洛南高速公路上跨焦枝铁路大桥工程施工监控实施细则

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1、洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥施工监控细则ZZZZZZZ土木工程学院3月23日目 录1、蒲山大桥工程概况022、蒲山大桥总体施工方案及环节033、蒲山大桥施工监控的目的和意义034、蒲山大桥施工监控根据055、蒲山大桥施工监控原则及施工控制措施066、蒲山大桥施工监控的任务077、蒲山大桥主桥施工监控的重要内容088、蒲山大桥施工监控工作的具体安排和精度规定129、蒲山大桥施工监控流程4010、蒲山大桥施工监控提交的成果4011、蒲山大桥施工监控中各方责任4112、蒲山大桥施工监控的组织安排及管理制度4213、重要仪器设备44洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥施工监控近年来

2、，在桥梁工程施工中由于不注重桥梁施工监控，浮现多起桥梁事故，导致了较大的经济损失，给工程界带来了沉痛教训，目前大跨径拱桥施工状态的监控已引起工程界的高度注重。中、下承式的钢管混凝土拱桥外部看是一种静定构造，而内部是一种高次超静定的空间构造体系。尽管在设计时已经考虑了施工中也许浮现的状况，但是由于施工中有也许浮现的诸多因素，事先难以精确估计，并且在施工过程中由于多种施工误差，也许导致实际桥梁构造的内力和线型与设计不符，特别需要对桥梁施工各个阶段进行全过程监控。桥梁施工监控已成为桥梁施工过程中严格管理、科学决策和保证施工质量和安全的不可缺少的重要环节。1、 蒲山大桥工程概况洛南高速公路上跨焦枝铁路

3、南水北调总干渠大桥位于洛阳至南阳高速公路联系线与南水北调工程、焦枝铁路交叉处。在桥位处，南水北调总干渠下穿焦枝铁路，与高速公路夹角为22.53度，高速公路上跨焦枝铁路，高速公路与铁路夹角为71.95度。是太原至澳门高速公路的重要构成部分。 洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥全长465.00m，主桥为单跨下承式钢管混凝土拱桥，跨度为225m，采用双向六车道高速公路技术原则；设计车辆荷载：公路级1.3；设计车速：120km/h；主桥横断面布置：原则桥梁横断面宽38.8m，3.0（边拱肋、系杆）+0.55m（护栏）+12.75m（行车道）+0.55m（护栏）+5.1m（中拱肋、系杆）+0.5

4、5m（护栏）+12.75m（行车道）+0.55m（护栏）+3.0m（边拱肋、系杆）。拱肋采用钢管混凝土空间桁架式构造，三片拱肋间设立14道风撑，风撑间矩24m，每幅桥7道（二道K形风撑、4道一字形风撑和一道米字形风撑）。拱肋为变高度矩形截面，由拱顶的4.15m变化到拱脚处的6.15m，计算矢跨比为1：5，各肋中心至系杆中心的高度为43.8m，拱轴线采用二次抛物线线型。主弦钢管内灌注微膨胀或无收缩C55混凝土，上平联为缀板，下平肋及腹杆为钢管构造。系杆采用预应力混凝土箱形构造，边系杆为单箱单室箱形断面，中系杆为单箱双室箱形断面，均为部分预应力混凝土构造。纵系杆在拱脚16.5m范畴内采用钢筋混凝土

5、实体截面。系杆梁通过吊杆悬吊在钢管混凝土拱肋上。吊杆采用7121平行钢丝束吊杆，双层PE护套，吊杆纵桥向布置间距8m。边拱肋为单排吊杆，中拱肋为双排吊杆，吊杆横桥向布置间距为1.8m。桥面系横梁采用现场预制拼装施工，预留湿接头与刚性系杆固接。端横梁为预应力钢筋混凝土箱形截面，两侧设立牛腿，以支承引桥箱形梁和主跨桥空心板面板。中横梁采用预应力钢筋混凝土变截面T形梁。桥面板所有采用预制钢筋混凝土空心板，端部与横梁二次现浇固接，上铺80mm厚钢筋混凝土现浇层。2、 蒲山大桥总体施工方案及环节2.1主桥施工方案主桥构造采用“支架法拼装梁拱”的总体方案进行施工。其上部构造施工是本桥的施工重点所在，同步也

6、是施工的难点。端横梁及系杆拱脚段采用碗扣支架现浇施工；系杆及中横梁采用混凝土挖孔桩+钢管桩支架法安装施工，即系杆、中横梁分节段预制，经运送平车运至待架位置后由龙门吊机吊装至支架上；系杆与中横梁接头处的湿接缝在支架上现浇施工。主桥拱肋采用工厂初加工，现场预拼再加工，预拼后用运送平车运至待架位置，用大吨履带吊吊至系杆顶搭设的拱肋支架上（系杆施工完毕，在其顶面搭设拼拱支架）的措施施工。主桥钢管拱肋在工厂按便于运送的节段加工完毕后，运至施工现场，在拱肋预拼场再加工成吊装段并预拼合格后，由运送平车运至待架位置，经由MAXER型履带起重机吊至拼拱支架上。拱肋接头处先用螺栓临时连接，拱肋合拢后通过调节拱肋标

7、高和中线达到设计规定后再焊接成整体。拱肋拼装时，两端分节段对称进行逐节拼装，直至跨中节段合拢。拱肋安装中及时拼装拱肋间风撑，保持拱肋稳定。2.2主桥重要项目施工环节主桥重要项目施工环节如下：依次施工桩基、承台、墩身、墩帽（桥台施工的同步，修建铁路防护，分节段预制系杆、中横梁及桥面板、搭设系杆支架、工厂加工拱肋）安装支座端横梁、拱脚施工（同步进行系杆、中横梁吊装）湿接缝浇筑，系杆、横梁张拉在系杆上进行拱肋支架搭设（同步完毕拱肋现场预拼装）进行拱肋分节安装拱肋焊接合拢拆除支座固定钢架灌注拱肋混凝土拆除拱肋支架系杆预应力第二次张拉安装吊杆并调节其索力系杆预应力第三次张拉拆除系杆支架第二次调节吊杆索力

