第 3 期（总第 192 期） 2017 年 6 月
中 ® f 威 * 荇
CHINA MUNICIPAL ENGINEERING
No.3 (Serial No.192)
Jun. 2017
DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2017.03.009
钢管混凝土系杆拱桥局部换索施工监控分析与研究
张秀永
(上海浦公检测技术股份有限公司，上海201201 )
摘要：以上海浦东新区申江路赵家沟桥局部吊杆更换工程为例，阐述系杆拱桥局部换索的施工监控的思路和方法，
对换索施工过程中桥梁标高控制进行详细阐述，对旧吊杆的索力测试和新吊杆的索力确定进行分析和研究，以保证换 索施工的顺利进行。
关键词：系杆拱桥；局部换索；施工监控；标高控制；索力测定中图分类号：U448.225.57
文献标志码：B
文章编号：1004-4655 ( 2017 ) 03-0030-04
上海申江路赵家沟桥主桥为下承式钢管混凝土 系杆拱桥（见图1 )。该桥计算跨径为85.0 m。该 系杆拱桥采用先拱后梁无支架施工方法，共三榀 拱肋，每榀各设有15根吊杆，间距为5 m，全桥 共有45根吊杆。中拱肋和边拱肋吊杆拉索分别由 SNS/S-II-7 x 127 和 SNS/S-II-7 x 91 低松弛镀锌钢 丝组成，直径分别为110 mm和95 mm，预应力钢 丝的标准强度为1 670 MPa，拱肋端为吊杆的固定 端，系梁端为张拉端，两端均采用冷铸锚。
图1系杆拱桥结构体系概貌
1监控目标与思路
对于原桥结构状态良好、吊杆索力分布合理的
该桥吊杆体系运营近14 a,接近现行规范规定 的20 a运营年限[1]。由于养护不到位、设计防水 不到位等因素，造成部分吊杆锚头严重锈蚀，危害 桥梁安全，故进行局部吊杆更换。
该桥采用临时索辅助法进行旧吊杆的更换 (见图2)，更换所用新旧吊杆材质、型号与旧吊 杆相同。
桥梁，局部吊杆更换可恢复到原桥状态。本次主要 监控施工过程中的控制测点标髙和新索张拉力，使 全桥线形及受力状态满足换索设计要求，即恢复到 原桥状态。
系杆拱桥吊杆更换施工控制目前多采用“标髙控 制为主，索力控制为辅”的控制思路[2]。然而，系杆 拱桥结构受力复杂，标髙变化同时受温度和测试误差 影响，对新吊杆索力的确定带来一定困难。所以，原 吊杆索力的测定，尤其是短吊杆索力的测定成为换索 是否成功的关键。在本次局部换索施工监控过程中， 采取对标高监测和原吊杆索力测定的双重控制，确保
收稿日期：2017-02-23
作者简介：张秀永（ 1982—），男，工程师，硕士，主要
从事桥梁检测与评估、施工监控、加固设计与施工等桥梁 技术咨询工作。
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牛威*朽
张秀永：钢管混凝土系杆拱桥局部换索施工监控分析与研究
2017年第3期
其准确性，为施工控制提供依据，满足设计要求。2
标高监测
温度对拱圈及桥面线形具有一定影响[3]。在换 索施工过程中，尽量选择温度变化较小的时间段
东拱/mm
9:00 ~ 14:30 14:30 ~ 19:00 (30 〜38 T：)(38 ~ 31 T )
-1.770.61
0.28-1.81
-1.270.57
-1.0.55
-1.610.32
0.31-0.630.57-0.380.52-1.550.74-0.620.58-0.410.41-0.620.12-1.350.78-1.091.23-0.941.22-0.68
(如夜晚）施工，减小温度影响。由于施工条件或 工期要求，白天施工不可避免，需要监测温度的影 响。本次换索施工前对桥面线形随温度的变化进行 监测，得到较好结果，为换索施工提供温度修正依 据。桥面线形受温度影响的测试结果见表1。
西拱/mm
9:00 ~ 14:30 14:30 ~ 19:00 (30〜38丈）(38 ~ 31 T )
0.61-0.872.85-2.231.88-0.18
-0.241.39
0.84-1.830.66-1.180.90-0.59
-0.460.78
-0.400.69
-0.740.61
-0.980.90
0.94-1.120.05-0.252.02-0.901.96-1.19
2.1温度影响
表1各拱肋吊杆处标高一天内随大气升降温过程中的变化情况
距拱脚距离/m
5
1015202530354045505560657075
中拱/mm
9:00 ~ 14:30 14:30 ~ 19:00 (30 ~ 38T：)(38〜31丈）
2.09-2.014.65-2.22
-1.324.35
3.85-1.053.85-1.65
-1.603.70
-1.553.61
3.19-1.103.50-1.033.01-1.553.12-1.934.17-1.413.68-1.583.51-2.503.63-0.77
