摘要：悬链线拱肋施工是在桥梁施工中应用比较广泛的一种技术，本文结合澧河大桥的工程实例，对悬链线拱肋施工测量特点与难点以及具体的施工方案和技术等方面进行了分析研究。
关键词：澧河大桥悬链线拱肋施工;特点;原理;技术
Abstract: Rib construction of the catenary is used widely in bridge construction technology, this paper combine with the Li River Bridge project examples, analyzed the catenary rib construction of measurement characteristics and difficulties as well as specific construction program and technology.
Key words: Li River Bridge catenary arch rib construction; characteristics; principle; technology
中图分类号：TU195+.3 文献标识码： A 文章编号：2095-2104(2012)03-0020-02
一、工程概况
澧河大桥位于漯河市区西南部，起点位于太行山路澧河北岸河堤，终点位于澧河南岸河堤，与澧河河道基本正交。两端桥头与南北两侧的现有道路衔接。
澧河大桥为(20m空心板+3x64上承式箱型肋式拱桥+4x20m空心板)，桥梁全长297.12m。桥面宽30m，由上、下引分离，宽度为14.85m的两个相互独立的3孔拱桥或引桥组成。主桥桥面板及引桥主梁采用装配式预应力混凝土空心板，下部2、3号桥墩采用矩形实体墩，其余用柱式墩、肋板式桥台。为了抵消拱脚水平推力，在1、4号桥墩拱脚处设置抗推沉井，沉井采用钢筋砼框架结构。
主拱的原施工方案为：箱型肋式拱采用工厂分段预制，缆索安装拱肋，桥墩处对称施工，合拢后形成多孔拱肋，然后进行现浇接缝及肋间横系梁、拱上建筑、桥面板等的施工。施工工艺复杂，施工精度及施工控制要求较高，尤其是主桥缆索施工期间，施工时安全风险相对较大，考虑到工期影响及施工风险，我单位提出将主桥施工方案由预制吊装方案改为满堂支架现浇方案，并提出了满堂支架现浇型拱肋砼施工方案。对此，甲方组织设计、监理、施工单位等部门进行了专门的会议讨论。会议最后决定，将拱肋施工方案改为满堂支架现浇方案。
二、测量控制的特点与难点
澧河大桥采用单孔净跨60m的箱型钢筋混凝土上承式拱，共3跨，净矢跨比为1/6，主拱轴线为无铰悬链线，拱轴系数m=1.926。拱肋为等截面钢筋混凝土箱形结构，横桥向共4道箱肋(每幅桥2道)。箱肋1.4m等高度，顶底板总宽3.5m。拱肋拱顶预拱度为=L/800=7.5cm，其余各点预拱度按照二次抛物线进行分配。
该拱桥跨径、矢高都较大，因是跨河施工，现场控制难度也较大，浇筑方案变更为现浇后，需在现场测量控制的要点、难点、精度等都大大增加，可以说大桥的拱肋测量为大桥测量中重点，为了减少测量成本，提高测量效率，在充分利用工地现有测量仪器的基础上并结合拱肋施工的所有工序进行优化分析后，制定了如下测量计算方案：
1、 用excel软件编制程序表格计算拱肋数据，再在现场测放1：1地胎大样，比照大样对拱肋上的各种模板进行加工制作;
2、 在卡西欧4850计算器上编制拱肋施工测量程序，用以配合拓普康102N全站仪进行现场测量控制;
3、 用autocad软件绘制1：1比例拱肋图，来复核验算编好的excel表格程序及在卡西欧4850上编好的测量程序。同时还可以辅助计算拱肋上不宜计算的数据。
三、方案实施
1、内业计算
l 拱肋计算主要数学模型：
拱轴悬链线计算公式：Y=f/(m-1)*(ch(k*ξ)-1)
拱轴预拱度计算公式：△F=-△f (1-4X2/L2)
拱轴任一点水平倾角：φ=argtg(2fKshKξ/L/(m-1))
其中：拱轴系数m=1.926 计算矢高f=10.141
预拱度△f=0.075 计算跨径L=60.843
系数ξ=X/(L/2)
