超大跨径钢管混凝土拱桥主拱线形控制误差分析.pdf

49材料与技术Material&Technology2023NO.06收稿日期：2021-11-22作者简介：何佳（1986），男，宁夏中卫人，硕士，高级工程师，主要从事房屋建筑及桥梁检测方面工作，邮箱：。ErrorAnalysisofAlignmentControlforMainArchesofaLong-spanConcrete-filledSteelTubeArchBridgeHeJia,RanDuobing,ShiYalan,LiuCaipengAbstract:Thelong-spanconcrete-filledsteeltubearchbridgeisaself-builtarchitecture,thestiffnessofsuchstructureisgraduallyformedalongwiththeproceedingofconstruction,andthealignmentcontrolofarchribsisthekeytoachievingthegoalofbridgedesign.Inthearchribhoistingprocessofasuperlong-spanconcrete-filledsteeltubearchbridgewiththecable-stayedsuspensionmethod,thealignmentofmainarchesisaffectednotonlybytraditionalfactorslikeerrorsincableforceandtemperature,butalsobysomepotentialerrorsindeadload,positioning,buckletowerdeviation,andsoon.BasedonthehoistingofarchribsofHejiangYangtzeRiverBridge,thispaperanalyticallycalculatedthepossibleimpactofcableforceerrorsandtheabovepotentialerrorsonthemainarchalignment,soastoprovidereferenceforthealignmentcontrolofthemainarchofsuchsuperlong-spanconcrete-filledsteeltubearchbridges.Keywords:concrete-filledsteeltube;alignmentcontrol;cable-stayedsuspensionmethod;erroranalysis0 引言钢管混凝土是一种组合结构，不但能够充分发挥钢材及混凝土的材料特性，格构曲桁梁结构的主拱也增强了桥梁结构的整体稳定性，而且逐渐组合形成的劲性骨架也能够承受施工荷载，便于后续构件的吊装和安装1。钢管拱桥施工过程中，先通过斜拉扣挂法或转体施工法形成空钢管体系，然后在管内灌注混凝土、安装桥面系并浇筑桥面铺装层，最终形成钢管混凝土拱桥。由此产生的结果就是，各节段的内力和位移随着构件数量的增加而不断变化。因此，施工过程中，对主拱圈进行有效的施工控制是合理成桥状态的保证。超大跨径钢管混凝土拱桥施工控制过程中，主拱线形控制是重中之重，引起线形误差的因素除了索力误差、温度误差之外，还有其他一些潜在因素容易被忽视，如自重误差、定位误差、扣塔偏位误差等2。本文以合江长江一桥为依托，对索力误差及以上潜在因素可能引起的主拱线形误差进行研究。1 工程概况合江长江一桥跨径布置为 1020m+530m+420m，净跨径 500m，桥面全宽 28m，采用钢管混凝土中承式悬链线拱桥；拱顶截面径向高8m，拱脚截面径向高 16m，拱轴系数 1.45，净矢跨比为 1/4.5，桥型布置如图 1 所示。图 1 合江长江一桥桥型布置图（单位：m）2 拱肋吊装过程模拟2.1单元类型及边界条件doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2023.06.49引文检索：何佳，冉舵兵，石亚兰，等.超大跨径钢管混凝土拱桥主拱线形控制误差分析 J.重庆建筑，2023（6）：49-53.超大跨径钢管混凝土拱桥主拱线形控制误差分析何佳，冉舵兵，石亚兰，刘才鹏（重庆市建筑科学研究院有限公司，重庆400016）摘 要：大跨径钢管混凝土拱桥是一种自架设体系结构，结构的刚度随施工的进行逐渐组合而成，拱肋的线形控制是实现设计成桥目标的关键。在类似采用斜拉扣挂法施工的超大跨径钢管混凝土拱桥拱肋吊装过程中，主拱线形除了受索力误差、温度误差等传统因素影响外，还有一些潜在误差也应引起重视，如自重误差、定位误差、扣塔偏位误差等。该文以合江长江一桥拱肋吊装为背景，对索力误差及上述潜在误差对主拱线形可能产生的影响进行了计算分析，以期对此类超大跨径钢管混凝土拱桥主拱线形控制起到一定的借鉴作用。关键词：钢管混凝土；线形控制；斜拉扣挂法；误差分析中图分类号：U442.5 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2023）06-0049-05Chongqing Architecture50第 22 卷 总第 236 期采用 Midas/civil软件模拟拱肋的吊装过程，单元数量为9869 个：9729 个梁单元，84 个只受拉桁架单元以及 56 个板单元。主要的边界条件有：拱脚铰、反力梁、扣塔钢锚箱和地锚。封铰之前拱脚铰处采用铰接，限制线位移（DX、DY、DZ），封铰之后采用固结，限制所有位移（DX、DY、DZ、RX、RY、RZ）；拉索与拱肋、拉索与扣塔的连接采用主从约束进行考虑；地锚则是限制其空间六个自由度进行模拟。