系杆拱桥施工监控分析
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摘 要：系杆拱桥作为拱桥家族中的一员，具有拱桥的一般特征，又有自身的独有特点。它是一种集拱与梁的优点于一身的桥型，它将拱与梁两种基本结构形式组合在一起，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，拱端的水平推力用拉杆承受，使拱端支座不产生水平推力。本文对系杆拱桥施工监控的目的和意义、控制原则进行了介绍，分析影响桥梁施工质量的主要因素，最后针对性地提出了相应处理方法。
关键词：系杆拱桥；施工控制；处理方法
中图分类号：U448.22+1 文献标识码：A
一、施工监控目的、意义
施工监控的目的是校核设计和施工过程中的关键数据，对成桥目标进行有效的监测控制。对施工各状态控制数据实测值与理论值进行比较分析，进行结构设计参数识别和调整，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对其的影响，对成桥状态进行预测与反馈控制分析，通过对结构线型及内力（应力）进行监测，以分析、预测和防止施工中出现过大位移和应力对桥梁产生安全隐患，确保施工朝着预定目标顺利进行，从而起到补充设计和辅助指导施工的作用，并且通过对各种施工因素的变化进行实时监测、研究分析，可以对相关问题提出建议和解决措施。通过对主桥进行施工监控，要达到如下目标：
(一)确保主桥结构施工的安全；
（二）使施工阶段桥梁结构的变形与应力与设计计算理论接近；
（三） 成桥后结构的线形及内力分布满足设计和规范要求。
结构总体布置如图1.1所示。
图1.1 系杆拱桥结构示意图
二、施工监控原则
施工控制是要对成桥目标进行有效控制，严格控制施工操作程序，确保钢结构组拼和混凝土节段浇筑达到设计要求，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。尤其对于系杆拱桥而言，施工控制的原则为以主拱肋稳定性及线形和系梁线形控制为主，应力控制为辅，同时兼顾主拱肋安装精度以及临时支架的变形控制。
（一）受力要求
先拱后梁的大跨径系杆拱桥施工过程，每个施工阶段的结构体系和荷载都将发生变化，在主拱和主梁内产生的内力也在不断变化。因此，要在每个施工阶段对主拱和主梁的各个受力控制部位进行应力（应变）监测，以便及时了解全桥的施工受力情况，确保桥梁在施工过程中的安全
（二）线形要求
线形控制主要是严格控制主拱和主梁（系杆拱）的竖向挠度及横向偏移。对于系杆拱而言，线形(变形)控制的最终目标是保证主拱合拢的拱轴线线形达到设计控制目标并平顺光滑；主梁在吊杆安装和系杆张拉的各个阶段其纵向标高线性应满足平顺光滑和设计目标的要求；并且梁拱组合受力体系的最终成桥线形应是成桥线形的最终优化结果。
（三）调控手段
在桥梁施工过程中，随着施工阶段的推进、跨径不断地增加和体系的不断变化，势必会出现桥梁结构的实际施工状态、施工理想状态与最终理想成桥状态的位移与内力不相符。虽然可采用各种仿真计算方法算出各施工阶段的结构的内力分布、预抛高值、位移值、挠度，但当按这些理论值进行施工时，受各种现场因素影响，结构的实际应力分布及变形却未必能达到预期的结果。这主要是由于设计时所取用的设计参数与实际施工过程所表现出来的参数不完全一致；或是施工过程中环境因素变化、施工误差、测量误差引起的。在施工过程中已成结构状态是无法事后调整的，因此施工控制时要采用预测控制法。对于系杆拱桥，可通过主拱线性调整拱上内力分布，通过吊杆力和系杆张拉力调整拱梁组合体系的内力（或应变）分布。对于主梁线形的调整，调整立模标高或者安装标高是最直接的手段，对于主拱，可采用吊装缆索索力和拱肋节段拼装接头(拼装点)的转角调整与合拢后临时系杆张拉力调整拱肋线形相结合的调整方式。
（四）系拱桥施工监控实施中的精度要求
1.标高误差:L/5000;2.内弧偏离设计弧线误差:8mm;3.每段拱肋内弧长误差: (+0，-10)mm;4.轴线横向偏位误差:L/60000。
三、系杆拱桥监控方法
(一)结构应力控制
应力监测是拱桥施工控制的一个非常重要的监测内容。通过应力的监测可以预防施工过程中应力超过安全范围，确保施工安全的进行。对于钢结构施工期间应力监控尤为重要。
1.拱肋应力监测
拱桥施工过程中的拱肋应力的监测直接关系到施工控制的实施，各施工阶段可选用相应阶段分析计算得到的拱肋的应力值做为的控制指标。通过拱肋应力监测借助结构仿真分析计算亦可间接的校核吊杆内力、系杆内力。在张拉系杆的过程中通过对拱肋实测应力的变化与理论计算得到的应力化的比较可对仿真分析中的模型进行调整，对计算模型不断进行优化。
2.拱脚及端横梁应力监测
