96);(5)公路工程質量檢驗評定標準(TJT071-98);(6)城市橋梁設計準則(CJJ11-93;(7)洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋設計圖紙等設計文件;(8)施工方案及施工組織設計；(9)其它工程資料。5、蒲山大橋施工監(jiān)控原則及施工控制方法5.1 監(jiān)控原則施工監(jiān)控的內容是校核設計和施工過程中的關鍵數據，對成

15、橋目標進行有效的控制。對施工各狀態(tài)控制數據實測值與理論值進行比較分析，進行結構設計參數識別和調整，修正在施工過程中各種影響成橋目標的參數誤差對成橋目標的影響，對成橋狀態(tài)進行預測與反饋控制分析，通過對結構線形及內力(應力)進行監(jiān)測，以分析、預測和防止施工中出現過大位移和應力對橋梁產生安全隱患，確保施工朝預定目標順利進行。5.2 施工控制方法施工控制采用自適應的控制方法，全面考慮影響橋梁結構狀態(tài)的各種因素和設計目標，在施工過程中，用參數識別系統不斷地對結構計算模型中所用的計算參數(如混凝土彈模、容重等)進行識別修正，使結構計算模型和實際結構磨合一段時間后自動適應結構的物理力學規(guī)律，減小理論值與實測

16、值的偏差。洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋主要采用支架法安裝施工，橋面系和拱肋形成后，受后續(xù)工序(如吊桿張力)和材料后續(xù)變形(如混凝土收縮徐變)影響很大，而且鋼管拱肋合攏成形候，橋梁施工控制的可調因素很少，因此我們采用預先控制和反饋控制相結合的方法進行控制，重點在施工前控制。施工前通過試驗室試驗材料性能和結構有限元分析，盡可能較精確的預測結構在各個施工階段的變形和內力，通過提供合理的橋面系和拱肋的立模標高對橋面系和拱肋的線形進行控制。在吊桿的張拉階段，通過施工過程中理論數據和實測數據的偏差，對數據分析和處理(結構分析和參數識別)，調整后續(xù)施工工序、進行反饋控制，最終達到控制橋梁內力和

17、線形的目的。具體為：(1)施工控制結構分析施工模擬計算是施工控制工作的基礎，在施工監(jiān)控工作開始前根據該橋的設計參數和施工方案，按照施工過程進行施工模擬計算，以驗算和校核設計數據。在施工過程中，根據具體的施工階段和相應的材料、荷載和結構參數跟蹤計算。(2)參數識別設計參數是指能以其結構狀態(tài)(變形和內力)變化的要素，對于橋梁結構主要有結構幾何參數、材料參數、溫度參數和荷載參數。這幾種參數都具有離散性和不確定性，特別是混凝土的材料特性離散性和不確定性更大，使施工控制參數與實際參數不同，在施工監(jiān)控中不能假定這些參數，需要根據實際測量和修正的參數值進行計算，才能保證施工控制的精度。施工過程中，通過對應力

18、和位移偏差分析、結構參數的敏感性分析和結構參數識別，進一步分析找出偏差的原因，確定參數的真實值。(3)施工調整在各施工階段，若結構內力和結構變形與設計目標出現較大偏差，應及時調整，避免累計造成不可調偏差；在成橋后，較小的內力偏差可通過吊桿張拉力和張拉順序調整。6、蒲山大橋施工監(jiān)控的任務洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋采用支架(橋面系支架和拱架)施工，支架一旦形成，在施工過程中就基本不容人為改變。故在支架形成前要對支架的預拱度做出預測。拱架形成后，對上部結構的各施工階段連續(xù)監(jiān)測和控制。根據施工步驟、特點及其施工階段結構受力特征，其控制目標與任務隨施工階段的不同而異，其施工監(jiān)控的主要任務

19、如下：(1)橋面系施工時通過預拱度控制縱向線形，使成橋線形符合設計要求；進行拱肋架設調整控制，即通過施工監(jiān)控，確保拱肋線形的架設精度，使拱軸線符合設計要求；(2)施工階段拱肋和系桿內力的監(jiān)測，確保拱肋在各施工階段中安全，不失穩(wěn)；(3)吊桿內力、張拉力監(jiān)控。通過吊桿張拉力調整，使拱肋與系桿受力實際值與設計值的偏差在較小范圍內，使之符合設計要求；(4)同時保證吊桿的受力合理和均勻；(5)最終使成橋內力分布合理，線形美觀達到設計要求。7、蒲山大橋主橋監(jiān)控的主要內容洛南高速公路上跨焦枝鐵路南水北調總干渠大橋主橋為單跨剛性系桿拱結構，系桿梁和橫梁形成平面梁格體系。結構新穎，受力形式復雜，為本次監(jiān)控工作的

