2012无应力状态法在东江大桥监控中的应用_张合清

公路　２０１２年５月　第５期ＨＩＧＨＷＡＹ　Ｍａｙ．２０１２　Ｎｏ．５　文章编号：０４５１－０７１２（２０１２）０５－０１４０－０３ 中图分类号：Ｕ４４６．２ 文献标识码：Ｂ
无应力状态法在东江大桥监控中的应用
张合清，罗嗣碧
（中国公路工程咨询集团有限公司　北京市　１０００９７）
摘　要：对东桥大桥主桥钢桁梁架设施工监控进行研究，在仿真计算过程中采用无应力状态法进行分析计算，对监测结果进行分析，优化了钢桁梁合龙时机和方法。

此方法在实际工程中的应用，简化了监控繁琐的计算、提高了工作效率和监控精度，保证本项目钢桁梁的顺利合龙。

关键词：三桁结构；加劲；施工监控；无应力状态法
１　工程概况
东江大桥主桥采用上加劲弦的三跨连续钢桁梁，结构新颖、技术先进、功能合理、造型美观，填补了我国双层公路桥梁建设的空白。

东江大桥主桥桥跨布置为１１２ｍ＋２０８ｍ＋１１２ｍ，主桁立面采用有竖杆的华伦式桁架，上加劲弦采用二次抛物线，上弦与上加劲弦之间采用吊杆连接。

主桁横向采用三桁结构，桁高１０ｍ，桁间距２×１８ｍ，中间支点处上加劲弦中心到上弦中心高度２８ｍ，上加劲弦（刚性悬索）与上弦在跨中合成上弦；　节间长度８ｍ。

主桁三片桁之间仅在中间支点上加劲弦与上弦间的大竖杆处设有横向连接系，其他位置将竖杆与横梁联结为框架。

桥梁效果图如图１所示，全桥结构图如图２所示。

图１　桥梁效果
单位：ｍ
图２　全桥结构示意
２　无应力状态法原理［１，２］
无应力状态法［３］分析的基本思路：采用完全线性理论对桥梁结构进行解体，只要保证单元无应力长度和曲率不变，无论按照何种程序恢复还原后的结构内力和线形将与原结构一致。

应用这一原理，建立施工阶段和成桥状态的联系［４］。

钢桁梁的制造是按照钢桁梁无应力长度来设计生产的，要使钢桁梁架设后的受力状态和结构线形满足设计要求，施工架设过程必须满足如下要求：
收稿日期：２０１２－０３－１２
（１）膺架上和利用全回转吊机安装的钢梁杆件必须实现无应力安装；
（２）钢桁梁合龙时，合龙口杆件必须采用技术措施实现合龙杆件无应力安装；
（３）钢桁梁合龙后，支座必须调整到设计高程。

３　工程实际应用
东江大桥三片主桁结构设计，结构受力较为复杂、杆件众多、施工工况很多，若按照常规的监控方法［５－７］，无论是分析计算还是现场测试的工作量都将十分巨大。

通过认真研究无应力状态法的原理，结合本桥钢桁梁桥的特点，在并不需要准确测量无应力状态量条件下，采用无应力状态对本桥进行施工监控将可大大简化监控的工作、提高了工作效率和监控精度。

本桥钢桁杆件在钢梁制造工厂是按一次成桥的无应力长度进行生产，通过加长上弦杆件和缩短吊杆的方法实现主桁设置竖曲线和预拱度，所以本桥结构在不受力状态下的线形（称之为无应力线形）可按如下计算：
无应力线形＝理论线形＋厂设预拱度
按照无应力状态法的原理，计算出任一施工阶段的结构线形：
阶段理论线形＝无应力线形＋永久荷载位移＋
施工临时荷载位移
误差＝阶段理论线形－阶段实测线形
通过对误差的分析，可以了解和掌握工厂杆件制造误差对结构线形和内力的影响，现场采取一些措施在后续施工阶段对结构线形做适当调整。

施工过程中对杆件内力（应力）进行监测，通过内力（应力）监测保证结构在施工过程中的安全。

４　施工过程仿真分析［８］
根据东江大桥主桥三桁的空间结构特点，采用桥梁工程专业软件Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ进行建模计算［９］。

建模过程中只模拟主桁杆件、横梁的安装，纵梁及其他附属结构（施工阶段不参与受力）以均布荷载施加于横梁相应位置。

上部结构计算模型由５５４个节点、１　５２５个梁单元组成，如图３所示。

图３　上部结构计算模型
５　监测结果［１０］分析
为了减少合龙调整次数、降低合龙施工劳动强度，合龙前调整结构状态使上下弦杆件同时达到合龙条件，为此施工监控现场工作小组针对结构实际偏差结合施工单位现有条件，提出合理的调整方案：通过边墩、辅助墩起落顶为主要调整手段，辅以纵向平移，选在合适的合龙温度实现上、下弦同时合龙。

