悬链线拱桥拱肋施工测量计算及控制技术

1、悬链线拱桥拱肋施工测量计算及控制技术、研究背景漯河市太行山路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。大桥全长 297.02m （20m空心板+3X 64m上承式箱型肋式拱桥+4X 20m空心板），桥面全宽30m大桥形象图附下：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 o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=7.5c

2、m，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，可以说该 桥的拱肋测量控制为大桥测量中重点。为了确保工期和工程质量，在减少投入新 仪器设备的前提下提高测量效率和精度，我部提出并制定了悬链线拱肋测量计算 及控制技术方案。、研发过程(一) 项目方案选择拱肋施工前期进行调研，了解分析其他同行同类工程施工的技术方案，结论如下：类同拱桥施工大多进行工厂预制， 现场吊装的预制拱肋施工；测量采用价 格高昂的gps卫星定位仪器；专业拱肋测量人员费用较高，这些对工程的成本控 制都不大不利

3、。经过在现场踩点和模拟测量后，我部确定采用传统的布设控制点， 利用现有全站仪和编程计算器进行拱肋测量控制。(二) 项目方案要点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、项目内容简介(一)内业计算1. 拱肋计算主要数学模型：拱轴悬链线计算公式：Y=f/(m-1

4、)*(ch(k* E )-1)拱轴预拱度计算公式： F二 f (1-4X 2/L2)拱轴任一点水平倾角： =argtg(2fKshK E /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 k=ln (m+ m* m 1 )系数 E =X/(L/2)2. 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丫的正方向。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。Excel辅助计

5、算程序表（部分）附下：横坐标X=L*N/240.00002.53515.0703E系数E =X/(L/2)0.00000.08330.1667拱轴上任点水平倾角0 =argtg(2fKshK E /L/(m-1)0.00002.78905.5961未设预拱度拱轴纵坐标y=f/(m-1)*(ch(k*E )-1)0.00000.06170.2475未设预拱度拱腹纵坐标yf=y+D/2/cos 00.70000.76250.9508未设预拱度拱顶纵坐标yd=y-D/2/cos 0-0.7000 -().6391 -0.4559预拱度2 2 F=- f (1-4X /L )-0.0750 -().0

6、630 -0.0521设预拱度拱轴纵坐标Yz=Y+A F-0.0750 -().00130.1954设预拱度拱顶纵坐标Yd=yd+A F-0.7750 -().7021 -0.5079设预拱度拱腹纵坐标Yf=yf+ F0.62500.69950.89883.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 :“ D=0 OR 1” ：D:丄A=F( M-1): S=L十2/ Lbl 0: X:X Goto 2:工 Goto 3 /Lbl 3:Abs (X-271)=X= Abs (X-271):Goto

7、1 /Abs (X-335)=X= Abs (X-335):Goto 1 /Abs (X-399)=X= Abs (X-399):Goto 1 /Lbl 1:X Goto 2:工 Goto 0 /Lbl 2:B= D*0.075*(1- 4X *X - L十 L)/ K=Ln(M+( M2- 1)/Z=(e(KX 十 S) +1 十 e (KX S)十 2/Q=tan-1(2F*K*sinh(K*X*S) - L - (M-1):“丫二” ：丫=A ( Z 1) + B 丄“ yd= :G=Y-0.7 - cosQ丄“ YF= :H=Y+0.7 - cosQJ “ 64.75-Y ” ：I=6

8、4.75-Y 丄 “64.75-YD” :J=64.75-G 丄“ 64.75-YF ” :N=64.75-H 丄 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。4. 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

9、出以下在cfor程序中需要的公式组：Y(t)=10.141/0.926*(EXP(0.04185*t)/2+1/EXP(0.04185*t)/2-1)-0.075*(1-4*tA2/60.843A2)X(t)=t。输入以上公式参数补充后可绘出拱肋图:工就芒一M-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。（二）外业施工1. 地胎放1： 1大样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。先用Excel计算需放样的加密数据表

10、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。2. 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。3. 模板加工及安装需加工的模板主要有纵方木、底模、侧模等，纵方木加工是按照大样底弧线 段

11、进行对照加工，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测量的掌托直至偏差符合要求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侧模加工也是在大样图上按照拱肋弧度进行加工，底模的测量也是用卡西 欧4850测量程序配合全站仪进行测设。四、主要创新点（一）测量计算及控制所投资的新仪器设备少，避免雇佣专业测量队伍， 经济效益显著；（

12、二）采用正规测量计算与电算化相结合，使数据成果能从不同角度进行 复核验算；（三）简捷方便、快速高效，能够随时、随地在施工现场进行外业测量控 制；（四）控制施工关键点位，施工精度得到提高，同时使控制点数减少，节约劳动强度；（五）编辑成熟的测量专用程序及测量计算表格，为以后的类似施工提供参考五、运行情况在漯河市澧河大桥箱拱拱肋应用悬链线拱桥拱肋测量计算及控制技术后，大桥拱肋的施工测 量控制简便高效、 精度大大提高，未 出现任何测量质 量事故，现该桥拱 肋施工已经顺利 完成，为大桥的顺 利竣工创造条件。六、取得的效益该技术充分利用现有测量仪器，减少了昂贵测量仪器设备的再投入， 避免了 聘请专业测量队伍的费用开支，共计节约直接成本约25万元；完成后的拱肋经业主、监理复核后得到高度评价；该桥拱肋施工为我部独立自主完成， 填补了我 局悬链线现浇拱桥施工的空白，取得了良好的经济效