20、重點之一，主要監(jiān)控內容如下：(1)主橋的設計復核和施工過程仿真分析；(2)鐵路防護設施的檢算；(3)檢驗橋梁支架設計的合理性，進行支架變形及內力驗算、監(jiān)控；(4)成拱后拱體脫架過程的監(jiān)控；(5)拱肋二期混凝土施工過程的計算機仿真計算與應力監(jiān)測(6)線形測量(由施工單位實施)及監(jiān)控；(7)應力監(jiān)控；(8)吊桿索力和系桿張拉力監(jiān)控；(9)變形、位移監(jiān)控；(10)結構穩(wěn)定監(jiān)控；(11)溫度監(jiān)控；7. 1施工過程仿真分析設計復核和施工過程仿真分析是施工監(jiān)控的基礎，我們已對成橋狀態(tài)和施工各階段的受力情況進行了詳細的分析計算。8. 2應力測試1)主拱肋主拱圈測點布置如圖1所示，取拱腳、1/8、1/4、31

21、/8、拱頂、31/4等處7個截面，各截面應力測點布置示意圖如圖2所示，共布置應力計168個，其中混凝土應變計84個，鋼管應變計84個。其中每片拱的拱底及拱頂截面為后期監(jiān)控截面。2)剛性系桿剛性系桿縱梁采用預應力混凝土系桿，預應力束錨固于拱腳上。邊系桿為單箱單室箱梁，箱梁高3.6m,寬3.0m,壁厚均為30cm厚。中系桿為單箱雙室箱梁，箱梁高3.6m,寬5.1m,壁厚均為30cm厚。剛性系桿測點布置如圖3所示，在支座、跨中共3個截面布置測點，如圖4所示，布置鋼弦式混凝土應變計36個。其中每跨跨中截面為后期監(jiān)控截面，每跨支座截面各取1個為后期監(jiān)控截面。44圖1拱肋控制截面圖2 測點布置圖3剛性系桿

22、梁控制截面圖4剛性系桿梁應力測點布置3）橫梁選擇跨中橫梁和端橫梁各1根作為監(jiān)測對象，取跨中截面作為控制截面，截面的應力測點布置如圖5所示，共布置鋼弦式混凝土應變計8個。圖5橫梁應力測點布置圖4）吊桿吊桿的受力是該橋耐久性和安全性的關鍵，在施工過程中盡可能精確的測量吊桿的內力。對吊索采用張拉油壓表進行測量，同時采用頻率法測量索力。頻率法是利用附著在吊桿上的高靈敏傳感器（索力計）拾取吊桿的振動信號，得到吊桿的自振頻率，根據吊桿自振頻率與索力的關系確定索力。5）測量儀器及方法考慮適合長期觀測并保證足夠的精度，擬采用埋入鋼弦式應力計（鋼筋計及混凝土計）、索力儀、壓力傳感器、拾振器和配套的頻率接收儀作為

23、應力觀測儀器進行應力測試。7. 3位移及變形測試1）拱肋、系桿拱肋和系桿的測點選取如圖6所示，選取拱和系桿的八分點截面以及拱肋合攏前兩個半拱的端部截面布設測點；拱肋的變形監(jiān)測利用全站儀的交匯程序測量這些點的空間坐標，從而監(jiān)測其變形變位；系桿及橋面系的變位利用精密水準儀和鈿鋼尺測量。二二一最備金¥禮；EL工蓬=5/ELe/EL7/SL掛浴工:二c1力（砧-&<-.s-二:尸：）“K-骷:-*St費=嚏鄴工商耳l急置要量看圖6拱肋、剛性系桿變形測試截面圖2）主橋橋墩每個橋臺沉降及位移測點布置2個測點，分別布置在主橋橋墩的蓋梁兩側，測點根據所建立的平面和高程控制網布置，保證網

24、內通視。3）測試儀器及方法利用預先布設好的測點，用精密水準儀、全站儀、棱鏡（或反射片）、鈿鋼尺等進行測量。7. 4溫度測試選取兩拱腳截面，采用熱敏電阻應變片測試拱肋截面的溫度變化規(guī)律，采用接觸溫度計、溫度傳感器和相應的溫度記錄儀。8. 5支架測試支架測試內容為支架頂面的線形（標高）和支架的應力及變形。在支架預壓過程中測量支架的彈性變形和非彈性變形；消除支架的非彈性變形，在橋面系（系桿、縱梁和橫梁）和拱肋的立模標高中計入支架的彈性變形。在澆注拱肋內混凝土過程中，隨時監(jiān)測支架的變形和應力，以保證施工過程中支架的安全和結構（拱肋和系桿）的線形。包括系桿控制點變位測試、主梁線形測量、拱圈線形測量、拱腳

