研究钢管混凝土系杆拱桥施工控制

摘要：在现代桥梁工程发展进程中，钢管混凝土系杆拱桥因出色的结构性能、美学价值和经济性，在城市、公路桥梁中广泛应用。这种桥型结合钢材抗拉与混凝土抗压特性，结构高效稳定。但因其体系复杂，施工控制成为建桥关键。精准施工控制能保障施工安全，防止结构变形、坍塌，确保成桥线形符合设计，保障通行舒适，还能优化桥梁受力，提升耐久性，降低维护成本，推动桥梁技术进步，助力基础设施可持续发展。

关键词：钢管混凝土系杆拱桥；施工控制；线形控制；应力控制

1钢管混凝土系杆拱桥施工控制概述​

施工控制是指在施工中实时监测结构的变形、应力、温度等参数，经分析后运用科学手段优化施工过程。它贯穿施工前预测、施工中监测调整及施工后评估全程，能及时纠正偏差，保障施工与桥梁质量。施工控制目标为确保成桥线形契合设计，保障行车安全舒适与结构受力均匀；保证成桥内力符合设计，使材料性能得以充分发挥，保障桥梁安全耐久性。施工控制主要内容包括线形控制、应力控制、温度控制，此外还包括材料质量把控与风险评估应对等，共同构成完整体系。

2线形控制​

2.1 线形控制的重要性​

精确的线形控制对钢管混凝土系杆拱桥至关重要。合理线形使桥梁受力均匀，避免局部应力过大，如拱肋线形偏差会在竖向荷载下产生额外弯矩与扭矩，降低承载能力。同时，良好线形保障行车舒适，提升桥梁美观度，使其更好融入环境。​

2.2 影响线形的因素分析​

材料特性影响显著，钢材弹性模量与屈服强度偏差会改变钢管变形，混凝土收缩与徐变使结构下挠影响线形。施工荷载方面，施工设备自重、临时支架反力、混凝土浇筑冲击力等均会导致结构变形，影响线形，如拱肋节段安装及混凝土浇筑不均会引发线形偏差。温度变化也不容忽视，昼夜温差使桥梁各部分热胀冷缩不均，拱肋轴线会因向阳与背阴面膨胀差异而弯曲；季节温差下，结构长期伸缩若未控制，线形易偏离设计值。​

2.3 线形控制方法与措施​

施工前，借助先进软件模拟施工全过程，考虑施工荷载、材料特性、温度变化等因素，建立精确模型预测结构变形与内力，为线形控制提供理论支撑，并优化施工方案与参数。施工中，利用全站仪、水准仪等建立测量监控体系，定期测量拱肋关键截面、系杆锚固点、桥面控制点等部位，实时分析数据并与模拟结果对比。若线形偏差超出允许范围，可调整施工顺序、优化荷载分布，或用临时支撑、拉索纠偏，如拱肋安装偏移可调整后续节段安装，桥面标高偏差可调节临时支架高度或修补混凝土，且操作时需兼顾结构受力安全。

3应力控制​

3.1 应力控制的意义​

应力控制是保障桥梁结构安全的核心。施工时结构承受多种荷载，应力若超出材料允许范围，结构易出现裂缝、屈服甚至破坏。合理控制应力可确保施工各阶段结构受力安全，通过实时监测分析，能及时发现应力异常，采取改变施工顺序、优化结构、增设支撑等措施调整应力分布，为桥梁施工及长期使用奠定安全基础。​

3.2 施工过程应力监测与分析​

常用应力监测方法有电阻应变片法、振弦式应变计法和光纤光栅应变传感技术。电阻应变片粘贴在结构表面测应力，应用广泛；振弦式应变计精度高、稳定性好；光纤光栅应变传感技术抗干扰、可分布式测量。实际应用中需根据监测需求与结构特点合理选择，并定期校准维护仪器。施工中应力监测数据处理很关键，先预处理原始数据剔除异常与噪声，再对比监测与模拟计算结果，判断应力是否正常。若有偏差，排查材料性能、施工荷载、测量误差等因素，调整分析模型与施工参数，使应力回归设计范围，同时绘制应力变化趋势曲线，预测后续施工应力。​

3.3 应力控制策略​

3.3.1 合理安排施工顺序​

施工顺序对结构应力影响大。钢管混凝土系杆拱桥施工时，不同施工顺序使结构受力状态不同，如拱肋安装顺序影响内力分布。合理施工顺序可使应力均匀，避免集中。制定时需综合考虑结构力学特性、施工工艺与设备等，经施工模拟优化，保障各阶段应力安全。​

3.3.2 调整施工荷载​

施工荷载显著影响结构应力，可通过合理调控来控制。如混凝土浇筑时分层、分段施工，避免集中堆放，减小局部荷载。合理规划施工设备停放与运行，降低冲击荷载。必要时增设临时支撑或拉索，改变受力体系，分担荷载，降低应力水平。​

3.3.3 优化结构设计​

设计阶段应充分考虑施工应力控制，优化结构。合理确定截面尺寸与形状，增强刚度和稳定性，减小施工变形与应力。在拱肋与系杆连接节点等关键部位设置加强构造，采用合理连接形式，提高节点承载能力，防止应力集中，从根源降低施工应力控制难度，保障结构安全。​

