下承式钢管拱桥系杆预拱度控制方法

下承式钢管拱桥拱肋标高和系杆预拱度控制方法编制单位：第五项目部编制人：邵亮张宏喆编制日期：2007年10月28日1下承式钢管拱桥拱肋标高和系杆预拱度控制方法1工程概况曹妃甸原油码头工程引桥全长767.3m，共6跨，单跨全长122m，根据桥梁分类标准，属大桥。单跨桥计算跨径177m，矢跨比1/6。码头端桥面标高11.0m，引堤端9.0m，第一跨引桥纵坡为1.08%，第二跨至第五跨纵坡为0.1%，桥面全宽9.95m。引桥采用下承式钢管混凝土系杆拱桥，内部为超静定体系，外部整体简支，属静定体系。钢管混凝土拱肋为全桥承载的主体，使用荷载直接作用于桥面系，经横梁传递到吊点，再通过吊索全部传递到拱肋。单片拱肋采用双肢式断面，由弦管和腹杆焊接而成，弦管内灌注混凝土，上、下弦管轴线间距2m，横桥向拱肋轴线间距8.7m。拱肋间设置横撑及K撑以增大横向刚度，横撑及K撑由主杆和腹杆焊接而成。立面图拱轴线拱肋腹杆φ299×8吊索下弦管φ800×12上弦管φ800×12桥面系平面图拱肋平面图平面图端部联系梁端横梁支座中心线纵梁横梁联结系系杆拱肋桥面中心线横撑撑撑横撑跨径中心线支座中心线2桥面系由系杆、纵梁、横梁及联结系组成。系杆与拱肋刚接，平衡了拱肋产生的水平推力；纵梁主要承担行车道荷载；横梁为主要承载构件，直接承担管线荷载并将纵梁荷载传递至吊索；为保证桥面系横向整体稳定，设置了X型联结系。系杆为刚性，采用焊接箱形截面，系杆在与拱脚连接处加高加宽；纵梁和联结系采用焊接H型截面；横梁采用焊接箱形截面。吊索为柔性，采用带有双层PE护套的镀锌高强钢丝，两端均配备可张拉冷铸锚具。桥面除伸缩缝安装范围和行车道部分铺筑纤维混凝土外，均铺设钢格板。2施工步骤⑴引桥构件均采用工厂内预制，并分节段运至拼装现场。⑵场地内搭支架拼装桥面系、拱肋，并安装吊索，拆除支架，空桥拼装完毕等待吊装。安装墩顶引桥支座。⑶采用1000t起重船整体吊运。⑷引桥安装就位后，灌注拱肋混凝土，先下弦管后上弦管，混凝土在初凝前全部灌注完毕。⑸待拱肋混凝土达到设计强度90%以上后，开始桥面施工，桥面施工顺序：①铺设钢格板、行车道底模钢板②绑扎行车道板钢筋③安装伸缩缝④浇筑行车道混凝土板⑤焊接工艺管线⑥架设工艺管线3施工要求⑴本桥采用陆上支架拼装成桥，一次落架的施工方法（吊索无需张拉）。要求标高控制务必精确，拼装场地桥面系及拱肋支架应具有足够刚度，并采取适当措施减少支架变形。⑵吊索安装前应做好标高测量工作，以修正锚固位置。施工中采取稳妥措施，3以防外层PE护套产生划痕或破裂，并应防止外层颜色的污染。⑶桥墩支座垫石位置和高程控制要求准确，安装时注意支座不同型号间高差，支座须按生产厂家产品说明施工。⑷引桥吊装：由于本桥受力方式特殊，必须按照设计图纸所示4点竖直起吊。吊装施工前应制定详细的施工方案，经业主和设计单位审核同意后方能进行施工。吊装施工应选择自然条件适宜的时间进行。⑸引桥拱肋弦管内混凝土采用泵送顶升浇灌法，同时对称灌注两根弦管。如需分两次灌注，则必须待下弦管混凝土达到设计强度90%以上后方可进行上弦管灌注施工。钢管混凝土的质量检测办法以超声波检测为主，人工敲击为辅。4拱肋标高及系杆预拱度设计参数拱肋标高表控制点编号X轴坐标上弦标高（m）放样状态支架撤除后拱肋混凝土灌注后行车道砼浇筑后使用状态159.41-0.003-0.003-0.001-0.0010.000257.201.4371.4351.4331.4311.430354.603.0753.0733.0713.0693.068452.004.6404.6384.6364.6344.632549.406.1336.1306.1286.1256.124646.807.5487.5447.5417.5387.536744.208.8858.8818.8778.8748.871841.6010.14610.14210.13710.13310.130939.0011.33411.32811.32211.31811.3141036.4012.44412.43812.43012.42612.4201133.8013.48013.47213.46313.45813.4521231.2014.43914.42914.41914.41314.40541328.6015.32215.31115.29915.29215.2831426.0016.13016.11816.10316.09616.0851523.4016.86316.84816.83116.82316.8111620.8017.52117.50517.48517.47717.4621718.2018.10118.08318.06118.05118.0351815.6018.60818.58718.56318.55218.5331913.0019.03719.01418.98718.97518.9542010.4019.39219.36719.33619.32319.300217.8019.67219.64419.61019.59519.570225.2019.87219.84119.80319.78719.759232.6020.00119.96719.92619.90919.877240.0020.07520.03819.99319.97419.940系杆预拱度表控制点编号X轴坐标系杆预拱度（mm）放样状态支架撤除后拱肋混凝土灌注后行车道砼浇筑后使用状态161.0-7-5-2-10258.500000352.03933252114446.87563484026541.610789695837636.4136113877347731.21601331038655826.01811511179863920.8199165128107691015.6213177137115731110.422318514312077125.22291911471237913023219