悬链线拱肋施工测量计算及施工控制技术
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摘要：漯河市太行山路澧河大桥位于漯河市区西南部，起点位于太行山路澧河北岸河堤，终点位于澧河南岸河堤，与澧河河道基本正交。大桥横跨漯河市沙澧公园的澧河景区，建成后，将对繁荣漯河市经济，加速城市发展起到重要推动作用，同时，也为沙澧公园澧河景区又添一道亮丽的风景线。本文着重论述采用计算机软件及编程计算器与全站仪配合使用对大桥的主体结构悬链线拱肋施工进行测量计算及施工控制。
关 键 词：悬链线拱肋测量计算 施工控制
漯河市太行山路澧河大桥全长297.02m（20m空心板+3×64m上承式箱型肋式拱桥+4×20m空心板），桥面全宽30m。澧河大桥采用单孔净跨60m的箱型钢筋混凝土上承式拱，共3跨，净矢跨比为1/6，主拱轴线为无铰悬链线，拱轴系数m＝1.926。拱肋为等截面钢筋混凝土箱形结构，横桥向共4道箱肋（每幅桥2道）。箱肋1.4m等高度，顶底板总宽3.5m。拱肋拱顶预拱度为=L/800=7.5cm，其余各点预拱度按照二次抛物线进行分配。大桥形象图如下:
该拱桥跨径、矢高都较大，因是跨河施工，现场控制难度也较大，浇筑方案变更为现浇后，需在现场测量控制的要点、难点、精度等都大大增加，可以说该桥的拱肋测量控制为大桥测量中重点。为了确保工期和工程质量，在减少投入新仪器设备的前提下提高测量效率和精度，我部提出并制定了悬链线拱肋测量计算及施工控制技术方案。
方案选择及要点
拱肋施工前期进行调研，了解分析其他同行同类工程施工的技术方案，经过在现场勘察和模拟测量后，我部确定采用传统的布设控制点，利用现有全站仪和编程计算器进行外业的测量计算和控制。在拱肋的模板加工及脚手架支撑计算上利用计算机的acad及excel软件。要点如下：
用excel软件编制程序表格计算拱肋数据，再在现场测放1：1地胎大样，比照大样对拱肋上的各种模板进行加工制作；
在卡西欧4850计算器上编制拱肋施工测量程序，用以配合拓普康102N全站仪进行现场测量控制；
用autocad软件绘制1：1比例拱肋图，来复核验算编好的excel表格程序及在卡西欧4850上编好的测量程序。同时还可以辅助计算拱肋上不宜计算的数据。
方案的内业计算及外业施工
（一）内业计算
拱肋计算主要数学模型：
拱轴悬链线计算公式：Y=f/(m-1)*(ch(k*ξ)-1)
拱轴预拱度计算公式：F=-f (1-4X2/L2）
拱轴任一点水平倾角：φ=argtg(2fKshKξ/L/(m-1))
其中：拱轴系数m=1.926计算矢高f=10.141 预拱度f=0.075计算跨径L=60.843 系数k=ln（m+）系数ξ=X/(L/2)
编制Excel辅助计算程序表格（表格见后附表1）
表格中的相对坐标系是以没设预拱度的拱轴跨中为原点，水平指向拱脚的方向设为X正方向,竖直指向地面的方向设为Y的正方向。在进行地胎放大样和计算脚手架架高尺寸时表格中的数据可以根据实际需要而方便的进行数据加减调整。Excel辅助计算程序表（部分）附下：
横坐标 X=L*N/24 0.0000 2.5351 5.0703
ξ系数 ξ=X/(L/2) 0.0000 0.0833 0.1667
拱轴上任点水平倾角 φ=argtg(2fKshKξ/L/(m-1)) 0.0000 2.7890 5.5961
未设预拱度拱轴纵坐标 y=f/(m-1)*(ch(k*ξ)-1) 0.0000 0.0617 0.2475
未设预拱度拱腹纵坐标 yf=y+D/2/cosφ 0.7000 0.7625 0.9508
未设预拱度拱顶纵坐标 yd=y-D/2/cosφ -0.7000 -0.6391 -0.4559
预拱度 F=-f (1-4X2/L2） -0.0750 -0.0630 -0.0521
设预拱度拱轴纵坐标 Yz=Y+F -0.0750 -0.0013 0.1954
设预拱度拱顶纵坐标 Yd=yd+F -0.7750 -0.7021 -0.5079
设预拱度拱腹纵坐标 Yf=yf+F 0.6250 0.6995 0.8988
卡西欧4850计算器测量程序
程序：LHGLCL
“F=”:F=10.141：“M=”:M=1.926：“L=”:L=60.843：“D=0 OR 1”:{D}:A=F÷（M-1)：S=L÷2Lbl 0: {X}:X Goto 2: ≠> Goto 3ΔLbl 3:
Abs（X-271）=X= Abs（X-271）：Goto 1Δ
. . . . . .中间省略. . . . . .