4温度控制​

4.1 温度对结构的影响​

4.1.1 温度引起的结构变形​

温度变化致使钢管混凝土系杆拱桥结构变形明显。昼夜温差下，桥梁各部分热胀冷缩不同，拱肋向阳与背阴面膨胀差异使其弯曲、轴线偏移，系杆与桥面伸缩受约束会产生附加应力。季节温差作用下，结构冬缩夏胀，若未控制，线形偏离设计，影响美观与行车体验，还给连接部位和支座带来附加力，降低结构耐久性。​

4.1.2 温度导致的应力变化​

温度变化不仅引发结构变形，还使结构内部应力改变。当结构因温度变化产生的变形受约束时，会产生温度应力。如钢管混凝土拱肋中，钢管与混凝土热膨胀系数不同，温度变化时界面产生剪应力与纵向应力，若与其他荷载应力叠加，可能超材料许用应力，引发结构开裂或破坏。在墩台与基础部分，地基土温度变化使土体膨胀或收缩，对墩台基础产生附加力，影响墩台受力，威胁桥梁稳定性。

4.2 温度监测方案​

4.2.1 温度监测点的布置​

合理设置温度监测点对获取结构温度场信息十分关键。在钢管混凝土系杆拱桥中，监测点要布置在对温度敏感且能反映整体温度分布的部位。拱肋的拱顶、拱脚、1/4 跨等关键截面，沿截面高度和圆周均匀设点监测温度变化。系杆上间隔设点，重点关注与拱肋连接及跨中部位温度。桥面结构在桥面板顶底面、梁体腹板和底板设点，全面掌握温度分布。此外，在桥梁周边设气象监测点，监测大气温度、太阳辐射强度、风速等参数，辅助分析结构温度变化原因和趋势。​

4.2.2 监测频率及监测设备​

监测频率依据施工进度和温度变化调整。施工初期，结构温度场不稳定，可每小时监测一次。随着施工推进温度场稳定，可每天监测 2 - 3 次。温度变化剧烈时，如昼夜温差大时加密监测。常用监测设备有热电偶（响应快、精度高，适合测快速变化温度）、热电阻（稳定性好、测量范围宽）、光纤光栅温度传感器（抗电磁干扰、可分布式测量，常用于大型桥梁）。实际工程需依监测要求和现场条件选设备，并确保安装牢固，防止施工振动、碰撞影响数据准确性。​

4.3 温度影响的应对措施​

4.3.1 选择合适施工时间​

合理择时施工可降低温度影响。钢管混凝土拱肋安装、混凝土浇筑等关键工序，应选温度稳定、昼夜温差小的时段，如清晨或傍晚。季节上，避开高温酷暑或严寒季节做温度敏感工序。夏季高温可夜间施工，冬季严寒地区选中午施工并做好保温。​

4.3.2 设置温度补偿措施​

为抵消温度不利影响，可设温度补偿措施。常见的是设伸缩缝或变形缝，让结构随温度自由伸缩，避免温度应力破坏结构，设计时依地区温度范围、结构长度和材料特性确定间距和宽度。还可采用预应力补偿，给结构施加预应力，使其与温度应力抵消，保障结构应力安全。如在系杆施加预应力，温度降低系杆收缩产生拉应力时，预应力的压应力可部分或全部抵消，有效控制系杆应力水平。

5其他施工控制要点​

5.1 材料质量控制​

材料质量直接关系到钢管混凝土系杆拱桥的施工安全与使用寿命。采购钢材时，必须获取供应商提供的屈服强度、抗拉强度等关键质量证明文件，进场后抽样进行拉伸、冲击试验，确保钢材质量达标。制作钢管时，严格把控管径、壁厚偏差，避免因尺寸问题造成结构受力不均。混凝土配合比设计应结合工程实际，经试验确定最佳配比，保证其工作性能、强度与耐久性。浇筑过程中，严格控制质量，杜绝蜂窝、麻面等缺陷，并做好养护工作，防止强度不足或裂缝产生。​

5.2 施工过程中的风险评估与应对​

施工过程存在结构失稳、构件破坏、设备故障等风险。施工前需全面识别风险，如拱肋悬臂拼装支撑不当、混凝土浇筑供应及工艺问题等。通过定性与定量评估划分风险等级，针对高风险制定应对措施，如监测结构变形应力，设置预警值，超阈值即停工加固；设备故障则依靠定期维保、配备备用设备解决。此外，制定应急预案，明确应急流程与分工，提升风险应对能力。

5结语

本文成果对实际工程有重要指导作用。施工单位施工前可依此制定科学施工控制方案，明确关键控制要点与技术措施，保障施工顺利。施工中可参考监测方法与控制策略，实时监测调整桥梁结构的线形、应力、温度等参数，确保施工质量与安全。设计单位可在设计阶段参考研究内容，充分考虑施工因素，优化结构设计，提升桥梁可施工性与结构性能，为该类桥型在工程实践中的广泛应用与可持续发展提供理论支撑。

作者简介：魏永国（1985.10）男，汉族，湖南永州，本科，高级工程师，从事工程道路桥梁、市政方向工作