由测试结果可知：系杆拱桥吊杆处桥面标高 随大气温度的升高而增大，随温度降低而减小。 对于中拱处桥面标髙，其升温过程标高变化较升 温后降温过程的标高变化大。升温后标高最大上 升0.581 mm/K，平均变化为0.449 mm/K。而升温 后降温，标高最大下降0.357 mm/K,平均变化为 0.222 mm/K。对于边拱处桥面标高，温度对标高 影响最大为0.356 mm/K，平均变化率0.142 mm/K。 2.2标高监测结果与分析
要实现换索施工的有效控制，需在每根吊杆
更换过程中对控制测点标高进行监测，并设置监 测控制目标，使控制测点标高的变化始终处于 合理控制范围。本次标高控制的预警幅值控制 在30 mm以内，如最短吊杆Z1和最长吊杆Z8 更换施工监控具体结果见表2~表5。在吊杆更 换过程中，中间最长吊杆Z8控制测点标高变化 幅度最大，为28.1 mm。拱脚处最短吊杆Z1更 换过程中，控制测点标高变化幅度均< 0.6 mm, 此时受温度误差影响大，导致标高控制难度增 大。
测点累计位移/mm
表2 Z1旧吊杆更换过程中控制测点标高监测结果
测点Z1Z2
临时吊杆张拉 临时吊杆张拉
至 514kN至 857 kN0.140.21
0.140.08
旧吊杆断丝
38根-0.13-0.07
旧吊杆断丝 25根-0.32-0.16
旧吊杆断丝 25根-0.26-0.4
旧吊杆断丝 25根-0.60-0.29
临时吊杆拉至 1 199 kN-0.45
-0.01
旧吊杆全部
割断-0.42-0.35
表3 Z1新吊杆张拉过程中控制测点标高监测结果
测点累计位移/mm
测点Z1Z2
新吊杆张拉至
514 kN-0.18
-0.07
新吊杆张拉至
857 kN0.100.23
临时卸载50%
-0.080.03
临时吊杆卸载完毕-0.23-0.12
新吊杆张拉至 1 199 kN0.00-0.23
新吊杆张拉至 1 370kN0.09-0.04
新吊杆张拉至 1 542 kN0.04
0.01
表4 Z8旧吊杆更换过程中控制测点标高监测结果
测点累计位移/mm
测点Z7Z8Z9X8
临时吊杆张拉 至 562 kN2.10
2.431.730.92
旧吊杆断丝 38根1.16
1.231.140.12
旧吊杆断丝 25根2.08
2.142.261.37
旧吊杆断丝 25根-0.12-0.090.07-0.33
临时吊杆张拉 至 970 kN1.45
1.501.750.37
旧吊杆断丝 25根
0.590.620.47-0.30
临时吊杆张拉 M1170 kN
0.91
1.000.-0.34
旧吊杆全部
割断0.08-0.250.07-0.
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张秀永：钢管混凝土系杆拱桥局部换索施工监控分析与研究
2017年第3期
表5 Z8新吊杆张拉过程中控制测点标高监测结果
测点累计位移/mm
测点
Z7Z8Z9X8
新吊杆张拉至
562 kN0.831.551.360.65
新吊杆张拉至
937 kN1.922.812.531.06
临时吊杆卸载50%
0.340.580.880.12
临时吊杆卸载完毕
-0.79-0.54-0.33-0.16
新吊杆张拉至
1 325 kN-0.29-0.050.060.14
新吊杆张拉至
1 590 kN0.590.620.47-0.30
本次换索过程中，各更换吊杆处的控制测点标 高随张拉吨位的变化率分别见图3和图4。从中拱 肋各吊杆更换的标高控制结果可知，在旧吊杆卸载 或新吊杆张拉过程中，千斤顶每张拉It控制测点 标高的变化值最大为0.043 mm，最小为0.004 mm。 随着更换吊杆距拱脚的距离增大而增大，其中最长 吊杆Z8更换过程中控制测点标髙变化值最大，而 短吊杆处标高变化对张拉荷载并不敏感。对于短吊 杆更换，采用标高控制为主的方法必然增大此处索 力误差。
3索力监测
3.1原吊杆索力测试3.1.1索力测试方法
对于系杆拱桥局部吊杆更换，其原吊杆力的测 定也是换索能否成功的关键。原吊杆索力测试结果 是确定新吊杆张拉力的主要依据，索力测试的准确 与否直接关系到系杆拱桥换索施工控制的有效实 施，因此必须准确测定原吊杆索力。本次在该桥局 部换索过程中，对吊杆原索力的测定主要采用3种 方法[4]:频率测定法[5]、应变测试法和现场张拉法。 各种测试方法均具有一定的局限性，现场施工控制 应根据需要选取合适的索力测试方法。3.1.2边吊杆索力测试
对于边吊杆（短吊杆），应变测试法测得各钢 丝应变存在较大不均匀性+6]，索力测试结果严重 偏离真实值，频率测定法对边吊杆索力几乎失效。 同时，由于近拱脚处标髙对吊杆索力的变化并不 敏感，较小的标高变化即会产生较大的索力偏差，