相关计算成果见表１、表２。

表１　合龙过程仿真计算成果
工况位置临时墩反力／ｔ
位移／ｍｍ
节点Ｘ　Ｚ
转角／ｒａｄ备注
悬臂端起顶同时合龙边桁３２８．５Ａ２７－０．６２－４９．９　０．０００　１０５顶升１３０ｍｍ中桁２９８．７Ａ２７－０．３５－８６．４　０．０００　０６顶升１２０ｍｍ
系统温度设定为２０℃，计算每升高（或降低）２℃梁体长度变化，根据合龙口尺寸与杆件长度差值，确定合龙温度，见表３。

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１
４
１
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　２０１２年　第５期 张合清　罗嗣碧：无应力状态法在东江大桥监控中的应用
表２　微调措施计算成果
序号工况位置
位移
节点Ｘ／ｍｍ
转角／ｒａｄ
１主墩支点顶高５０ｍｍ边桁Ｅ２６－３．４　０．０００　８中桁Ｅ２６－３．４　０．０００　８
２边墩支点顶高５０ｍｍ边桁Ｅ２６　１．５－０．０００　１中桁Ｅ２６　１．５－０．０００１表３　合龙温度
温度位置２℃４℃６℃８℃１０℃
升温
跨中２．３２８ｍｍ　４．６５６ｍｍ　６．９８４ｍｍ　９．３１２ｍｍ　１１．６４０ｍｍ悬臂端２．３０４ｍｍ　４．６０８ｍｍ　６．９１２ｍｍ　９．２１６ｍｍ　１１．５２０ｍｍ
降温
跨中－２．３２８ｍｍ－４．６５６ｍｍ－６．９８４ｍｍ－９．３１２ｍｍ－１１．６４０ｍｍ悬臂端－２．３０４ｍｍ－４．６０８ｍｍ－６．９１２ｍｍ－９．２１６ｍｍ－１１．５２０ｍｍ
根据合龙前坐标、高程及现场温度，临时墩边桁起顶１３０ｍｍ、中桁起顶１２０ｍｍ，边墩落顶１５０ｍｍ，南岸桁梁向北整体纵移３２ｍｍ，实现平弦钢梁上、下弦同时合龙。

调整过程中，位移调整误差较小，小于５ｍｍ，但临时墩及边墩反力偏差较大，最大偏差达到１００ｔ，分析原因主要是由于整体节点增大了结构整体刚度及边跨压重存在误差。

６　结语
利用无应力状态法的原理由成桥状态直接计算任一施工阶段的结构状态，使施工监控工作更加简单、有效，对于现场施工工序或是荷载等的变动，只需对对应施工阶段进行调整，大大提高了监控的工作效率和应变能力。

东江大桥安装杆件众多，工序复杂，施工中调整较多，正是采用了无应力状态法进行施工监控避免了繁杂的施工监控计算和测试工作，为桥梁的顺利合龙奠定了坚实的基础。

参考文献：
［１］　秦顺全．桥梁施工监控———无应力状态法理论与实
践［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００７．
［２］　秦顺全．分阶段施工桥梁的无应力状态法控制法［Ｊ］．桥梁建设，２００８，（１）．
［３］　黄晓航，高宗余．无应力状态控制法综述［Ｊ］．桥梁建设，２０１０，（１）．
［４］　秦顺全．无应力状态控制法———斜拉桥安装计算的应用［Ｊ］．桥梁建设，２００８，（２）．
［５］　向中富．桥梁施工控制技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．
［６］　张海龙．桥梁的结构分析程序设计施工监控［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００３。

［７］　郭秀才，杨世兴．监测监控系统原理及应用［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１０．
［８］　刘永健，刘剑，朱铭，邓淑飞，张俊光．双层桥面三桁刚性悬索加劲钢桁梁桥全桥静动力模型设计［Ｊ］．建筑
科学与工程学报，２００８，２５（１）．
［９］　彭振华．三桁刚性悬索加劲钢桁梁关键技术研究［Ｄ］．上海：同济大学，２００７．
［１０］　彭向东，张合清．东莞市莞深高速东江大桥施工监控报告［Ｒ］．中国公路工程咨询集团有限公司，
２００９．
［１１］　ＪＴＪ　０２５－８６　公路桥梁钢结构及木结构设计规范［Ｓ］．
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— 公 路 ２０１２年　第５期　。