25、轉角測試以及墩頂水平位移測試；測點位置為拱腳（或梁端）、1/8、1/4、31/8、1/2、51/8、31/4、71/8等。7.6鐵路防護設施的檢算本橋與焦枝鐵路夾角為72。，上跨焦枝鐵路，施工時跨既有線的防護設施對保證施工過程中行車及施工人員安全十分重要。因此在安裝前對防護設施進行檢驗計算。8、蒲山大橋施工監(jiān)控工作的具體安排和精度要求9. 1施工圖仿真計算按照設計圖紙和相應的施工組織進行計算，首先進行了設計復核和施工狀態(tài)計算，并對施工過程進行實時分析計算。按照施工和設計所確定的施工工序，以及設計所提供的基本參數，對施工過程進行模擬計算，得到各施工狀態(tài)及成橋狀態(tài)下的結構受力和變形等控制數據。主要

26、有：（1）各施工狀態(tài)下以及成橋狀態(tài)下的狀態(tài)變量的理論數據：拱肋、系桿標高、吊索索力、系桿以及拱肋各控制截面應力應變。（2）施工控制數據理論值：拱肋和橋面系的立模標高、吊索的張拉力和調控數據。8.1.1設計復核為了分析洛南高速公路蒲山大橋在施工階段及成橋狀態(tài)下的力學性能，采用大型有限元軟件Midas/civi1進行建模。系桿梁、橫梁、拱肋和橫撐等構件均采用空間梁單元進行模擬；吊桿采用只承受拉力的空間桁架單元模擬；橋面板用板殼單元模擬，在系桿梁底部設置了只受壓的桿單元來模擬支架，按照剛度等效的原則模擬實際系桿梁底部支承，當支承與系桿梁之間的距離A=0時，支承參與結才受力，當A>0時，支承不參

27、與結構的受力，這樣建立的計算模型與實際結構受力有很好的相似性，計算結果也和橋梁實際受力情況相符，橋梁空間有限元計算模型如圖7所示。在進行施工階段分析時，根據施工階段的不同，橋梁的節(jié)點、單元、邊界條件也隨之發(fā)生變化。對蒲山特大橋進行設計復核分析，主要考慮以下3種荷載工況：工況1:恒載（按照承載能力極限狀態(tài)驗算）工況2:恒載+車道荷載（半橋）工況3:恒載+車道荷載（全橋）圖7靜力分析有限元計算模型橋梁的恒載根據輸入的橋梁材料特性值和截面特性值，由程序自動加載。橋梁所承受的車道荷載根據公路橋涵設計通用規(guī)范（JTGD60-2004）中公路一I級車道荷載確定，加載方式如圖8所示,qk=10.5kN/m,

28、Pk=360kN;橫向折減系數取0.55。主梁上的預應力輸入，由Midas/Civil程序實施完成，并自動計算其損失?；炷恋男熳?、收縮通過設定控制參數，由程序自動計算。吊桿初拉力的施加，通過Midas/Civil程序自帶的桁架單元初拉力功能實現。JWTTJLJJJUUJJLUxLU-LULLLJJ_ULI圖8車道荷載根據以上3種計算工況，計算了橋梁的靜態(tài)力學性能，給出拱肋及系桿梁的跨中、1/4跨、1/8跨、靠近支座位置處的截面內力、位移以及吊桿的內力，工況1作用下的內力和位移圖如圖9圖21。分析3種工況計算結果，可以得出以下結論：1 .工況1結論：（1）系梁受力分析：系梁受力關于該橋兩個對稱

29、軸（橫橋向、順橋向，下同）近似對稱。雖然系梁承擔著拱肋傳來的巨大拉力，但在施加了預應力后，系梁全部受壓，邊系梁邊緣最大壓應力計算值為-10.8MPa（負號表示受壓，下同）,最小壓應力為-1.0MPa,中系梁邊緣最大壓應力值為-10.0MPa,最小壓應力為-4.5MPa,均比設計值大一些（圖9、圖10）,且小于C55混凝土的抗壓強度，滿足規(guī)范要求；由于系梁預應力的損失，系梁軸壓力從橋兩端向跨中逐漸減小。系梁剪力分布大致均勻，兩端大跨中小，在吊桿作用處，系梁剪力有突變。系梁兩端由于端橫梁的約束作用，系梁兩端為負彎矩，跨中為正彎矩，彎矩圖與兩端固定支承梁相似。(2)拱肋受力分析：拱肋受力近似關于該橋