8、第杆预应力第四次张拉安装空心板桥面系施工第三次调节吊杆索力安装其他附属设施。3、蒲山大桥施工监控的目的和意义3.1 施工监测与控制施工监控涉及施工监测和控制，其目的就是在全桥上部构造施工过程中，通过监测主拱、系杆和吊杆的应力及变形，来达到及时理解构造实际行为的目的；通过施工过程中对温度、应力、线形、混凝土材料的弹性模量等的监测，对桥梁构造体系计算所采用的参数进行辨认、计算和修正，纠正实际线形和内力与设计目的值的偏差，保证构造的安全、稳定与构造受力合理，为大桥安全、顺利建成提供技术保障。施工控制的目的是为了在全桥施工完毕后，主拱构造的线形、系杆及桥面系的线形达到设计抱负的线形，并使主拱和系杆的内

9、力分布与设计抱负的内力状态一致。3.2 施工监控的因素洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥为下承式单跨刚性系杆拱构造，上部构造施工顺序为：搭设系杆现浇支架钢管拱肋在预拼场进行组拼和焊接进行系杆的分节吊装端横梁、拱脚段支架和中横梁支架安装现浇端横梁和拱脚段系杆龙门吊机吊装中横梁，浇注湿接头并张拉系杆和中横梁形成平面框架构造，第一次张拉系杆预应力束拼装拱肋安装支架，吊装拱肋、风撑，焊接拱肋、横撑接头、拱肋合拢系杆预应力第二次张拉泵送灌注钢管内混凝土，形成钢管混凝土拱肋系杆预应力束按设计规定进行再次张拉，安装拱肋吊杆并张拉拆除系杆支架，调节系杆及吊杆内拉力桥面板安装。钢管拱肋采用拱脚预埋（两段

10、）和支架分段吊装拼装成拱的措施施工，并规定在拱脚预埋段混凝土强度达到设计规定后进行拱肋吊装作业。施工顺序为：支架施工拱肋边段安装拱肋中段拼装钢管内浇注混凝土。由于本桥跨径大，技术含量高，施工难度大。施工过程中温度、施工荷载变化等因素，使桥梁在施工过程中各节段的应力、位移变化频繁，加上构造材料的实际物理力学参数的影响，构造的应力应变不也许与设计计算值保持一致，而拱肋线形一旦形成，很难调节。因此必须在施工过程中建立计算机随时跟踪系统，对大桥进行全过程的施工控制，保证其成桥内力和线形，是大桥成功建设的一种核心。因此，对桥梁施工过程的位移、应力和温度进行有效的监测并采用行之有效的调控措施是保证其顺利和

11、成功修建的必要条件之一。3.3 监控目的及意义跟踪掌握施工进程和发展状况，收集大桥建成全过程的技术数据，为大桥的安全投入使用和大桥营运阶段的养护工作以及后来同类桥型的设计与施工提供科学、可靠的技术资料，给大桥的安全使用提供可靠保证。总的来说，施工监控的目的为：（1）保证桥梁线形和内力符合设计规定，保证工程内在质量优良；（2）预知并及时发现施工中的失误，以予纠正，避免发生重大责任和技术事故，保证桥梁建造安全。（3）提供成桥的力学参数报告，为桥梁此后的养护提供数据资料。基于以上桥梁施工监控的目的，结合洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥的构造和施工特点，具体施工监控目的如下：（1）判断施工过

12、程中拱肋的应力和变位与否符合设计规定，或与否处在安全范畴内；（2）为拱肋合拢提供可靠的数据，指引拱肋合拢施工工艺；（3）判断钢管灌注混凝土过程中拱肋的应力及拱肋变形、高差与否符合设计规定，或处在安全范畴内；（4）辨认构造的实际状态和参数，掌握环境作用对构造的影响规律，结合理论计算，指引桥面系的吊装和吊杆的张拉；（5）施工监测成果也可以作为桥梁施工质量和技术水平评估的根据。其任务就是要根据桥梁施工全过程中实际发生的多种影响桥梁内力与变形的参数，结合施工过程中测得的各阶段吊杆张力、系杆内力、主拱圈内力与变形数据，随时分析各施工阶段中主梁内力和变形与设计预期值的差别并找出因素，提出修正对策，以保证在

13、全桥建成后来桥梁的内力和外形曲线与设计值相符合。3.4施工监控重要工作措施（1）独立对构造进行分析，理解构造力学特性，合理选定测位和布置测点；（2）选用先进的性能优越的仪表，购买质量上成的元件（测力计、应变片等），保证测得数据无差错、异常，误差小；（3）布设有互相校验的测点网，避免某些元件失效；（4）及时分析对照数据的规律性，向设计和监理人员通报，及时察觉问题，进行修改和纠正。4、蒲山大桥施工监控根据（1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-）；（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-）；（3）公路桥涵施工技术规范（JTJ041-）；（4）公路斜拉桥设计规范（试行）（

14、JTJ027-96）；（5）公路工程质量检查评估原则（TJT071-98）；（6）都市桥梁设计准则（CJJ11-93）；（7）洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥设计图纸等设计文献；（8）施工方案及施工组织设计；（9）其他工程资料。5、蒲山大桥施工监控原则及施工控制措施5.1监控原则施工监控的内容是校核设计和施工过程中的核心数据，对成桥目的进行有效的控制。对施工各状态控制数据实测值与理论值进行比较分析，进行构造设计参数辨认和调节，修正在施工过程中多种影响成桥目的的参数误差对成桥目的的影响，对成桥状态进行预测与反馈控制分析，通过对构造线形及内力（应力）进行监测，以分析、预测和避免施工中浮现