l 编制Excel辅助计算程序表格(表格见后附表1)
表格中的相对坐标系是以没设预拱度的拱轴跨中为原点，水平指向拱脚的方向设为X正方向,竖直指向地面的方向设为Y的正方向。在进行地胎放大样和计算脚手架架高尺寸时表格中的数据可以根据实际需要而方便的进行数据加减调整。
|
漯 河 市 澧 河 大 桥 拱 圈 相 对 坐 标 计 算 表 |
|
|
|
拱顶 |
|
|
|
|
|
1/4L |
|
|
|
|
|
拱脚 |
|
|
N |
0 |
1' |
2' |
3' |
4' |
5' |
6' |
7' |
8' |
9' |
10' |
11' |
12' |
|
1/2计算跨径 |
L/2 |
30.4215 |
|
失跨比 |
R |
1/6 |
|
计算失高 |
f |
10.1410 |
|
设计拱轴系数 |
m |
1.9260 |
|
拱圈厚度 |
D |
1.4000 |
|
拱顶预拱度 |
Δf=L/800 |
0.0750 |
|
K系数 |
k=ln(m+(m^2-1)^0.5) |
1.2731 |
|
横坐标 |
X=L*N/24 |
0.0000 |
2.5351 |
5.0703 |
7.6054 |
10.1405 |
12.6756 |
15.2108 |
17.7459 |
20.2810 |
22.8161 |
25.3513 |
27.8864 |
30.4215 |
|
ξ系数 |
ξ=X/(L/2) |
0.0000 |
0.0833 |
0.1667 |
0.2500 |
0.3333 |
0.4167 |
0.5000 |
0.5833 |
0.6667 |
0.7500 |
0.8333 |
0.9167 |
1.0000 |
|
拱轴上任点水平倾角 |
φ=argtg(2fKshKξ/L/(m-1)) |
0.0000 |
2.7890 |
5.5961 |
8.4383 |
11.3315 |
14.2888 |
17.3205 |
20.4323 |
23.6254 |
26.8952 |
30.2313 |
33.6173 |
37.0313 |
|
未设预拱度拱轴纵坐标 |
y=f/(m-1)*(ch(k*ξ)-1) |
0.0000 |
0.0617 |
0.2475 |
0.5594 |
1.0011 |
1.5774 |
2.2948 |
3.1615 |
4.1872 |
5.3835 |
6.7638 |
8.3437 |
10.1410 |
|
未设预拱度拱腹纵坐标 |
yf=y+D/2/cosφ |
0.7000 |
0.7625 |
0.9508 |
1.2671 |
1.7150 |
2.2997 |
3.0281 |
3.9085 |
4.9513 |
6.1684 |
7.5740 |
9.1843 |
11.0179 |
|
未设预拱度拱顶纵坐标 |
yd=y-D/2/cosφ |
-0.7000 |
-0.6391 |
-0.4559 |
-0.1482 |
0.2871 |
0.8550 |
1.5616 |
2.4145 |
3.4232 |
4.5986 |
5.9536 |
7.5031 |
9.2641 |
|
预拱度 |
△F=-△f (1-4X2/L2） |
-0.0750 |
-0.0630 |
-0.0521 |
-0.0422 |
-0.0333 |
-0.0255 |
-0.0187 |
-0.0130 |
-0.0083 |
-0.0047 |
-0.0021 |
-0.0005 |
0.0000 |
|
设预拱度拱轴纵坐标 |
Yz=Y+△F |
-0.0750 |
-0.0013 |
0.1954 |
0.5173 |
0.9678 |
1.5519 |
2.2761 |
3.1485 |
4.1789 |
5.3788 |
6.7618 |
8.3432 |
10.1410 |
|
设预拱度拱顶纵坐标 |
Yd=yd+△F |
-0.7750 |
-0.7021 |
-0.5079 |
-0.1904 |