30、的兩個對稱軸對稱(圖11、圖14),拱肋以受壓為主，壓力較均勻，邊拱肋的邊緣最大壓應力達到-99.2MPa,最小壓應力達到-66.0MPa,中拱肋的邊緣最大壓應力達到-112.0MPa,最小壓應力達到-71.5MPa,僅在支座處中拱肋下弦鋼管混凝土的下緣壓應力稍大于設計值外，其余均小于設計值，符合規(guī)范要求。在邊拱肋處上弦鋼管混凝土的上部邊緣壓應力除在3/8、5/8跨處小于下弦鋼管混凝土的上部邊緣壓應力外，其余均大于下弦鋼管混凝土的邊緣壓應力，這與吊桿的錨固位置在上部有關，中拱肋由于在橋跨橫向同一排處有兩根吊桿，結構受力較復雜，但應力變化比較均勻，符合設計要求。(3)吊桿受力分析：邊吊桿和中吊桿

31、張力關于兩個對稱軸近似對稱，各吊桿所受的張力大致分布均勻，從總體上講，跨中吊桿張力小，兩側吊桿張力大；邊吊桿的安全系數在4.486.04之間，中吊桿的安全系數在3.225.90之間，滿足規(guī)范一般大于2.5的要求。(4)整體變形分析：全橋以豎向位移為主(圖21),拱頂在橋梁自重作用下也有橫向和縱向位移。邊系梁的位移整體向下，中系梁由于有兩根吊桿，受力較大，在1/43/4橋跨處，有向上的位移；邊系梁的豎向向下位移在8分點處達到最大，最大值為-20.5mm,中系梁在跨中處的豎向向上位移達到最大，最大值為37.4mm,拱肋由于吊桿力的作用，均向下位移，且最大值為-44.4mm,均小于設計值的豎直向下位

32、移(圖15至圖21),滿足設計要求。由于該橋的結構對稱，橫向位移很小，最大值為5.3mm,由于在橋的一側設置為滑動支座，所以會有縱向的水平位移，大致從滑動支座處至固定支座處依次減小。2 .工況2結論：(1)系梁受力分析：系梁軸力和彎矩關于跨中大致對稱，剪力關于跨中大致反對稱。由于該計算工況活載為半橋偏載，中系梁兩側的構件受力相似但加載側內力數值相對大些，說明橋面系剛度較大，橋梁的整體受力性能較好。在加載側系梁壓應力減小，邊系梁邊緣處的最小壓應力在支座處為-0.4MPa,最大壓應力在1/8跨處為-10.8MPa,中系梁邊緣處的最小壓應力在支座處為-0.6MPa,最大壓應力在7/8跨處為-9.9M

33、Pa,系梁均受壓，滿足要求；系梁軸力從兩端向中間減小，加載側和不加載側軸力相差很小，邊系梁剪力在加載側比不加載側稍大，中系梁剪力和彎矩均比邊系梁大，在吊桿作用處，剪力發(fā)生突變，與工況1類似。(2)拱肋受力分析：拱肋彎矩、軸力、剪力關于跨中近似對稱，加載側受力稍大，中拱肋比邊拱肋受力大。邊拱肋和中拱肋均以受壓為主，邊拱肋邊緣的最大壓應力為-99.2MPa,最小壓應力為-66.0MPa,中拱肋邊緣的最大壓應力為-112.0MPa,最小壓應力為-71.5MPa,中拱肋的壓應力比邊拱肋的壓應力大。在吊桿處拱肋彎矩和剪力都有突變，整座橋的拱肋均受壓，符合設計的要求。(3)吊桿受力分析：吊桿受力關于跨中近

34、似對稱，中吊桿張力大，邊吊桿張力??；在偏載作用下，加載側的吊桿張力比非加載側大，中吊桿張力差別較小，邊吊桿張力差別稍大。加載側的邊吊桿安全系數在4.496.05之間，中吊桿安全系數在3.225.90之間，滿足規(guī)范一般大于2.5的要求。(4)整體變形分析：全橋以豎向變形為主，加載側豎向變形大，非加載側豎向變形小，邊拱肋的最大向下豎向位移達到-65.6mm,中拱肋的最大豎向位移為-68mm,邊系梁最大向下豎向位移為-49.8mm,中系梁的最大向下豎向位移為-21.2mm。由于在橋梁一側設置有滑動支座，導致拱肋和系梁都有少量的縱向變形，在滑動支座處拱肋的最大縱向位移為42.1mm(正號表示沿X軸正向