15、过大位移和应力对桥梁产生安全隐患，保证施工朝预定目的顺利进行。5.2施工控制措施施工控制采用自适应的控制措施，全面考虑影响桥梁构造状态的多种因素和设计目的，在施工过程中，用参数辨认系统不断地对构造计算模型中所用的计算参数（如混凝土弹模、容重等）进行辨认修正，使构造计算模型和实际构造磨合一段时间后自动适应构造的物理力学规律，减小理论值与实测值的偏差。洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥重要采用支架法安装施工，桥面系和拱肋形成后，受后续工序（如吊杆张力）和材料后续变形（如混凝土收缩徐变）影响很大，并且钢管拱肋合拢成形候，桥梁施工控制的可调因素很少，因此我们采用预先控制和反馈控制相结合的措施进

16、行控制，重点在施工前控制。施工前通过实验室实验材料性能和构造有限元分析，尽量较精确的预测构造在各个施工阶段的变形和内力，通过提供合理的桥面系和拱肋的立模标高对桥面系和拱肋的线形进行控制。在吊杆的张拉阶段，通过施工过程中理论数据和实测数据的偏差，对数据分析和解决（构造分析和参数辨认），调节后续施工工序、进行反馈控制，最后达到控制桥梁内力和线形的目的。具体为：（1）施工控制构造分析施工模拟计算是施工控制工作的基本，在施工监控工作开始前根据该桥的设计参数和施工方案，按照施工过程进行施工模拟计算，以验算和校核设计数据。在施工过程中，根据具体的施工阶段和相应的材料、荷载和构造参数跟踪计算。（2）参数辨认

17、设计参数是指能以其构造状态（变形和内力）变化的要素，对于桥梁构造重要有构造几何参数、材料参数、温度参数和荷载参数。这几种参数都具有离散性和不拟定性，特别是混凝土的材料特性离散性和不拟定性更大，使施工控制参数与实际参数不同，在施工监控中不能假定这些参数，需要根据实际测量和修正的参数值进行计算，才干保证施工控制的精度。施工过程中，通过相应力和位移偏差分析、构造参数的敏感性分析和构造参数辨认，进一步分析找出偏差的因素，拟定参数的真实值。（3）施工调节在各施工阶段，若构造内力和构造变形与设计目的浮现较大偏差，应及时调节，避免合计导致不可调偏差；在成桥后，较小的内力偏差可通过吊杆张拉力和张拉顺序调节。6

18、、蒲山大桥施工监控的任务洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥采用支架（桥面系支架和拱架）施工，支架一旦形成，在施工过程中就基本不容人为变化。故在支架形成前要对支架的预拱度做出预测。拱架形成后，对上部构造的各施工阶段持续监测和控制。根据施工环节、特点及其施工阶段构造受力特性，其控制目的与任务随施工阶段的不同而异，其施工监控的重要任务如下：（1）桥面系施工时通过预拱度控制纵向线形，使成桥线形符合设计规定；进行拱肋架设调节控制，即通过施工监控，保证拱肋线形的架设精度，使拱轴线符合设计规定；（2）施工阶段拱肋和系杆内力的监测，保证拱肋在各施工阶段中安全，不失稳；（3）吊杆内力、张拉力监控。通过吊

19、杆张拉力调节，使拱肋与系杆受力实际值与设计值的偏差在较小范畴内，使之符合设计规定；（4）同步保证吊杆的受力合理和均匀；（5）最后使成桥内力分布合理，线形美观达到设计规定。7、蒲山大桥主桥监控的重要内容洛南高速公路上跨焦枝铁路南水北调总干渠大桥主桥为单跨刚性系杆拱构造，系杆梁和横梁形成平面梁格体系。构造新颖，受力形式复杂，为本次监控工作的重点之一，重要监控内容如下：（1）主桥的设计复核和施工过程仿真分析；（2）铁路防护设施的检算；（3）检查桥梁支架设计的合理性，进行支架变形及内力验算、监控；（4）成拱后拱体脱架过程的监控；（5）拱肋二期混凝土施工过程的计算机仿真计算与应力监测（6）线形测量（由施

20、工单位实行）及监控；（7）应力监控；（8）吊杆索力和系杆张拉力监控；（9）变形、位移监控；（10）构造稳定监控；（11）温度监控；7. 1 施工过程仿真分析设计复核和施工过程仿真分析是施工监控的基本，我们已对成桥状态和施工各阶段的受力状况进行了具体的分析计算。7. 2 应力测试1）主拱肋主拱圈测点布置如图1所示，取拱脚、l/8、l/4、3l/8、拱顶、3l/4等处7个截面，各截面应力测点布置示意图如图2所示，共布置应力计168个，其中混凝土应变计84个，钢管应变计84个。其中每片拱的拱底及拱顶截面为后期监控截面。2）刚性系杆刚性系杆纵梁采用预应力混凝土系杆，预应力束锚固于拱脚上。边系杆为单箱单

21、室箱梁，箱梁高3.6m，宽3.0m，壁厚均为30cm厚。中系杆为单箱双室箱梁，箱梁高3.6m，宽5.1m，壁厚均为30cm厚。 刚性系杆测点布置如图3所示，在支座、跨中共3个截面布置测点，如图4所示，布置钢弦式混凝土应变计36个。其中每跨跨中截面为后期监控截面，每跨支座截面各取1个为后期监控截面。l/8 l/8 l/8 l/8 l/4 l/4219m图1 拱肋控制截面250410415615250410415615 图2 测点布置图3 刚性系杆梁控制截面300510360图4 刚性系杆梁应力测点布置3）横梁选择跨中横梁和端横梁各1根作为监测对象，取跨中截面作为控制截面，截面的应力测点布置如图5