拱脚及该处设置的端横梁是结构设计的关键部位，其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要;从受力方面来讲，拱脚及端横梁除承受拱肋与系梁传来的轴力与弯矩外，还承受支座传递的反力，横桥向端横梁的弯矩和剪力通常也较大，拱脚构件受力十分复杂。因此有必要建立精确的仿真分析局部精细化分析模型来分析拱脚及端横梁节点的局部应力，了解该处局部应力分布规律和大小并予以实时检测，以指导施工的顺利安全进行，防止局部应力超限。
3.主纵梁应力监测
主梁钢节段开始拼装后，主梁受力处于多次超静定状态，由于吊杆初拉力、主梁各节段拼装先后不同，后期永久系杆两批次的张拉，临时系杆的解除，桥面系安装完成后吊杆内力的调节，都会导致主梁中应力不断变化。根据设计主梁钢节段中横梁栓接主纵梁上形成钢结构框架，主梁拼接后形成超静定结构，后期各施工阶段受力调整产生的次内力主要作用于主纵梁上。因此主梁（系梁）应力监测是保证各施工阶段设计目标实现，确保结构安全的重要测试内容。主梁应力监测置于两根主纵梁（系梁）控制断面上。
（二）结构几何线形控制
施工过程中，结构的变形将受到诸多因素的影响，随着结构节段荷载的增加和系杆的张拉调整，主拱肋的空间线形及桥面线形都会发生变化，极易使桥梁结构在施工过程中的实际位置（立面标高、平面位置)状态偏离预期状态，造成桥线形与设计要求偏离，为了使这种变化保持在可控制的范围内，同时为了与预设各阶段目标线形值及设计值比较，需要在主拱肋架设过程中和合拢后、每次吊装主梁节段及系杆张拉后对拱肋及桥面线形的空间位置进行测量，并对主拱和主梁结构线形及位移进行跟踪观测并绘制主拱肋线形图。拱肋空间位置的监测主要用于拱肋吊装阶段，做好拱肋空间位置监测有利于拱肋准确的到达控制位置。主梁的线性监测关系到成桥后桥面的平顺程度、施工中永久系杆的安装成功与否。
根据拱肋主要受压的特点，及拱桥施工控制的主要原则是稳定性、变形和内力的综合考虑.其中稳定性控制是关键和前提，而变形与内力控制则根据拱肋本身的特性和施工方法应采取以下控制方法:在稳定性满足要求的前提下，对变形、应力进行双控，其中以变形控制为主，严格控制各个控制截面的挠度和拱轴线的偏移，同时兼顾应力发展情况。上述策略的制定主要考虑到虽然挠度和内力都能反映结构的当前状态，但应力反映的是拱肋截面上某一点的受力情况，而挠度是某一截面所有受力点的综合反映，是结构的整体表现，挠度的控制属于“整体”控制，应力的控制相对来说属于“局部”控制。此外，挠度测量除了受外界温度的影晌外，受外界的其它干扰小，能够达到控制精度;而应力测量则受外界因素影响大。由于线形对温度、日照较敏感，所以测量时间将选在日出之前温度较恒定的时间段内进行。
（三）温度及结构安装监控
温度是施工控制中最常见的参数，也是最复杂的参数之一，在钢箱拱桥的吊装过程中是影响安装精度的重要因素。钢材具有热导体的特性，对温度影响非常敏感。温度场对系杆拱桥的影响主要体现在对拱肋、系杆和主梁的受力和变形及安装影响上，为精确计算结构内力，需要对拱肋、系杆和主梁的温度进行测量。“先拱后梁法”进行钢箱拱架设采用的是分段拼接，温度对拱轴线形的影响较大，对吊装精度的影响有着举足轻重的作用，且安装节段长度越大，影响越大。故在钢箱拱桥的吊装过程中，很有必要对温度效应影响进行分析，以将其对钢构件变形控制在可控范围内。
为了使系杆拱施工符合设计目标，阶段安装时应实测工地的温度和构件温度场，对设计参数和施工措施作以修正和调整。温度变化包括季节性温变和日温变化两部分。日温变化比较复杂，尤其是日照作用，会引起钢箱拱顶底板温度差，使拱肋产生挠曲，另外温度变化，钢箱拱变形不是马上跟着变化，钢箱拱变形随温度的变化具有滞后的现象。选择早晨太阳出来前对挠度进行观测，可以有效地消除日照温差的影响。但考虑到日照温差不可能完全避免，应在主拱钢箱关键断面和位置布置温度测点，进行适时观测，并分析钢箱拱日照温度下温度场分布的情况。季节温差对拱肋挠度的影响比较简单，其变化相对均匀，可采集各节段在各施工阶段的温度参数，修正仿真模型分析对挠度的影响程度以达到控制的目标。
系杆拱桥施工阶段拱肋温度监测主要目的是：①消除温度变化所导致的应变传感器和应力传感器测试读数的漂移，对传感器读数进行修正；②消除自然环境下的温度作用对桥梁线形施工控制的干扰；③预防施工结构钢材在日照温度应力的拉应力区产生裂缝；④提出合理的建议合拢温度。
四、结论
系杆拱桥结构作为拱梁组合结构，是内部高次超静定的复杂受力结构，且施工阶段多，体系变化复杂，受外界环境影响大,施工质量难以控制。文章简单总结了桥梁施工监控的目的和监控原则，介绍了系杆拱桥现场施工控制的主要内容与方法，对容易出现的一些施工问题提出了应对的控制方法。对于系杆拱桥施工质量监控具有一定的指导意义。
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