具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～6所示，本发明提供一种钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制装置，包括：

分别设置于待形成钢拱桥的两端的桥台107，两个桥台107对称设置；

分别设置于所述桥台107上的拱梁结合部102；

对称设置的两根钢拱桥的拱肋101，每个拱肋101的两端分别与对应一个拱梁结合部102的一端连接；

每根拱肋101的下部设置有一根钢拱桥的纵梁103，每根纵梁103的两端分别与上部的一根纵梁103所连接的拱梁结合部102的另一端连接，每根纵梁103 内开设有管道；

系杆110，每根系杆110穿过对应一根纵梁103内的管道，且系杆110的两端从一根纵梁103的两端穿出；

系杆张拉装置111，每个系杆张拉装置111与从纵梁103穿出的系杆110对应一端连接；

吊杆108，每根吊杆108的一端通过吊杆紧锁装置109与所述拱肋101连接，每根吊杆108的另一端通过吊杆紧锁装置109与所述纵梁103连接；

设置于拱肋101和纵梁103的下部的钢管桩201；

连接于所述钢管桩201上部的纵梁施工平台202；

设置于所述纵梁施工平台202上部的转换平台203，纵梁施工平台202与转换平台203上下之间通过支撑柱连接；

设置于所述纵梁施工平台202上的纵梁位移及下压力监控装置302，所述纵梁103穿过所述纵梁施工平台202、转换平台203和支撑柱之间的空隙，所述纵梁103架设于所述纵梁位移及下压力监控装置302上；

设置于所述转换平台203上部的拱肋施工平台205，所述转换平台203和拱肋施工平台205上下之间通过拱肋临时支撑204连接；

设置于所述拱肋施工平台205上的拱肋位移及下压力监控装置301，所述拱肋101架设于所述拱肋位移及下压力监控装置301上。

在此，本发明的临时支撑系统，包括：钢管桩201、纵梁施工平台202、转换平台203、拱肋临时支撑204、拱肋施工平台205、肋位移及下压力监控装置301和纵梁位移及下压力监控装置302。

可以安装所述拱肋位移及下压力监控装置301于拱肋施工平台205上用于监测拱肋101的拱起位移及下压力，安装于纵梁位移及下压力监控装置302上以监测纵梁103的向上位移与下压力。临时支撑系统用于承受拱桥纵梁103和拱肋101竖向荷载，吊杆108和纵梁103的张拉引起拱肋101与纵梁103拱起，使拱肋与拱肋位移及下压力监控装置301脱离，同时使纵梁103与纵梁位移及下压力监控装置302脱离，由拱肋101承担竖向荷载，完成受力体系转换。在张拉施工中需要对拱肋101和纵梁103的形变进行多次监测，依据拱起变形大小判断拱桥受力状态是否完成了转换、是否可以进行临时支撑系统的拆除的施工。

在采用先纵梁后拱肋的系杆拱桥结构施工过程中，可以采用搭建支架的方式为已安装的拱肋、纵梁等构件提供临时支撑系统。拆除临时支撑系统前，采用张拉吊杆和系杆的方法使拱肋和纵梁拱起预设距离，脱离临时支撑系统后，方可拆除临时支撑系统。实际经验中，纵梁脱离纵梁位移及下压力监控装置302 的距离达到20mm，且拱肋脱离拱肋位移及下压力监控装置301的距离达到20mm，可满足拆除临时支撑系统的要求。

本发明通过纵梁位移及下压力监控装置302，可以准确高效的监控纵梁的位移及下压力，同时通过拱肋位移及下压力监控装置301，可以准确高效的监控拱肋位移及下压力，精确把控临时支撑系统的拆除时机，可以准确控制避免拱肋产生有害内力。本发明可以满足先梁后拱法的施工，实现拱肋101、纵梁103分段吊装施工，提高了施工效率。

通过纵梁位移及下压力监控装置302和拱肋位移及下压力监控装置301，可以实现拱肋与纵梁多测点同步检测，可以为工程技术人员提供拱桥吊杆和系杆张拉过程中拱肋101与纵梁103的位移和压力实时数据，便于有效控制施工进程，解决了先梁后拱法施工过程中监测拱肋与纵梁拱起量程序复杂、需要人工攀爬临时支撑监测的问题，具有不同测点数据即时、测量效率高、有利于安全施工的优点。