22、所示，共布置钢弦式混凝土应变计8个。25030450600图5 横梁应力测点布置图4）吊杆吊杆的受力是该桥耐久性和安全性的核心，在施工过程中尽量精确的测量吊杆的内力。对吊索采用张拉油压表进行测量，同步采用频率法测量索力。频率法是运用附着在吊杆上的高敏捷传感器（索力计）拾取吊杆的振动信号，得到吊杆的自振频率，根据吊杆自振频率与索力的关系拟定索力。5）测量仪器及措施考虑适合长期观测并保证足够的精度，拟采用埋入钢弦式应力计（钢筋计及混凝土计）、索力仪、压力传感器、拾振器和配套的频率接受仪作为应力观测仪器进行应力测试。7. 3位移及变形测试1）拱肋、系杆拱肋和系杆的测点选用如图6所示，选用拱和系杆的八

23、分点截面以及拱肋合拢前两个半拱的端部截面布设测点；拱肋的变形监测运用全站仪的交汇程序测量这些点的空间坐标，从而监测其变形变位；系杆及桥面系的变位运用精密水准仪和铟钢尺测量。 图6 拱肋、刚性系杆变形测试截面图2）主桥桥墩每个桥台沉降及位移测点布置2个测点，分别布置在主桥桥墩的盖梁两侧，测点根据所建立的平面和高程控制网布置，保证网内通视。3）测试仪器及措施运用预先布设好的测点，用精密水准仪、全站仪、棱镜（或反射片）、铟钢尺等进行测量。7. 4 温度测试选用两拱脚截面，采用热敏电阻应变片测试拱肋截面的温度变化规律，采用接触温度计、温度传感器和相应的温度记录仪。7. 5 支架测试支架测试内容为支架顶

24、面的线形（标高）和支架的应力及变形。在支架预压过程中测量支架的弹性变形和非弹性变形；消除支架的非弹性变形，在桥面系（系杆、纵梁和横梁）和拱肋的立模标高中计入支架的弹性变形。在浇注拱肋内混凝土过程中，随时监测支架的变形和应力，以保证施工过程中支架的安全和构造（拱肋和系杆）的线形。涉及系杆控制点变位测试、主梁线形测量、拱圈线形测量、拱脚转角测试以及墩顶水平位移测试；测点位置为拱脚（或梁端）、l/8、l/4、3l/8、l/2、5l/8、3l/4、7l/8等。7.6 铁路防护设施的检算本桥与焦枝铁路夹角为72，上跨焦枝铁路，施工时跨既有线的防护设施对保证施工过程中行车及施工人员安全十分重要。因此在安装

25、前对防护设施进行检查计算。8、蒲山大桥施工监控工作的具体安排和精度规定8. 1施工图仿真计算按照设计图纸和相应的施工组织进行计算，一方面进行了设计复核和施工状态计算，并对施工过程进行实时分析计算。按照施工和设计所拟定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行模拟计算，得到各施工状态及成桥状态下的构造受力和变形等控制数据。重要有：（1）各施工状态下以及成桥状态下的状态变量的理论数据：拱肋、系杆标高、吊索索力、系杆以及拱肋各控制截面应力应变。（2）施工控制数据理论值：拱肋和桥面系的立模标高、吊索的张拉力和调控数据。8. 1. 1设计复核为了分析洛南高速公路蒲山大桥在施工阶段及成桥状态下的

26、力学性能，采用大型有限元软件Midas/civil进行建模。系杆梁、横梁、拱肋和横撑等构件均采用空间梁单元进行模拟；吊杆采用只承受拉力的空间桁架单元模拟；桥面板用板壳单元模拟，在系杆梁底部设立了只受压的杆单元来模拟支架，按照刚度等效的原则模拟实际系杆梁底部支承，当支承与系杆梁之间的距离=0时，支承参与构造受力，当0时，支承不参与构造的受力，这样建立的计算模型与实际构造受力有较好的相似性，计算成果也和桥梁实际受力状况相符，桥梁空间有限元计算模型如图7所示。在进行施工阶段分析时，根据施工阶段的不同，桥梁的节点、单元、边界条件也随之发生变化。对蒲山特大桥进行设计复核分析，重要考虑如下3种荷载工况：工

27、况1：恒载（按照承载能力极限状态验算）工况2：恒载车道荷载(半桥)工况3：恒载车道荷载(全桥)图7 静力分析有限元计算模型桥梁的恒载根据输入的桥梁材料特性值和截面特性值，由程序自动加载。桥梁所承受的车道荷载根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-)中公路级车道荷载拟定，加载方式如图8所示，qk =10.5kN/m，Pk360kN；横向折减系数取0.55。主梁上的预应力输入，由Midas/Civil程序实行完毕，并自动计算其损失。混凝土的徐变、收缩通过设定控制参数，由程序自动计算。吊杆初拉力的施加，通过Midas/Civil程序自带的桁架单元初拉力功能实现。图8 车道荷载根据以上3种计算工况，

28、计算了桥梁的静态力学性能，给出拱肋及系杆梁的跨中、1/4跨、1/8跨、接近支座位置处的截面内力、位移以及吊杆的内力，工况1作用下的内力和位移图如图9图21。分析3种工况计算成果，可以得出如下结论：1工况1结论：(1)系梁受力分析：系梁受力有关该桥两个对称轴（横桥向、顺桥向，下同）近似对称。虽然系梁承当着拱肋传来的巨大拉力，但在施加了预应力后，系梁所有受压，边系梁边沿最大压应力计算值为-10.8MPa（负号表达受压，下同），最小压应力为-1.0MPa，中系梁边沿最大压应力值为-10.0MPa，最小压应力为-4.5MPa，均比设计值大某些（图9、图10），且不不小于C55混凝土的抗压强度，满足规范