35、，下同)，系梁的最大縱向位移為36.7mm。3 .工況3結論：(1)系梁受力分析：系梁軸力和彎矩關于跨中大致對稱，剪力關于跨中大致反對稱。系梁以受壓為主，邊系梁邊緣的最大壓應力為-10.8MPa,最小壓應力為-0.4MPa,中系梁邊緣的最大壓應力為-9.9MPa,最小壓應力為-0.5MPa；系梁軸力從兩端向跨中逐漸減小。由于中系梁受力較大，中系梁的彎矩和剪力比邊系梁大，且在吊桿作用處有突變。在滿跨汽車荷載作用下，整個系梁都處于受壓狀態(tài)，體現良好的受力性能。(2)拱肋受力分析：拱肋彎矩、軸力、剪力關于跨中近似對稱，邊拱肋和中拱肋主要以受壓為主，邊拱肋邊緣的最大壓應力-99.2MPa,最小壓應力為

36、-66.0MPa,中拱肋邊緣的最大壓應力為-112MPa,最小壓應力為-74.1MPa,中拱肋的壓應力比邊拱肋的壓應力大。在吊桿處拱肋彎矩和剪力都有突變，整座橋的拱肋均受壓，符合拱肋受力的設計要求。(3)吊桿受力分析：吊桿受力關于跨中近似對稱，中吊桿張力大，邊吊桿張力小；在移動荷載作用下，邊吊桿安全系數在4.496.09之間，中吊桿安全系數在3.225.90之間，滿足規(guī)范一般大于2.5的要求。(4)整體變形分析：全橋仍以豎向變形為主，邊拱肋的最大向下豎向位移達到-69.8mm,中拱肋的最大豎向位移為-77.7mm,邊系梁最大向下豎向位移為-52.3mm,中系梁的最大向下豎向位移為-28.2mm

37、,由于在橋梁一側設置有滑動支座，導致拱肋和系梁都有少量的縱向變形，在滑動支座處拱肋的縱向位移最大為39.9mm(正號表示沿X軸正向，下同)，系梁的最大縱向位移為36.5mm。1 9-7邊意觸帆處珊圖T-設計應力-上設計應力-下計算應力-上 T計算應力-下錮12-8中嚓則獺州8圖T-設計應力-上 設計應力一下 f-計算應力-上 T計算應力-下4 .設計結果驗算復核結論：從以上3種工況的計算結果可以看出知，全橋各主要構件總體處于受壓狀態(tài)，橋梁設計以最大壓應力小于材料容許應力為控制目標，系桿梁最大壓應力值為-10.8Mpa,拱肋最大壓應力值為-112.0MPa,均小于其各材料的設計抗壓強度；中吊桿最

38、大索力為3375kN,其安全系數為3.22,邊吊桿最大索力為2423KN,其安全系數為4.48,滿足規(guī)范關于最小安全系數不得小于2.5的規(guī)定，具有較大安全儲備；系桿梁線形控制較好，最大豎向位移-52.3mm,拱肋最大豎向位移為-77.7mm,最大橫向位移為-5.5mm,根據公路橋涵設計規(guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土橋梁在荷載作用下上部結構最大豎向撓度允許值：拱不超過1/800的跨度，即274mm,梁不超過1/600的跨度，即365mm,該橋梁在汽車荷載作用下位移滿足設計規(guī)范正常使用極限狀態(tài)下的變形要求。東支座 1/81/43/8 跨中 5/83/47/8 西支座應力(MPa)* 設計應力-上 設計應力-

39、下計算應力-上T-計算應力-下位置0-20-40 -140應力（MPa）物219遍瓢臚陷舞|梅油外糧圖東支座1/81/43/8跨中5/83/47/8西支座T-設計應力-上設計應力-下計算應力-上T計算應力-下東支座1/81/43/8跨中5/83/47/8西支座01-20-40,-60-80-100-120-140-160.設計應力-上-設計應力-下T一計算應力-上計算應力-下應力（MPa）警廛白借情圖T設計應力-上設計應力-下T一計算應力-上1計算應力-下圖2412中拱撇腦弦輻錮唐函幽M圖計算值-一設計值一計算值設計值第16.1型她貶蟀圖儲崢圖圖172-i5拱陽璃物I病臀同移圖T-計算值-一設

40、計值M2-1阱拱腆朋幫舞»物版圖東支座1/81/43/8跨中5/83/47/8西支座-120位移（mm）圖19圖坡僦彳磁引梁位移圖T-計算值設計值位置東支座1/81/43/8跨中6015/83/47/8西支座位移（mm）附留2-1即那索蜥留圖一計算值設計值圖21工況1恒載作用下拱橋變形圖8. 1.2施工過程仿真分析大跨徑鋼管混凝土拱橋的施工都是分階段逐步完成的，結構的最終成型必然會經歷一個長期、復雜的施工過程以及結構體系的轉換過程，這一過程也是結構形式及受力狀態(tài)不斷變化的過程。對橋梁施工中每個階段進行變形計算和受力分析，是橋梁結構施工監(jiān)控中最基本的內容；同時，橋梁結構的最不利狀態(tài)并不

