摘 要

本论文对灌河特大桥钢桁梁桥的平行弦桁架线性的施工监控研究，旨在阐述国内施工监控的几种最新的监控方法，并在此基础上提出一些新的施工监控理论与思维，为施工监控理论的发展与完善作出一定的贡献。利用Midas模型计算，模拟桥梁的建设过程，得出各个施工阶段的应力应变理论值，用全站仪、水准仪、振弦式应变计、动态信号采集分析器等仪器对桥梁的轴线、挠度，弦杆的应力，拉索的拉力进行测量，用测得的实际值与模型计算理论值进行比较，将比较结果反馈给施工及监理单位。该桥施工监控过程中，应力测量值远程读取、索拉力无损检测的成功运用，为以后桥梁的施工监控增加了经验；用简化的简支悬臂模型计算配重的方法，及在梁端上锚固贴应变计防止桥梁倾覆的措施为桥梁的抗倾覆问题提出了新的理论和方法，对以后施工监控具有参考价值。

关键词：钢桁梁，施工监控，Midas建模，应力应变监测

Abstract

In this paper, linear monitoring research of parallel chord truss construction about Guan river bridge, an extra-large steel truss bridge, expounds several latest monitoring methods in China. And based on this research, advances some new construction monitoring theory and thinking. It makes a certain contribution for the development of the theory and consummation of construction monitoring. Simulating the bridge construction process , Midas model is used to calculate to get each construction stage of stress and strain the theoretical value. by measurement of the axis of the bridge, deflection, stress of the chord, cable tension with total station, the level, the vibrating string type strain gage, dynamic signal acquisition analyzer instruments, respectively, compare the theoretical value with measured actual value, to feedback the comparison results to construction and supervision units. In the process of the bridge construction monitoring, the successful use of remote reading of stress measurements and cable press of nondestructive testing, increases the experience for the construction of the bridge later. A simply supported cantilever model is simplified to calculate balance weight; Strain gauge is stick on the beam end anchorage to prevent bridge overturned, they put forward the new theory and method for bridge resistive overturning problem, they have a reference value for future construction monitoring.

Keywords: Steel truss beam, Construction monitoring, Midas modeling, Stress and strain monitoring

目录

第1章 施工监控的目的、意义及国内外研究现状 1

1.1 目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

第2章 灌河大桥工程概况及施工过程简述 4

2.1 工程概况 4

2.2 施工过程简述 4

第3章 监控的内容、原理和方法 7

3.1 监控内容 7

3.1.1 几何（变形）监控 7

3.1.2 应力监控 7

3.1.3 稳定控制 7

3.2 监控原理 8

3.2.1 应变器的布置及工作原理 8

3.2.1.1 应变器的布置 8

3.2.1.2 应变器的工作原理 9

3.2.2 高程及轴线监控 12

3.2.2.1 监测测点布置 12

3.2.2.2 平行桁架线形控制方法 13

3.2.2.3 平行桁架线形和挠度监测 13

3.3 监控方法 15

第4章 应力、轴线、高程（挠度）和稳定性监控 23

4.1 前8个节间监控过程 24

4.2 第8-16节间监控过程 29

4.3 斜拉索及吊索塔架监测 40

4.3.1 斜拉索拉力监测 40

4.3.2 扣塔内力及变形监测 41

4.4 稳定性控制 42

第5章 总结 46

第1章 施工监控的目的、意义及国内外研究现状

1.1 目的及意义

随着桥梁建设的发展，对桥梁施工安全、施工最终状态精度要求越来越高。这一发展趋势，促进了施工监控理论的发展，也对施工监控理论提出越来越高的要求。施工监控以成桥状态达到设计要求为目标，对桥梁的施工过程进行实时的监测，把实时监测结果与理论结果进行对比，找出其中的误差，并对误差进行分析、识别、调整，使误差控制在理论误差限内，通过每一个施工过程的严格控制，从而保证施工过程的安全、施工最终状态的线性和应力达到理论值的要求。