29、规定；由于系梁预应力的损失，系梁轴压力从桥两端向跨中逐渐减小。系梁剪力分布大体均匀，两端大跨中小，在吊杆作用处，系梁剪力有突变。系梁两端由于端横梁的约束作用，系梁两端为负弯矩，跨中为正弯矩，弯矩图与两端固定支承梁相似。(2)拱肋受力分析：拱肋受力近似有关该桥的两个对称轴对称（图11、图14），拱肋以受压为主，压力较均匀，边拱肋的边沿最大压应力达到-99.2MPa，最小压应力达到-66.0MPa，中拱肋的边沿最大压应力达到-112.0MPa，最小压应力达到-71.5MPa，仅在支座处中拱肋下弦钢管混凝土的下缘压应力稍不小于设计值外，其他均不不小于设计值，符合规范规定。在边拱肋处上弦钢管混凝土的上

30、部边沿压应力除在3/8、5/8跨处不不小于下弦钢管混凝土的上部边沿压应力外，其他均不小于下弦钢管混凝土的边沿压应力，这与吊杆的锚固位置在上部有关，中拱肋由于在桥跨横向同一排处有两根吊杆，构造受力较复杂，但应力变化比较均匀，符合设计规定。(3)吊杆受力分析：边吊杆和中吊杆张力有关两个对称轴近似对称，各吊杆所受的张力大体分布均匀，从总体上讲，跨中吊杆张力小，两侧吊杆张力大；边吊杆的安全系数在4.486.04之间，中吊杆的安全系数在3.225.90之间，满足规范一般不小于2.5的规定。(4)整体变形分析：全桥以竖向位移为主（图21），拱顶在桥梁自重作用下也有横向和纵向位移。边系梁的位移整体向下，中系

31、梁由于有两根吊杆，受力较大，在1/43/4桥跨处，有向上的位移；边系梁的竖向向下位移在8分点处达到最大，最大值为-20.5mm，中系梁在跨中处的竖向向上位移达到最大，最大值为37.4mm，拱肋由于吊杆力的作用，均向下位移，且最大值为-44.4mm，均不不小于设计值的竖直向下位移（图15至图21），满足设计规定。由于该桥的构造对称，横向位移很小，最大值为5.3mm，由于在桥的一侧设立为滑动支座，因此会有纵向的水平位移，大体从滑动支座处至固定支座处依次减小。2工况2结论：(1)系梁受力分析：系梁轴力和弯矩有关跨中大体对称，剪力有关跨中大体反对称。由于该计算工况活载为半桥偏载，中系梁两侧的构件受力相

32、似但加载侧内力数值相对大些，阐明桥面系刚度较大，桥梁的整体受力性能较好。在加载侧系梁压应力减小，边系梁边沿处的最小压应力在支座处为-0.4MPa，最大压应力在1/8跨处为-10.8MPa，中系梁边沿处的最小压应力在支座处为-0.6MPa，最大压应力在7/8跨处为-9.9MPa，系梁均受压，满足规定；系梁轴力从两端向中间减小，加载侧和不加载侧轴力相差很小，边系梁剪力在加载侧比不加载侧稍大，中系梁剪力和弯矩均比边系梁大，在吊杆作用处，剪力发生突变，与工况1类似。(2)拱肋受力分析：拱肋弯矩、轴力、剪力有关跨中近似对称，加载侧受力稍大，中拱肋比边拱肋受力大。边拱肋和中拱肋均以受压为主，边拱肋边沿的最

33、大压应力为-99.2MPa，最小压应力为-66.0MPa，中拱肋边沿的最大压应力为-112.0MPa，最小压应力为-71.5MPa，中拱肋的压应力比边拱肋的压应力大。在吊杆处拱肋弯矩和剪力均有突变，整座桥的拱肋均受压，符合设计的规定。 (3)吊杆受力分析：吊杆受力有关跨中近似对称，中吊杆张力大，边吊杆张力小；在偏载作用下，加载侧的吊杆张力比非加载侧大，中吊杆张力差别较小，边吊杆张力差别稍大。加载侧的边吊杆安全系数在4.496.05之间，中吊杆安全系数在3.225.90之间，满足规范一般不小于2.5的规定。(4)整体变形分析：全桥以竖向变形为主，加载侧竖向变形大，非加载侧竖向变形小，边拱肋的最大

34、向下竖向位移达到-65.6mm，中拱肋的最大竖向位移为-68mm，边系梁最大向下竖向位移为-49.8mm，中系梁的最大向下竖向位移为-21.2mm。由于在桥梁一侧设立有滑动支座，导致拱肋和系梁均有少量的纵向变形，在滑动支座处拱肋的最大纵向位移为42.1mm（正号表达沿X轴正向，下同），系梁的最大纵向位移为36.7mm。3工况3结论：(1)系梁受力分析：系梁轴力和弯矩有关跨中大体对称，剪力有关跨中大体反对称。系梁以受压为主，边系梁边沿的最大压应力为-10.8MPa，最小压应力为-0.4 MPa，中系梁边沿的最大压应力为-9.9 MPa，最小压应力为-0.5MPa；系梁轴力从两端向跨中逐渐减小。由

35、于中系梁受力较大，中系梁的弯矩和剪力比边系梁大，且在吊杆作用处有突变。在满跨汽车荷载作用下，整个系梁都处在受压状态，体现良好的受力性能。(2)拱肋受力分析：拱肋弯矩、轴力、剪力有关跨中近似对称，边拱肋和中拱肋重要以受压为主，边拱肋边沿的最大压应力-99.2 MPa，最小压应力为-66.0MPa，中拱肋边沿的最大压应力为-112MPa，最小压应力为-74.1MPa，中拱肋的压应力比边拱肋的压应力大。在吊杆处拱肋弯矩和剪力均有突变，整座桥的拱肋均受压，符合拱肋受力的设计规定。(3)吊杆受力分析：吊杆受力有关跨中近似对称，中吊杆张力大，边吊杆张力小；在移动荷载作用下，边吊杆安全系数在4.496.09