41、一定發(fā)生在成橋運營階段，往往出現在施工階段的過程中。結構的某些荷載如重力、施工荷載、預應力及吊桿索力等都是在橋梁施工過程中逐級施加和不斷變化的，每一施工階段都可能伴隨著混凝土收縮和徐變的發(fā)生、邊界約束條件的改變、預應力的張拉、吊桿索力的張拉和調整。另外，后期結構的力學性能也與前期結構的施工情況密切相關，施工方案的調整和改變，將直接影響結構成橋的受力狀態(tài)和結構線形。因此必須在既定的施工方案下，分析各施工階段及成橋結構的受力及變形特征，為施工提供中間目標狀態(tài)。為此，對蒲山大橋施工的每一階段進行了跟蹤模擬計算。根據蒲山大橋的施工工藝流程，初步制定了蒲山特大橋主要施工控制模擬計算的施工階段，見表1。采

42、用大型有限元軟件Midas/civil進行蒲山大橋施工過程的仿真分析，蒲山大橋有限元模型如圖22所示，在施工階段的仿真計算中，各階段新安裝的構件和荷載可以用Midas/civil軟件里的激活單元和荷載功能，拆除的構件以及需要去除的荷載可以采用Midas/civil軟件里的鈍化單元和荷載功能。計算結果可以反映出蒲山大橋在各施工階段的受力和變形情況，將對指導蒲山大橋的安全施工提供依據。表1有限元計算中主要施工階段劃分階段號施工狀態(tài)搭設系梁和橫梁支架，架設系梁、橫梁，現澆系梁、橫梁以及拱腳現澆段,11 張拉第1批鋼束，搭設拱肋支架，吊裝各段拱肋和風撐2 灌注邊拱肋上弦鋼管混凝土3 灌注中拱肋上弦鋼管

43、混凝土4 灌注邊拱肋下弦鋼管混凝土5 灌注中拱肋下弦鋼管混凝土6 張拉第2批鋼束，拆除拱肋支架7 安裝吊桿，按照設計圖紙吊桿張拉順序第1次調整吊桿索力8 張拉系梁第3批鋼束9 拆除系梁和橫梁支架，安裝橋面板10 第2次張拉吊桿，調整吊桿索力11 張拉系梁第4批鋼束12 橋面系施工13 第3次張拉吊桿，調整吊桿索力14 安裝其它附屬設施圖22蒲山大橋有支架有限元計算模型1)各施工階段應力分析控制各施工階段截面的應力是橋梁施工控制的主要內容之一，在橋面系及拱肋的施工過程中，結構各截面應力必須控制在規(guī)范允許范圍內。應力計算結果如圖23至圖28所示。翻2324施施及除役透舞梁1/2髓2M咖應力(MPa

44、)圉225崛響轆吊梁梁1/紳建挪陋加懶-26勉娜劭/41觥闔澗盤榔懶®版則力圖123456789101112130 .-7-10 .施工階段娥27邊拱助/43圈刷好蟒般居±«力圖解28中搠f確融亞幽轆詡i斯地翊s圖12345678910111213應力（MPa）施工階段一鋼管上緣-鋼管下緣混凝土上緣混凝土下緣他2229刑惻1144破翻由嫌桶掘1也因雷圖從圖23至圖28中可以看出，在橋梁各施工階段，邊系梁和中系梁均以受壓為主,最大壓應力均在規(guī)范規(guī)定的范圍內，滿足規(guī)范要求，系梁的壓應力在第3次張拉吊桿以調整吊桿索力時達到最大，最大值為-10.2MPa。邊拱肋和中拱肋在

45、整個施工階段以受壓為主，符合規(guī)范的要求，隨著施工階段的進行，邊拱肋和中拱肋的壓應力不斷增加，在第3次張拉吊桿以調整吊桿索力時達到最大，鋼管邊緣最大壓應力值為-87.6MPa,鋼管中混凝土的最大壓應力值為-10.2MPa,鋼管和混凝土邊緣所受到的壓應力均滿足規(guī)范規(guī)定的要求，同時拱肋上下緣的應力差別很小，拱肋受力狀態(tài)合理。2）各施工階段位移分析在施工過程中，結構自重、吊桿索力、預應力、溫度、混凝土收縮、徐變等因素引起的橋梁位移是隨施工歷程而變化的，且多種影響因素的結果又耦合在一起，可能出現橋梁線形與設計線形不一致的情況，對各個階段施工進行結構變形計算是非常必要的。由于系桿梁施工前期有下部支架支撐，