“64.75-YD”:J=64.75-G“64.75-YF”:N=64.75-HGoto 0
注:
m――拱轴系数 f――计算矢高B――预拱度L――计算跨径X、Y――建立的相对坐标系上的数值 该程序在现场测量时输入任意相对坐标系及施工坐标系中的横坐标值，都能相应的求得拱轴、拱顶和拱底的相对坐标系和施工坐标系中的纵坐标值，可大大提高了工地现场测量计算的精确度和效率。
Autocad绘制拱肋图，
为了快速精确的绘制出拱肋的acad图像，我们在这里引用一个lisp函数程序: Cfor.lsp---公式曲线,输入公式即可在acad中自动绘制出该公式的几何曲线。根据需要从前面的数学模型中可以得出以下在cfor程序中需要的公式组：
Y(t)=10.141/0.926*(EXP(0.04185*t)/2+1/EXP(0.04185*t)/2-1)-0.075*(1-4*t^2/60.843^2)；X(t)=t。输入以上公式参数补充后可绘出拱肋图。
拱肋图主要曲线模型已在autocad中绘制出来，在上图中增加相关线条后就可复核上述excel表格程序及卡西欧4850测量程序，当遇到计算拱肋上其他复杂的数据时还可以用上图辅助计算。
（二）外业施工
地胎放1：1大样
我们采用加密网格法放样，用全站仪测相对坐标辅助校核的方法来进行地胎放大样。先用Excel计算需放样的加密数据表格，再在现场做好的混凝土地胎上用全站仪测设相对坐标系的主要数据点，进行误差分析改正后用钢尺量出拱肋上的特征点，最后再用全站仪校核特征点的偏差，若偏差值较大则重新进行放样，直到偏差在要求范围内为止。
脚手架布设
拱肋施工改用现浇法后，满堂脚手架的布设可以说是施工工序的一大项，必须准确，高效的计算出脚手架布设位置和所需数量才能使该工序合理地，有秩序地进行。
首先还是借用Excel辅助计算表格，把脚手架顺桥向布置的尺寸赋予表格中的横坐标，再在计算出的拱底纵坐标的基础上进行调整可得到所需架高值。
模板加工及安装
需加工的模板主要有纵方木、底模、侧模等，纵方木加工是按照大样底弧线段进行对照加工，安装时是直接测量其两端坐标，为了减少测量计算，在测量纵方木安装坐标时在其段部测点放置相似底模尺寸的模具，再用卡西欧4850测量程序配合全站仪测量，可以大大提高测量的准确度和效率。在纵横方木安装完后进行底模铺设，底模的测量也是用卡西欧4850测量程序配合全站仪测量，由于前面纵方木的精确测量控制，底模安装时与设计值偏差就较小，偏差超过要求时调整满堂架的掌托直至偏差符合要求。侧模加工也是在大样图上按照拱肋弧度进行加工，底模的测量也是用卡西欧4850测量程序配合全站仪进行测设。
结语
在漯河市澧河大桥箱拱拱肋应用悬链线拱桥拱肋测量计算及控制技术后，大桥拱肋的施工测量控制简便高效、精度大大提高，未出现任何测量质量事故，现该桥拱肋施工已经顺利完成，为大桥的顺利竣工创造条件。
同时本项技术有以下几处优点：1、所投资的新仪器设备少，避免雇佣专业测量队伍，经济效益显著；2、采用正规测量计算与计算机应用相结合，使数据成果能从不同角度进行复核验算；3、简捷方便、快速高效，能够随时、随地在施工现场进行外业测量控制；4、控制施工关键点位，施工精度得到提高，同时使控制点数减少，节约劳动强度；5、编辑成熟的测量专用程序及测量计算表格，为以后的类似施工提供参考。