36、之间，中吊杆安全系数在3.225.90之间，满足规范一般不小于2.5的规定。(4)整体变形分析：全桥仍以竖向变形为主，边拱肋的最大向下竖向位移达到-69.8mm，中拱肋的最大竖向位移为-77.7mm，边系梁最大向下竖向位移为-52.3mm，中系梁的最大向下竖向位移为-28.2mm，由于在桥梁一侧设立有滑动支座，导致拱肋和系梁均有少量的纵向变形，在滑动支座处拱肋的纵向位移最大为39.9mm（正号表达沿X轴正向，下同），系梁的最大纵向位移为36.5mm。图10 中系梁压应力值图图9 边系梁压应力值图4. 设计成果验算复核结论：从以上3种工况的计算成果可以看出知，全桥各重要构件总体处在受压状态，桥梁

37、设计以最大压应力不不小于材料容许应力为控制目的，系杆梁最大压应力值为-10.8Mpa，拱肋最大压应力值为-112.0MPa，均不不小于其各材料的设计抗压强度；中吊杆最大索力为3375kN，其安全系数为3.22，边吊杆最大索力为2423KN，其安全系数为4.48，满足规范有关最小安全系数不得不不小于2.5的规定，具有较大安全储藏；系杆梁线形控制较好，最大竖向位移-52.3mm，拱肋最大竖向位移为-77.7mm，最大横向位移为-5.5mm，根据公路桥涵设计规范规定，钢筋混凝土桥梁在荷载作用下上部构造最大竖向挠度容许值：拱不超过1/800的跨度，即274mm，梁不超过1/600的跨度，即365mm，

38、该桥梁在汽车荷载作用下位移满足设计规范正常使用极限状态下的变形规定。图12 边拱肋下弦钢管压应力值图图11 边拱肋上弦钢管压应力值图图13 中拱肋上弦钢管压应力值图图15 边拱肋上弦钢管位移图图14 中拱肋下弦钢管压应力值图图16 边拱肋下弦钢管位移图图17 中拱肋上弦钢管位移图图18 中拱肋下弦钢管位移图图19 边系梁位移图图20 中系梁位移图图21 工况1恒载作用下拱桥变形图8. 1. 2施工过程仿真分析大跨径钢管混凝土拱桥的施工都是分阶段逐渐完毕的，构造的最后成型必然会经历一种长期、复杂的施工过程以及构造体系的转换过程，这一过程也是构造形式及受力状态不断变化的过程。对桥梁施工中每个阶段进

39、行变形计算和受力分析，是桥梁构造施工监控中最基本的内容；同步，桥梁构造的最不利状态并不一定发生在成桥运营阶段，往往出目前施工阶段的过程中。构造的某些荷载如重力、施工荷载、预应力及吊杆索力等都是在桥梁施工过程中逐级施加和不断变化的，每一施工阶段都也许随着着混凝土收缩和徐变的发生、边界约束条件的变化、预应力的张拉、吊杆索力的张拉和调节。此外，后期构造的力学性能也与前期构造的施工状况密切有关，施工方案的调节和变化，将直接影响构导致桥的受力状态和构造线形。因此必须在既定的施工方案下，分析各施工阶段及成桥构造的受力及变形特性，为施工提供中间目的状态。为此，对蒲山大桥施工的每一阶段进行了跟踪模拟计算。根据

40、蒲山大桥的施工工艺流程，初步制定了蒲山特大桥重要施工控制模拟计算的施工阶段，见表1。采用大型有限元软件Midas/civil进行蒲山大桥施工过程的仿真分析，蒲山大桥有限元模型如图22所示，在施工阶段的仿真计算中，各阶段新安装的构件和荷载可以用Midas/civil软件里的激活单元和荷载功能，拆除的构件以及需要清除的荷载可以采用Midas/civil软件里的钝化单元和荷载功能。计算成果可以反映出蒲山大桥在各施工阶段的受力和变形状况，将对指引蒲山大桥的安全施工提供根据。 表1 有限元计算中重要施工阶段划分阶段号施工状态1搭设系梁和横梁支架，架设系梁、横梁，现浇系梁、横梁以及拱脚现浇段，张拉第1批钢

41、束，搭设拱肋支架，吊装各段拱肋和风撑2灌注边拱肋上弦钢管混凝土3灌注中拱肋上弦钢管混凝土4灌注边拱肋下弦钢管混凝土5灌注中拱肋下弦钢管混凝土6张拉第2批钢束，拆除拱肋支架7安装吊杆，按照设计图纸吊杆张拉顺序第1次调节吊杆索力8张拉系梁第3批钢束9拆除系梁和横梁支架，安装桥面板10第2次张拉吊杆，调节吊杆索力11张拉系梁第4批钢束12桥面系施工13第3次张拉吊杆，调节吊杆索力14安装其他附属设施图22 蒲山大桥有支架有限元计算模型1）各施工阶段应力分析控制各施工阶段截面的应力是桥梁施工控制的重要内容之一，在桥面系及拱肋的施工过程中，构造各截面应力必须控制在规范容许范畴内。应力计算成果如图23至图

42、28所示。图23 施工阶段边系梁1/2跨度截面应力图图24 施工阶段中系梁1/2跨度截面应力图图25 边拱1/4截面上弦钢管混凝土应力图图26 边拱1/4截面下弦钢管混凝土应力图图27 中拱肋1/4截面上弦钢管混凝土应力图图28 中拱肋1/4截面下弦钢管混凝土应力图从图23至图28中可以看出，在桥梁各施工阶段，边系梁和中系梁均以受压为主，最大压应力均在规范规定的范畴内，满足规范规定，系梁的压应力在第3次张拉吊杆以调节吊杆索力时达到最大，最大值为-10.2MPa。边拱肋和中拱肋在整个施工阶段以受压为主，符合规范的规定，随着施工阶段的进行，边拱肋和中拱肋的压应力不断增长，在第3次张拉吊杆以调节吊杆