图3中拱肋各旧吊杆卸载过程中控制测点标高变化率曲线
给新吊杆索力的确定带来较大困难。本次采用现 场张拉的方法对边吊杆的索力进行测试。测试结 果表明[6]，现场张拉法能够较为准确地测定系杆拱 桥边吊杆的索力值，具有较好的运用价值。3.2索力监测结果与分析
标高监测过程中，对吊杆力进行监测。Z8吊 杆监测结果见表6、表7。由监测数据可知：吊杆 更换过程中，吊杆力的变化与标髙变化基本一致， 仅在较小的幅度内变动。吊杆力的监测，为新吊杆 索力确定提供依据，有力保证标高控制的准确性。
表6 Z8旧吊杆更换过程中吊杆力监测结果
实测吊杆力/kN
吊杆号
初始状态
Z7Z8Z9
170115731701
临时吊杆张拉 旧吊杆断丝
562 kN38根
15141 4201514
1 637—1637
旧吊杆断丝
25根
1669—1701
旧吊杆断丝 临时吊杆张拉 旧吊杆断丝 临时吊杆张拉 旧吊杆全部 25根970 kN25根970 kN割断
1701—1766
1 637—1637
1 669—1733
1 637—1669
1669—1733
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张秀永：钢管混凝土系杆拱桥局部换索施工监控分析与研究
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表7 Z8新吊杆张拉过程中吊杆力监测结果
吊杆号
Z7Z8Z9
初始状态
1 701—1798
新吊杆张拉
562 kN15146791514
新吊杆张拉
937 kN145410481484
汗力/kN实测吊4
临时吊杆卸载 临时吊杆全部
50%卸载
16061 1701637
1 7331 3191798
新吊杆张拉
1 325 kN170114071798
新吊杆张拉
1 590 kN166915901669
张拉结束后
1 63716221669
4控制结果与分析
每根吊杆更换施工的精确控制，是实现桥面线
值得探讨和研究。4.2索力控制 4.2.1新吊杆索力确定
对于本次局部换索施工，新吊杆的索力应根据 换索过程中标髙控制情况、原吊杆索力测试结果及 换索设计目标而定。新吊杆索力的准确确定，是换 索施工控制目标得以实现的保障。本工程新吊杆索 力确定主要遵从如下原则。
1 )按测定的旧吊杆索力值为确定原则。2) 3)
以标局控制确定索力原则，按标局控制满 标高和索力测试因受温度等因素影响较大
足设计或工程精度要求，确定新吊杆索力。时，以设计索力作为参考。按设计索力值确定新吊 杆索力原则，尽量满足索力测试值和标高控制在合 理偏差范围内。
4.2.2索力控制结果与分析
本次吊杆更换工程监控中，尊重“标高控制为 主，索力控制为辅”的原则，采取双重控制的思路。
其中，中拱处更换吊杆的索力实测值见表8。
Z6
151019282 049-6.3
Z7151019071513.7
Z81 5101 874162213.4
Z91510180817055.7
Z1015101 8741914-2.1
Z11151019312 005-3.8
4.1桥面线形控制
形的总体控制目标。各控制测点桥面标高的变化情 况将反映换索后桥梁整体结构状态是否受到影响， 桥面线形是否产生改变，或是否处于合理状态。换 索前后桥面线形变化测试结果见图5。
图5中拱处吊杆更换前后桥面线形曲线图
监测结果表明，全桥更换完成前后各测点桥面 标高的变化均在2.0 mm以内，桥面线形基本未变， 实现设计的总控目标。但部分节点（如Z14吊杆） 处桥面线形曲线欠平滑，本工程前期并未考虑对其 进行线形或索力局部优化，致使该处稍有不足，并
吊杆号
设计合理索力/kN更换前吊杆力/kN更换后吊杆力/kN相对误差/%
Z11510—1417
—
表8中拱肋处吊杆更换前后吊杆力实测值及设计合理索力值
Z31 5102 0332 087-2.7
Z515102 0011 8318.5
由监测数据可知：吊杆更换前后，索力相对误差最 大达13.7%，而全桥线形标高变化< 2.0 mm，标 高控制和索力控制目标确实存在较大偏差，表明该 类桥梁换索施工双重控制的必要性。5
结语
在过去的工程建设实践中，系杆拱桥得到较多 应用。由于运营时间达到设计年限，或因养护、设 计防水不到位等因素造成吊杆严重锈蚀，危害桥梁 安全。又因该类桥梁受力复杂，技术难度大，给吊 杆更换带来一定的难度。
本文通过对申江路赵家沟系杆拱桥局部换索工 程施工监控的分析与研究，理清此类工程施工监 控的思路和方法，阐述标高和索力双重控制的必要
性，指出工程前期换索方案未考虑线形或索力局部 优化的不足，为该类桥梁局部换索设计与施工提供 较好的借鉴。参考文献：
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