46、豎向位移量很小，當系桿梁下部支架拆除后，豎向位移迅速增加，當第3次張拉吊桿調整吊桿索力時，由于吊桿索力和系梁（邊系梁和中系梁）的預應力都引起系梁產生不同程度的反拱，在1/4截面，邊系梁最大位移是3.65mm（豎向位移中“+”號表示向上位移，“-”號表示向下位移），中系梁最大位移是28.84mm；在1/2截面，邊系梁最大位移是16.38mm,中系梁最大位移是45.69mm,由于中系梁有雙吊桿的作用，其反拱度比邊系梁有所增加，如圖29、圖30所示。在橋梁施工過程中，由于吊桿及系桿梁預應力筋的作用，使得拱肋的位移變化復雜。從圖29至圖34可以看出，隨著施工的進程，結構變位趨勢大體相同，系桿梁預應力的

47、存在可以有效地抑制拱肋的豎向和橫向變形，拱肋下部支架拆除后，隨著吊桿索力和系梁預應力的張拉，拱肋的位移也相對有所增減，到第3次張拉吊桿調整吊桿索力時，在1/4截面，邊拱肋上弦鋼管位移為-27.85mm,下弦鋼管位移為-28.28mm,中拱肋上弦鋼管位移為-35.38mm,下弦鋼管位移為-35.86mm,上下弦拱肋鋼管變形相差不到1mm,上下弦鋼管依然保持平行；在1/2截面，邊拱肋、中拱肋的上下弦鋼管相對變形相差不到1mm,上下弦鋼管相對保持平行，符合設計要求。在施工階段8,由于張拉系梁的第3批預應力束，使系梁出現一定的反拱度，具有向上的位移，如圖30所示，同時張拉的系梁預應力抵消了拱肋拱腳處產

48、生的向外水平推力，并使拱肋拱腳有向內縮的趨勢，使拱肋的向下位移變小，產生了向上的位移，如圖31至圖34所示。所以，在階段8出現了向上的位移，線條不連續(xù)，有一個突然向上的變化。在施工階段9,由于拆除了系梁、橫梁支撐以及安裝了橋面板，增加了橋梁自重，減少了支撐，使系梁和拱肋的向下位移變大，如圖29至圖34所示睜2290嬤5豳賴鰥劇St倏榜圖位移(mm)2392兩眼嫩謝蜘熏胸錮麓l!闕蒯薪幽睜2343嫄咻融跚的啊哪!譬怫響1灘F施工階段T 1/4截面1/2截面圜2334aOTfOWm硼僵0窗偷夠穆圖8.1.3蒲山大橋結構穩(wěn)定分析1）成橋結構穩(wěn)定分析根據蒲山大橋的結構特點，考慮最大荷載工況：恒載+車道

49、荷載（全橋）進行橋梁在成橋狀態(tài)下的整體穩(wěn)定性分析。利用第前面所建立的蒲山大橋空間有限元計算模型，采用大型有限元程序Midas/Civil中的線性屈曲分析功能計算蒲山大橋的穩(wěn)定性,蒲山大橋前6階穩(wěn)定安全系數和失穩(wěn)模態(tài)圖計算結果分別如表2表2蒲山大橋成橋穩(wěn)定安全系數特征值（穩(wěn)定失穩(wěn)特征階數安全系數）112.37拱肋以第1階橫向彎曲側傾屈曲為主，伴隨橋面稍微扭轉，面外單波拱肋以第2階橫向彎扭屈曲為主，伴隨橋面反對稱扭轉，面外反對稱雙波217.10318.64拱肋以第3階橫向彎扭屈曲為主，伴隨橋面反對稱扭轉，面外反對稱4波420.10拱肋以第4階橫向彎扭屈曲為主，橋面無扭轉，面外對稱雙波522.13拱

50、肋以第5階橫向彎曲側傾屈曲為主，伴隨橋面稍微反對稱扭轉623.92拱肋以第6階局部屈曲為主，橋面不動分析蒲山大橋在成橋狀態(tài)下的前6階穩(wěn)定安全系數和屈曲模態(tài)圖，可以得出以下結論：該橋第1階穩(wěn)定安全系數為12.37,大于橋梁設計規(guī)范對拱橋穩(wěn)定性要求（第一類穩(wěn)定系數大于4）,符合橋梁設計規(guī)范要求。說明拱肋之間的一字橫撐和K撐把各根拱肋相互連接成整體，使拱肋具有較大的剛度；同時由于橫梁、系梁以及橋面板共同構成一個整體橋面系，提供了橋面較大的橫向剛度。兩種措施使該橋具有很好的空間穩(wěn)定性。施工階段穩(wěn)定性分析2）施工階段穩(wěn)定性分析在蒲山大橋施工順序基礎上，對蒲山大橋的主要施工順序進行合理劃分，蒲山大橋主要施