43、索力时达到最大，钢管边沿最大压应力值为-87.6MPa，钢管中混凝土的最大压应力值为-10.2MPa，钢管和混凝土边沿所受到的压应力均满足规范规定的规定，同步拱肋上下缘的应力差别很小，拱肋受力状态合理。2）各施工阶段位移分析在施工过程中，构造自重、吊杆索力、预应力、温度、混凝土收缩、徐变等因素引起的桥梁位移是随施工历程而变化的，且多种影响因素的成果又耦合在一起，也许浮现桥梁线形与设计线形不一致的状况，对各个阶段施工进行构造变形计算是非常必要的。由于系杆梁施工前期有下部支架支撑，竖向位移量很小，当系杆梁下部支架拆除后，竖向位移迅速增长，当第3次张拉吊杆调节吊杆索力时，由于吊杆索力和系梁（边系梁和

44、中系梁）的预应力都引起系梁产生不同限度的反拱，在1/4截面，边系梁最大位移是3.65mm(竖向位移中“+”号表达向上位移，“-”号表达向下位移)，中系梁最大位移是28.84mm；在1/2截面，边系梁最大位移是16.38mm，中系梁最大位移是45.69mm，由于中系梁有双吊杆的作用，其反拱度比边系梁有所增长，如图29、图30所示。在桥梁施工过程中，由于吊杆及系杆梁预应力筋的作用，使得拱肋的位移变化复杂。从图29至图34可以看出，随着施工的进程，构造变位趋势大体相似，系杆梁预应力的存在可以有效地克制拱肋的竖向和横向变形，拱肋下部支架拆除后，随着吊杆索力和系梁预应力的张拉，拱肋的位移也相对有所增减，

45、到第3次张拉吊杆调节吊杆索力时，在1/4截面，边拱肋上弦钢管位移为-27.85mm，下弦钢管位移为-28.28mm，中拱肋上弦钢管位移为-35.38mm，下弦钢管位移为-35.86mm，上下弦拱肋钢管变形相差不到1mm，上下弦钢管仍然保持平行；在1/2截面，边拱肋、中拱肋的上下弦钢管相对变形相差不到1mm，上下弦钢管相对保持平行，符合设计规定。在施工阶段8，由于张拉系梁的第3批预应力束，使系梁浮现一定的反拱度，具有向上的位移，如图30所示，同步张拉的系梁预应力抵消了拱肋拱脚处产生的向外水平推力，并使拱肋拱脚有向内缩的趋势，使拱肋的向下位移变小，产生了向上的位移，如图31至图34所示。因此，在阶

46、段8浮现了向上的位移，线条不持续，有一种忽然向上的变化。在施工阶段9，由于拆除了系梁、横梁支撑以及安装了桥面板，增长了桥梁自重，减少了支撑，使系梁和拱肋的向下位移变大，如图29至图34所示。图29 施工阶段边系梁竖向位移图图30 施工阶段中系梁竖向位移图图31 施工阶段边拱肋上弦钢管竖向竖向位移图图32 施工阶段边拱肋下弦钢管竖向竖向位移图图33 施工阶段中拱肋上弦钢管竖向竖向位移图图34 施工阶段中拱肋下弦钢管竖向竖向位移图8. 1. 3蒲山大桥构造稳定分析1）成桥构造稳定分析根据蒲山大桥的构造特点，考虑最大荷载工况：恒载车道荷载（全桥）进行桥梁在成桥状态下的整体稳定性分析。运用第前面所建立

47、的蒲山大桥空间有限元计算模型，采用大型有限元程序Midas/Civil中的线性屈曲分析功能计算蒲山大桥的稳定性，蒲山大桥前6阶稳定安全系数和失稳模态图计算成果分别如表2。表2 蒲山大桥成桥稳定安全系数模态阶数特性值（稳定安全系数）失稳特性112.37 拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主,随着桥面稍微扭转，面外单波217.10 拱肋以第2阶横向弯扭屈曲为主，随着桥面反对称扭转，面外反对称双波318.64 拱肋以第3阶横向弯扭屈曲为主，随着桥面反对称扭转，面外反对称4波420.10 拱肋以第4阶横向弯扭屈曲为主，桥面无扭转，面外对称双波522.13 拱肋以第5阶横向弯曲侧倾屈曲为主,随着桥面稍微反对

48、称扭转623.92 拱肋以第6阶局部屈曲为主，桥面不动分析蒲山大桥在成桥状态下的前6阶稳定安全系数和屈曲模态图，可以得出如下结论：该桥第1阶稳定安全系数为12.37，不小于桥梁设计规范对拱桥稳定性规定（第一类稳定系数不小于4），符合桥梁设计规范规定。阐明拱肋之间的一字横撑和K撑把各根拱肋互相连接成整体，使拱肋具有较大的刚度；同步由于横梁、系梁以及桥面板共同构成一种整体桥面系，提供了桥面较大的横向刚度。两种措施使该桥具有较好的空间稳定性。 施工阶段稳定性分析2）施工阶段稳定性分析在蒲山大桥施工顺序基本上，对蒲山大桥的重要施工顺序进行合理划分，蒲山大桥重要施工阶段的划分如表3所示。根据划分的桥梁重