1.桥梁施工监控提高了桥梁的施工质量。衡量一座桥梁的施工质量的标准就是设计成桥状态的受力及线性满足理论值要求，这就要求在施工监控过程中对每步的施工过程进行严格的控制，以确保最终施工阶段的质量。目前，桥梁计算机软件的应用非常普遍，如有限元软件MIDAS和ANSYS，可采用多种方法对施工过程进行模拟，进而计算出各个施工阶段的理论位移值和内力值。计算机软件越来越成熟的运用为施工监控提供了很好的理论参考。

2.桥梁施工监控为桥梁的安全建设提供了保障。桥梁的施工过程中，有很多的不可控因素，如天气的影响，施工误差等。天气的影响和施工误差的积累就有可能造成施工过程中危险因素的存在。通过对施工过程的杆件应力和轴线的实时监控，能快速方便的找到危险源，并防止其发生。另外，通过一些监控措施，还能有效的防止桥梁的倾覆。

3.桥梁施工监控在桥梁运营中的安全性和耐久性扮演了越来越重要的角色。随着全国范围内汽车数量及货车吨位的增加，荷载等级、交通流量、行车速度等必然提高，一些偶然的环境因素对桥梁也会造成影响。因此在桥梁的施工监控过程中预留长期监测点，将为桥梁成桥状态的健康状态作出合理的评估。

施工控制最重要的目的是确保施工中结构的安全，桥梁线形符合设计要求。具体表现为：钢桁架结构的内力分布合理，有足够的稳定性，变形控制在允许范围内，并保证安装过程顺利合拢，符合施工过程各相应阶段线形状态和最终成桥状态。对桁架安装施工，拟实行信息化施工监测监控，在施工过程中布置监测监控系统，从现场量测钢桁架各控制截面的工作状态信息，并根据这些信息及时发现异常情况，并做出预警和规避，同时用来指导施工决策，修正和确定新的参数，指导安装过程，确保施工质量及施工的顺利进行。本桥施工监控的原则是稳定性、变形、内力控制综合性地加以考虑实施。

灌河特大桥采用连续钢桁梁柔性拱桥结构形式，与同类型桥梁相比，具有跨度大，施工复杂，铁路荷载较大等特点。施工监控的目的表现在诸多方面，包括：根据铁路桥涵设计有关规范进行结构验算，对施工方案模拟分析，对其可行性做出评价，并提出合理建议；通过实时监测施工过程结构的应力、温度、几何状态，有助于提出施工调整值，确保结构应力、线形符合设计要求，并提供安全预警；协助各方对工程建设提出合理建议；施工监控成果可为桥梁交竣工验收提供重要依据；施工监控信息可反应结构从施工到使用阶段的全过程信息，是后期结构管理、维护、评估的重要内容，是今后养护维修的最重要档案。最后为验证桥梁结构设计与施工分析理论，积累一线科学数据，具有十分重要的现实意义。

1.2 国内外研究现状

国外对桥梁事业的发展比较靠前，对桥梁的施工监控理论的研究关注比较早。相比而言，日本对施工监控理论应用的比较成熟。早在20世纪80年代初，日本就对施工过程中的应力和扰度有了成熟的监控系统，在80年代后期，日本对自动监控技术的成功运用，加快了施工进度，更将施工监控理论与施工监控技术推向了一个新台阶。此后，日本针对斜拉桥，以现场微机为主要技术手段，建立了斜拉桥施工的双控系统，步步完善该监控理论。在国外，早些年间，施工监控理论就已成为施工过程中的必须环节，由于我国对施工监控理论的研究和应用起步比较晚，目前在施工监控领域与国外还有一定的差距。总体而言，我国差距体现在监控手段落后，监控方法单一，监控的精度不高，监控效率比较低，还有就是监控理论不够完善，对一些影响施工精度的因素研究的不够透彻。但在20世纪80年代，国内已经注意到了施工监控技术的重要性，并将预拱度的设置和应力调整应用到施工过程中。近些年来，国内已经把线性监控，应力监控和稳定性监控运用到施工过程中，随着不断地研究与深入，对计算机软件的成功运用，我国监控理论在慢慢向远程控制、快速对比等智能化监控发展。近几年来，施工监控理论，在国内的大桥施工中都起到了举足轻重的作用。