0.2538 |
0.8295 |
1.5429 |
2.4015 |
3.4149 |
4.5939 |
5.9516 |
7.5026 |
9.2642 |
|
设预拱度拱腹纵坐标 |
Yf=yf+△F |
0.6250 |
0.6995 |
0.8988 |
1.2249 |
1.6817 |
2.2742 |
3.0094 |
3.8955 |
4.9430 |
6.1637 |
7.5719 |
9.1838 |
11.0179 |
附表1：Excel辅助计算程序表
l 卡西欧4850计算器测量程序
程序：LHGLCL
“F=”:F=10.141：
“M=”:M=1.926：
“L=”:L=60.843：--------------------------------(设定大桥拱肋参数值)
“D=0 OR 1”:{D}:◢----------------(D=0时不设预拱度，D=1时设预拱度)
A=F÷(M-1)：S=L÷2↙
Lbl 0: {X}:
X<30.844=> Goto 2: ≠> Goto 3Δ↙-----------------------(选用坐标系统)
Lbl 3:
Abs(X-271)=<30.843=>X= Abs(X-271)：Goto 1Δ↙
Abs(X-335)=<30.843=>X= Abs(X-335)：Goto 1Δ↙
Abs(X-399)=<30.843=>X= Abs(X-399)：Goto 1Δ↙----(条件选择里程数)
Lbl 1:X<30.844=> Goto 2: ≠> Goto 0Δ↙
Lbl 2:B=-D*0.075*(1-4X *X÷L÷L)↙
K=Ln(M+√(M2-1))↙
Z=(e(KX÷S)+1÷e(KX÷S))÷2↙
Q=tan-1(2F*K*sinh(K*X*S)÷L÷(M-1)): --------(计算拱轴任一点水平倾角)
“Y=”:Y=A(Z-1)+B◢------------------------(相对坐标系的拱轴纵坐标)
“YD=”:G=Y-0.7÷cosQ◢----------------------(相对坐标系的拱顶纵坐标)
“YF=”:H=Y+0.7÷cosQ◢----------------------(相对坐标系的拱底纵坐标)
“64.75-Y”:I=64.75-Y◢----------------------(施工坐标系的拱轴纵坐标)
“64.75-YD”:J=64.75-G◢---------------------(施工坐标系的拱顶纵坐标)
“64.75-YF”:N=64.75-H◢---------------------(施工坐标系的拱底纵坐标)
Goto 0
注:
m——拱轴系数
f——计算矢高
B——预拱度
L——计算跨径
X、Y——建立的相对坐标系上的数值
该程序在现场测量时输入任意相对坐标系及施工坐标系中的横坐标值，都能相应的求得拱轴、拱顶和拱底的相对坐标系和施工坐标系中的纵坐标值，可大大提高了工地现场测量计算的精确度和效率。
l Autocad绘制拱肋图，
为了快速精确的绘制出拱肋的acad图像，我们在这里引用一个lisp函数程序: Cfor.lsp---公式曲线,输入公式即可在acad中自动绘制出该公式的几何曲线。根据需要从前面的数学模型中可以得出以下在cfor程序中需要的公式组：
1. X(t)=t
2. Y(t)=10.141/0.926*(EXP(0.04185*t)/2+1/EXP(0.04185*t)/2-1)-0.075*(1-4*t^2/60.843^2)
输入以上公式调节线段密度后即可得到拱肋图像，附图如下：
至此，拱肋图主要曲线模型已在autocad中绘制出来，在上图中增加相关线条后就可复核上述excel表格程序及卡西欧4850测量程序，当遇到计算拱肋上其他复杂的数据时还可以用上图辅助计算。
2、外业施工
l 地胎放1：1大样
放大样是大桥拱肋制施工工艺中的一道至关重要的工序。从事放样的技术人员必需熟悉图纸，熟悉技术要求，认真逐一对图纸上需要展开的各构件尺寸和方向进行绘制和核对。为了提高放样的效率和准确度，我们采用加密网格法放样，用全站仪测相对坐标辅助校核的方法来进行地胎放大样。