49、要施工顺序，对蒲山大桥进行施工阶段稳定性计算与分析，以保证桥梁施工期间的安全性，蒲山大桥各施工阶段第1阶失稳模态的稳定安全系数如表4所示，各施工阶段稳定安全系数如图35所示，从计算成果可以看出，蒲山大桥各施工阶段的第1阶失稳模态基本相似。由于桥梁设计规范没有对拱桥施工期间的稳定安全系数的数值进行明确规定，根据有关文献对拱桥稳定安全系数的研究成果，桥梁稳定安全系数的取值不适宜不不小于4，从蒲山大桥各个施工阶段的稳定性计算成果可知，在蒲山大桥各个施工阶段，与桥梁第1阶失稳模态相应的稳定安全系数均满足规定，桥梁施工稳定性处在安全状态。表3 蒲山大桥重要施工阶段划分阶段号施工状态1搭设系梁和横梁支架，

50、架设系梁、横梁，现浇系梁、横梁以及拱脚现浇段混凝土，张拉第1批钢束，搭设拱肋支架，吊装各段拱肋和风撑2灌注边拱肋上弦钢管混凝土3灌注中拱肋上弦钢管混凝土4灌注边拱肋下弦钢管混凝土5灌注中拱肋下弦钢管混凝土6张拉第2批钢束，拆除拱肋支架7安装吊杆，按照设计图纸吊杆张拉顺序进行第1次张拉吊杆，调节吊杆索力8张拉系梁第3批钢束9拆除系梁和横梁支架，安装桥面板10第2次张拉吊杆，调节吊杆索力11张拉系梁第4批钢束12桥面系施工13第3次张拉吊杆，调节吊杆索力14安装其他附属设施8.2 蒲山大桥施工监控的理论计算8.2.1 桥梁线形控制 1）桥面系标高线形控制通过蒲山大桥施工过程有限元模拟计算可知，吊杆

51、张拉力的调节对桥面系线形影响明显，在吊杆张拉过程中桥面系的标高仍有一定余地的调节量以保证成桥后线形与设计线形吻合。根据计算成果以及类似桥型的工程经验，同步还要结合下部支架的预压观测记录，考虑支架及地基的弹性和非弹性变形、后续施工对桥面标高的影响，系杆梁安装标高的计算公式为：系杆梁安装标高设计标高+ 设计预拱度+支架变形 （1）设计预拱度应考虑系杆梁混凝土收缩徐变、张拉吊杆引起的系杆梁向上的位移、系杆梁预应力束的张拉等因素的影响，支架的变形通过预压来观测其变形的大小。表4 蒲山大桥各重要施工阶段稳定安全系数施工阶段稳定安全系数失稳特性135.65拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲231.

52、03拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲327.93拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲423.60 拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲520.76拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲624.76拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲718.89拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲816.96拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲913.16拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲1013.15拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲1113.16拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲1213.06拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲131

53、3.05拱肋以第1阶横向弯曲侧倾屈曲为主，面外屈曲图35 蒲山大桥施工阶段稳定安全系数根据蒲山大桥施工过程计算成果，可推算出系杆梁纵向的安装标高，计算成果列于表5，横梁立模标高按相邻系杆梁位置的标高考虑横坡进行推算。表5 系杆梁纵向安装标高 （单位：m）桩号系杆梁安装标高系杆梁设计标高边系杆底标高边系杆顶标高中系杆底标高中系杆顶标高系杆底标高系杆顶标高217.5157.668161.268157.663161.263157.635161.235221.5157.688161.288157.681161.281157.641161.241225.5157.704161.304157.695161

54、.295157.646161.246229.5157.72161.32157.709161.309157.65161.25233.5157.733161.333157.72161.32157.653161.253237.5157.745161.345157.73161.33157.655161.255241.5157.755161.355157.738161.338157.657161.257245.5157.762161.362157.743161.343157.657161.257249.5157.768161.368157.747161.347157.657161.257253.5157

55、.772161.372157.749161.349157.657161.257257.5157.774161.374157.75161.35157.655161.255261.5157.775161.375157.75161.35157.652161.252265.5157.774161.374157.748161.348157.649161.249269.5157.772161.372157.744161.344157.645161.245273.5157.769161.369157.74161.34157.64161.24277.5157.764161.364157.734161.3341

56、57.635161.235281.5157.758161.358157.727161.327157.628161.228285.5157.75161.35157.718161.318157.621161.221289.5157.741161.341157.709161.309157.613161.213293.5157.731161.331157.699161.299157.604161.204297.5157.72161.32157.688161.288157.594161.194301.5157.708161.308157.675161.275157.584161.184305.5157.

57、695161.295157.662161.262157.573161.173309.5157.682161.282157.648161.248157.561161.161313.5157.668161.268157.634161.234157.548161.148317.5157.654161.254157.62161.22157.534161.134321.5157.639161.239157.605161.205157.52161.12325.5157.624161.224157.59161.19157.504161.104329.5157.608161.208157.574161.174

58、157.488161.088333.5157.592161.192157.558161.158157.472161.072337.5157.575161.175157.541161.141157.454161.054341.5157.557161.157157.524161.124157.435161.035345.5157.538161.138157.505161.105157.416161.016349.5157.518161.118157.485161.085157.396160.996353.5157.497161.097157.465161.065157.375160.975357.

59、5157.474161.074157.444161.044157.354160.954361.5157.451161.051157.421161.021157.331160.931365.5157.426161.026157.397160.997157.308160.908369.5157.4161157.372160.972157.284160.884373.5157.373160.973157.346160.946157.259160.859377.5157.344160.944157.319160.919157.233160.833381.5157.314160.914157.29160

60、.89157.207160.807385.5157.282160.882157.26160.86157.18160.78389.5157.248160.848157.228160.828157.152160.752393.5157.208160.808157.195160.795157.123160.723397.5157.167160.767157.16160.76157.093160.693401.5157.132160.732157.123160.723157.063160.663405.5157.097160.697157.085160.685157.032160.632409.5157.054160.654157.044160.644156.999160.599413.5157.