51、工階段的劃分如表3所示。根據劃分的橋梁主要施工順序，對蒲山大橋進行施工階段穩(wěn)定性計算與分析，以確保橋梁施工期間的安全性，蒲山大橋各施工階段第1階失穩(wěn)模態(tài)的穩(wěn)定安全系數如表4所示，各施工階段穩(wěn)定安全系數如圖35所示，從計算結果可以看出，蒲山大橋各施工階段的第1階失穩(wěn)模態(tài)基本相同。由于橋梁設計規(guī)范沒有對拱橋施工期間的穩(wěn)定安全系數的數值進行明確規(guī)定，根據相關文獻對拱橋穩(wěn)定安全系數的研究成果，橋梁穩(wěn)定安全系數的取值不宜小于4,從蒲山大橋各個施工階段的穩(wěn)定性計算結果可知，在蒲山大橋各個施工階段，與橋梁第1階失穩(wěn)模態(tài)對應的穩(wěn)定安全系數均滿足要求，橋梁施工穩(wěn)定性處于安全狀態(tài)。表3蒲山大橋主要施工階段劃分階段

52、號施工狀態(tài)1 搭設系梁和橫梁支架，架設系梁、橫梁，現澆系梁、橫梁以及拱腳現澆段混凝土，張拉第1批鋼束，搭設拱肋支架，吊裝各段拱肋和風撐2 灌注邊拱肋上弦鋼管混凝土3 灌注中拱肋上弦鋼管混凝土4 灌注邊拱肋下弦鋼管混凝土5 灌注中拱肋下弦鋼管混凝土6 張拉第2批鋼束，拆除拱肋支架7 安裝吊桿，按照設計圖紙吊桿張拉順序進行第1次張拉吊桿，調整吊桿索力8 張拉系梁第3批鋼束9 拆除系梁和橫梁支架，安裝橋面板10 第2次張拉吊桿，調整吊桿索力11 張拉系梁第4批鋼束12 橋面系施工13 第3次張拉吊桿，調整吊桿索力14 安裝其它附屬設施8.2蒲山大橋施工監(jiān)控的理論計算8.2.1 橋梁線形控制1）橋面系

53、標高線形控制通過蒲山大橋施工過程有限元模擬計算可知，吊桿張拉力的調整對橋面系線形影響顯著，在吊桿張拉過程中橋面系的標高仍有一定余地的調整量以保證成橋后線形與設計線形吻合。根據計算結果以及類似橋型的工程經驗，同時還要結合下部支架的預壓觀測記錄，考慮支架及地基的彈性和非彈性變形、后續(xù)施工對橋面標高的影響，系桿梁安裝標高的計算公式為：系桿梁安裝標高=設計標高+設計預拱度+支架變形（1）設計預拱度應考慮系桿梁混凝土收縮徐變、張拉吊桿引起的系桿梁向上的位移、系桿梁預應力束的張拉等因素的影響，支架的變形通過預壓來觀測其變形的大小。表4蒲山大橋各主要施工階段穩(wěn)定安全系數施工階段穩(wěn)定安全系數失穩(wěn)特征12345

54、678935.65拱肋以第 拱肋以第 拱肋以第 拱肋以第 拱肋以第 拱肋以第 拱肋以第 拱肋以第 拱肋以第1階橫向彎曲側傾屈曲為主，面外屈曲 面外屈曲 面外屈曲 面外屈曲 面外屈曲 面外屈曲 面外屈曲 面外屈曲 面外屈曲31.031階橫1可彎曲側傾屈曲為主，27.931階橫1可彎曲側傾屈曲為主，23.601階橫1可彎曲側傾屈曲為主，20.761階橫1可彎曲側傾屈曲為主，24.761階橫1可彎曲側傾屈曲為主，18.891階橫1可彎曲側傾屈曲為主，16.961階橫1可彎曲側傾屈曲為主，13.161階橫1可彎曲側傾屈曲為主，1013.15拱肋以第1階橫向彎曲側傾屈曲為主，面外屈曲1113.16拱肋以第1階橫向彎曲側傾屈曲為主，面外屈曲1213.06拱肋以第1階橫向彎曲側傾屈曲為主，面外屈曲1313.05拱肋以