314912580吊索参数表索号数量理论锚固点间距（m）成桥索力（MPa）成桥索力（kN）索长弹性伸长修正值（mm）实际锚固点间距（m）5145.2992.3195-36.565248.173117.4249-69.4323410.756119.6253-712.0034413.028117.5249-814.2635414.994116.2246-916.2216416.657115.8245-1017.8757418.018116.9247-1119.2298419.074118.9252-1220.2809419.827125.8266-1321.02810420.275136.2288-1521.47211220.445142.8302-1521.6415拱肋标高、系杆预拱度控制原理和程序5.1控制原理⑴因设计只提供了各阶段拱肋高度和系杆预拱度，未提供各阶段对应的吊索索力值，而在施工过程中必须按不同阶段的索力值调整拉索拉力后，才能使拱肋高度和系杆预拱度达到设计要求。所以要控制好拱肋高度和系杆预拱度，必须先推算出各阶段的索力。⑵要推算各吊索的索力，先要确定单桥拉索的总索力和各吊索的索力分配系数。因拱桥受力结构较复杂，根据其结构特点，对吊索受力进行简化分析计算如下：①单桥索力总和等于支座间（117m范围）桥面荷载之和；②因桥面荷载均为均布荷载，且系杆为均质材料，所以在不同阶段的各吊索索力分配系数不变。③不同阶段各吊索拉力可用下式粗略推算：该阶段索力=成桥索力×使用状态下荷载该阶段荷载⑶因上述理论存在推测成分，未经过详细计算进行论证，所以在施工过程中6必须及时观测进行验证。5.2各阶段控制索力计算⑴总索力（195+249+253+249+246+245+247+252+266+288）×4+302×2=10564kN⑵各阶段索力各阶段索力计算阶段名称荷载名称支架撤除后行车道混凝土浇筑前行车道混凝土浇筑完成后使用状态系杆自重1044104410441044横梁自重503503503503纵梁自重389389389389联结系自重250250250250节点板自重151151151151吊索91919191维修吊车727272桥面系766766766行车道砼自重25452545管线3323人行、车辆1351合计24283266581110485索力（%）23%31%55%100%各阶段单根索力=成桥索力×上表中的系数5.3控制程序在撤除支架后按该阶段的计算索力调整各拉索，同时复核拱肋高度和系杆预拱度；后续施工过程按各阶段计算索力复核并修正索力，同时对拱肋高度和系杆预拱度进行观测，验证该阶段的索力、拱肋高度和系杆预拱度是否与理论分析的结论吻合。7复核拱肋标高和系杆预拱度行车道砼施工复核拱肋标高和系杆预拱度复核调整索力桥面系施工拱桥吊装复核拱肋标高和系杆预拱度调整索力支架撤除穿拉索制作尺寸复核拱桥制作86控制方法和控制效果6.1控制方法⑴吊索索力由能显示应力值的扳手控制和调整。⑵拱肋高度采用全站仪三角交汇测量拱肋下弦管底标高的方法观测。⑶系杆预拱度采用水准仪测量系杆顶标高的方法观测。6.2实际控制效果⑴支架撤除后阶段支架撤除后按成桥索力的23%调整拉索应力，调整完成后实测拱肋标高和系杆预拱度情况如下：拱肋高度和系杆预拱度实测汇总表拉索编号下弦底标高（m）系杆预拱度（mm）设计值实测值高差设计值实测值高差11.851.8620.0123345+1224.8244.792-0.0326375+1237.4867.447-0.03989102+1349.849.819-0.021113122+8511.88311.849-0.034133136+3613.61613.583-0.033151142-9715.03714.998-0.039165158-7816.14916.124-0.025177171-6916.95516.926-0.029185174-111017.43717.414-0.023191180-111117.63817.605-0.033193185-8⑵拱肋混凝土浇筑完成后阶段拱肋混凝土浇筑完成后，按成桥索力的31%对拉索应力进行了复核，与推算值基本符合，调整完成后实测拱肋标高和系杆预拱度情况如下：9拱肋高度和系杆预拱度实测汇总表拉索编号下弦底标高（m）系杆预拱度（mm）设计值实测值高差设计值实测值高差11.8481.8600.0122532+724.8214.791-0.0304858+1037.4817.446-0.0356978+949.8329.805-0.02787100+13511.87311.840-0.033103114+11613.60113.563-0.038117126+9715.01714.995-0.022128136+8816.12516.102-0.023137141+4916.92416.890-0.034143144+111017.39917.362-0.037147149+21117.59317.586-0.017149155+6⑶行车道混凝土浇筑完成后阶段行车道混凝土浇筑完成后，按成桥索力的55%对拉索应力进行了复核，与推算值基本符合，实测拱肋标高和系杆预拱度情况如下：拱肋高度和系杆预拱度实测汇总表拉索编号下弦底标高（m）系杆预拱度（mm）设计值实测值高差设计值实测值高差11.8461.8570.0112128+724.8184.790-0.0284035+1537.4777.445-0.0325870+1249.8289.808-0.0207385+12511.86711.840-0.02786100+14613.59413.555-0.03998112+14715.00914.990-0.019107120+13816.11416.090-0.024115126+11916.91116.885-0.026120128+81017.38317.348-0.035123132+