测量用具有：全站仪、水准仪等精密测量仪器以及钢带、钢尺、水平尺、量规、线绳等量具。
先用Excel计算需放样的加密数据表格，再在现场做好的混凝土地胎上用全站仪测设相对坐标系的主要数据点，进行误差分析改正后用钢尺量出拱肋上的特征点，最后再用全站仪校核特征点的偏差，若偏差值较大则重新进行放样，直到偏差在要求范围内为止。(大样图参考上述拱肋放样图)
l 脚手架布设
拱肋施工改用现浇法后，满堂脚手架的布设可以说是施工工序的一大项，必须准确，高效的计算出脚手架布设位置和所需数量才能使该工序合理地，有秩序地进行。
首先还是借用Excel辅助计算表格，把脚手架顺桥向布置的尺寸赋予表格中的横坐标，再在计算出的拱底纵坐标的基础上进行调整可得到所需架高值。
脚手架架高计算表：
|
澧 河 大 桥 拱 圈 脚 手 架 架 高 数 据 表 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
架子序号 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
23 |
22 |
21 |
20 |
|
横坐标 |
25.20 |
24.30 |
23.40 |
22.50 |
21.60 |
20.70 |
19.80 |
18.90 |
18.00 |
|
设预拱度拱腹纵坐标 |
7.482 |
6.964 |
6.471 |
6.002 |
5.556 |
5.132 |
4.731 |
4.352 |
3.993 |
|
（一、二跨）拱腹高程 |
57.268 |
57.786 |
58.279 |
58.748 |
59.194 |
59.618 |
60.019 |
60.398 |
60.757 |
|
架高（地面高55.17） |
1.87 |
2.39 |
2.88 |
3.35 |
3.79 |
4.22 |
4.62 |
5.00 |
5.36 |
|
相邻脚手架高差 |
0.52 |
0.49 |
0.47 |
0.45 |
0.42 |
0.40 |
0.38 |
0.36 |
0.34 |
l 模板加工及安装
拱肋的模板加工是以地胎大样为基础的，需加工的模板主要有纵方木、侧模等。
纵方木加工时，把方木上部按照大样底弧线段进行对照加工，以使放在其上的底模安装时少量调整就能满足拱肋测量要求。纵方木安装时是直接测量其两端坐标，为了减少测量计算，在测量纵方木安装坐标时在其段部测点放置相似底模尺寸的模具，再用卡西欧4850测量程序配合全站仪测量，可以大大提高测量的准确度和效率。在纵横方木安装完后进行底模铺设，底模的测量也是用卡西欧4850测量程序配合全站仪测量，由于前面纵方木的精确测量控制，底模安装时与设计值偏差就较小，偏差超过要求时调整满堂架的掌托直至偏差符合要求。
侧模加工也是在大样图的基础上进行，由于成型模板尺寸为2.44米×1.22米，所以加工侧模板时，顶弧段尺寸选择2.44，底弧段尺寸根据弧段实际位置进行调整，这样可以减少浪费，也易于加工。在上述拱肋acad模型图的基础上我们可以快速准确的计算出侧模上下弧段的比较图。
四、主要特点：
1、在黄河系统内的拱桥施工中率先提出完整的悬链线型拱桥测量计算方案;
2、用电算化与测量计算相结合的理论，使工程测量计算达到事半功倍;
3、编制切实可行的现场控制测量程序，使外业测量施工达到高效化和精确化。
五、应用及效益
该方案在我项目上的实行，使我部在测量控制上减少额外投入，且减少了拱肋施工过程中的盲目投资，让我们在拱肋施工过程中做到有理有据，有选择性的施工，并为我公司的今后发展，积累丰富的施工经验，这些都是用金钱难以衡量的。
六、经验总结
节约成本，降低造价，提高效率，在现有施工条件的基础上大胆论证各种可行的施工方案，择优选取。
期刊VIP网，您身边的高端学术顾问
文章名称：
悬链线拱肋施工测量的原理与技术
文章地址：
http://www.qikanvip.com/luqiaojianshe/4864.html