目前，国外已经在桥梁的服役状态中的监控有了很好的发展，随着我国交通事业的发展，汽车数量会不断的提高，建设桥梁的数量会不断的增加。对已建好桥梁的服役期的健康监测，将是我国监控理论发展的又一个新领域。

第2章 灌河大桥工程概况及施工过程简述

2.1 工程概况

灌河特大桥主桥全长468m，为120 228 120m 三跨连续钢桁柔性拱桥，双线铁路，线间距4.4m，边跨为平行桁梁，中跨为刚性梁柔性拱桁梁。主桁为N 形桁式，平弦桁高15m,节间长12m 和13m，边跨及中跨的6 个节间为12m。中跨靠近中支点的6 个节间为13m。中支点下设加劲腿，加劲腿至下弦杆中心距离为15m，加劲腿与下弦间直线过渡，边跨为两个节间，中跨为一个节间，柔性拱肋按圆曲线布置，矢高为69m，矢跨228m，矢跨比是1/3.3，以折代曲。平弦上拱高39 米，下弦平面采用正交异形钢桥面板，钢桥面板与带整体节点的主桁下弦杆通长联结，共同承受主桁内力。本桥桥型图见图2-1。

图2-1主桥桥型图（单位：cm）

2.2 施工过程简述

114#、115#墩及116#、117#墩之间边跨采用膺架法施工，115#～116#墩间主跨采用吊索塔架悬臂施工，架设方向为从河堤两岸向跨中施工，最后跨中平行合拢；合拢后从跨中向两边对称施工柔性拱，最后在拱脚合拢柔性拱。如图2-2所示。

图2-2 主桥施工示意图（单位：cm）

施工步骤：

1. 利用龙门吊机安装前三个节间E1-E3 钢梁；
2. 锁定边墩临时支座的水平位移；
3. 利用龙门吊，在已安装好E1-E3 钢梁上安装架梁吊机、下桥面铺设轨道及运梁台车；
4. 架设钢梁E4至E7 节间,同时在E1-E3 节间配重；
5. 继续架设钢梁E8至E12 节间,同时在边跨配重；
6. 拆除临时支架，中墩临时支座锁定水平位移，同时解除边墩临时支座为临时活动支座；
7. 架设钢梁至 E17 节间,同时在边跨配重；
8. 架梁吊机退回至E3-E4 节间，长臂杆的架梁吊机安装吊索，安装缆风绳；
9. 架梁吊机前移，在A2、A14 处挂索，前后拉索张拉，松掉缆风绳；
10. 继续架梁至合拢口（一侧E18、E19，另一侧E18’），并调整索力；
11. 通过边墩、主墩的起顶及纵横移装置，调整合拢口达到合拢精度，实现平行弦合拢；
12. 两主墩其中一个解除临时固定支座为临时活动支座；
13. 架梁吊机后退拆除吊索塔架，再前移准备安装柔性拱；
14. 从115#墩向116#墩方向逐段安装拱肋及吊杆，吊杆间安装临时横联及主桁平面内临时连杆；
15. 继续安装拱肋及吊杆至拱脚，合拢口设在116#墩拱脚；
16. 利用边墩起顶装置落梁及合拢口千斤顶设施，调整合拢口精度，实现拱肋合拢；
17. 拆除合拢千斤顶、临时设施；拆除架梁吊机，依次拆除梁上临时连接杆件；
18. 调整各支点标高至设计值；
19. 拆除临时支座，安装永久支座；
20. 完成钢桁梁架设。

第3章 监控的内容、原理和方法

3.1 监控内容

3.1.1 几何（变形）监控