2.2材料特性（1）主拱圈、扣塔主管、K 撑等：Q345 钢，弹性模量 E=2.06105MPa；（2）扣 塔 腹 杆、格 子 梁 等：Q235 钢，弹 性 模 量 E=2.06105MPa；（3）临时扣索前端、正式扣索：15.24 钢绞线，弹性模量E=1.95105MPa；（4）临时扣索锚固端：钢丝绳，弹性模量 E=7.56104MPa；（5）扣 塔 主 管 管 内 混 凝 土：C50 混 凝 土，弹 性 模 量E=3.45104MPa；（6）主拱圈主弦管管内混凝土：C60 混凝土，弹性模量E=3.60104MPa。2.3工况划分全桥拱肋施工共计 35 个阶段，按照实际的施工顺序，将各拱肋单元在不同的施工阶段进行激活，有限元模型如图 2 所示。图 2 Midas/civil 有限元模型3 拱肋线形及索力监测结果3.1线形控制思路拱肋线形主要是拱肋节段安装过程中各个观测高程点的控制，理想状态为松索成拱后与一次成拱线形一致。对此，需要拟定合理的线形控制思路。该桥在施工中选定的控制思路为前六节段吊装时，使当前节段控制点标高达到设计标高，后续节段使当前两节段控制点的标高达到设计标高。采用这种方法的目的在于：封铰前拱脚与脚座处于铰接状态，吊装每一节段都让拱肋标高达到设计标高，尽量减小因连接不密实而产生的附加变形。封铰之后，由于结构体系从铰接状态转换为固结状态，线形调整难度增大，采取当前两节段控制点的标高达到设计标高，减少索力调整工作量，同时使安装线形满足设计线形。线形控制计算工作采取动态跟踪的方式进行优化，即首先进行标高预测，给出相应的控制点标高和索力，然后现场进行安装，进行标高复测。若实测控制点标高与控制计算结果相差较大，则更新计算参数重新计算，计算完成之后现场按照控制计算的结果进行调整；若实测控制点标高与控制计算结果符合度较高，则进行下一工况的施工。由于本桥吊装节段数量众多，第六节段吊装结束之后结构发生体系转换、第九节段完成施工之后要进行拱肋合龙，这两阶段的线形至关重要，本文主要对这两个阶段的线形进行分析。线形测点如图 3 所示。3.2线形监测结果为降低温度对测试结果的影响，尽量选择与设计温度（15）接近的时段进行测试，第六节段及第九节段吊装后的拱肋线形监测结果如表 1、表 2 所示，控制点高差趋势如图 4、图 5所示。表 1 第六节段线形控制结果项目测点位置预测高程（m）实测高程（m）高程差（mm）重庆岸上游侧1264.430264.408-222284.468284.455-133301.634301.653194316.020316.02335327.699327.696-36336.774336.7828下游侧1264.430264.413-172284.468284.443-253301.634301.626-84316.020316.002-185327.699327.695-46336.774336.78814图 3 合江长江一桥拱肋线形测点布置图51材料与技术Material&Technology2023NO.06项目测点位置预测高程（m）实测高程（m）高程差（mm）宜宾岸上游侧1264.434264.388-462284.475284.465-103301.644301.642-24316.028316.046185327.704327.731276336.774336.80935下游侧1264.434264.396-382284.475284.451-243301.644301.636-84316.028316.012-165327.704327.682-226336.774336.79016图 4 第六节段控制点高差走势图表 2 第九节段线形控制结果项目测点位置预测高程（m）实测高程（m）高程差（mm）重庆岸上游侧1264.448264.45242284.518284.555373301.716301.751354316.119316.117-25327.795327.779-166336.841336.819-227343.325343.298-278347.307347.291-169348.818348.810-8下游侧1264.451264.429-222284.523284.515-83301.722301.72424316.124316.101-235327.796327.772-246336.838336.828-107343.319343.300-198347.297347.277-209348.815348.803-12项目测点位置预测高程（m）实测高程（m）高程差（mm）宜宾岸上游侧1264.448264.422-262284.518284.535173301.716301.727114316.119316.114-55327.795327.778-176336.841336.818-237343.325343.301-248347.307347.285-229348.818348.807-11下游侧1264.451264.449-22284.523284.540173301.722301.749274316.124316.114-105327.796327.769-276336.838336.801-377343.319343.286-338347.297347.269-289348.815348.805-10图 5 第九节段控制点高差走势图4 线形控制误差分析4.1误差来源分析结构空间几何、截面尺寸、温度、荷载、材料属性等设计方面的参数误差会导致结构分析得到的理想状态偏离实际状态。（1）超大跨径钢管混凝土拱桥的矢跨比和拱肋线形等空间参数容易受到施工与测量误差的影响，从而影响整体结构的受力和线形3-4。（2）截面尺寸误差在桥梁施工过程中是无法避免的，这就会导致截面特性发生变化，进而影响结构的分析结果5-6。（3）在所有大跨径桥梁施工过程中，温度影响都非常大。温度不仅产生次内力，还会影响结构线形。通常情况下，为了降低温度的影响，选择在温差变化较小的时段进行数据采集。施工工艺误差是引起线形控制误差的另外一个因素：钢构件的加工误差、线形的控制误差、核心混凝土密实度误差、桥面主梁的加工误差以及桥面线形误差。对于