本发明的钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制装置一实施例中，还包括：

端横梁104，每根端横梁104的两端连接于两个拱梁结合部102之间。

本发明的钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制装置一实施例中，还包括：

中横梁105，各根中横梁105间隔预设距离设置，每根中横梁105的两端连接于两根纵梁103之间。

本发明的钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制装置一实施例中，还包括：

风撑106，各根风撑106间隔预设距离设置，每根风撑106的两端连接于两根拱肋101之间。

如图8和9所示，本发明的钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制装置一实施例中，所述拱肋位移及下压力监控装置301，包括：

垫板04，所述垫板04设置于所述拱肋施工平台205上；

压力计06，所述压力计06设置于所述垫板04上；

承重板03，所述承重板03设置于所述压力计06上，所述承重板03上设置有位移计05和2个弹簧07；

顶盖01，所述顶盖01内设置有2个弹簧孔洞12和位移计孔洞，所述位移计05伸入所述位移计孔洞内，每个弹簧07伸入所述弹簧孔洞12内，所述弹簧的深度大于弹簧孔洞12的深度，所述位移计05位于两个弹簧07之间，其中，当弹簧07未被压缩时，顶盖01由于弹簧07的作用被顶起，顶盖与承重板03 脱离预设距离；当弹簧07被压缩时，顶盖与承重板03之间的距离缩小；

防雨围挡02，所述防雨围挡02围住所述顶盖01的侧壁，所述防雨围挡02 设置于所述承重板03上；

信号收发装置10，所述信号收发装置10通过位移计数据线08与所述位移计05连接，所述信号收发装置10通过压力计数据线09与所述压力计06连接。

在此，拱肋位移及下压力监控装置301通过内置的压力计获取拱肋101向拱肋施工平台205传递的荷载值，拱肋位移及下压力监控装置301采用物联网技术，通过内置的数据采集器和信号发射模块，同时将不同构件不同位置的压力和位移数据采集后发送给手机、电脑等设备并呈现给技术人员，实现多测点的同步检测，为张拉吊杆及系杆作业提供重要依据。

本发明通过多个所述拱肋位移及下压力监控装置301，作为构件竖向变形和压力精确测量的装置，通过信号收发装置10可以采用无线技术进行多测点同步监测，并远距离进行数据传输，辅助技术人员对系杆与吊杆的张拉进行精准控制。

本发明的钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制装置一实施例中，所述纵梁位移及下压力监控装置302，包括：

垫板04，所述垫板04设置于所述设置于所述纵梁施工平台202上；

压力计06，所述压力计06设置于所述垫板04上；

承重板03，所述承重板03设置于所述压力计06上，所述承重板03上设置有位移计05和2个弹簧07；

顶盖01，所述顶盖01内设置有2个弹簧孔洞12和位移计孔洞，所述位移计05伸入所述位移计孔洞内，每个弹簧07伸入所述弹簧孔洞12内，所述弹簧的深度大于弹簧孔洞12的深度，所述位移计05位于两个弹簧07之间，其中，当弹簧07未被压缩时，顶盖01由于弹簧07的作用被顶起，顶盖与承重板03 脱离预设距离；当弹簧07被压缩时，顶盖与承重板03之间的距离缩小；

防雨围挡02，所述防雨围挡02围住所述顶盖01的侧壁，所述防雨围挡02 设置于所述承重板03上；

信号收发装置10，所述信号收发装置10通过位移计数据线08与所述位移计05连接，所述信号收发装置10通过压力计数据线09与所述压力计06连接。

在此，本发明通过多个所述纵梁位移及下压力监控装置302，作为构件竖向变形和压力精确测量的装置，通过信号收发装置10可以采用无线技术进行多测点同步监测，并远距离进行数据传输，辅助技术人员对系杆与吊杆的张拉进行精准控制。

本发明的钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制装置一实施例中，所述拱肋临时支撑204与所述转换平台203之间，通过铰链连接。

在此，拱肋临时支撑204为钢结构立柱支撑结构，具有一定的侧向刚度，与转换平台203为铰接连接，可便于装、拆施工。

根据本发明的另一方面，还本发明提供一种钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制方法，所述方法包括步骤S1～步骤S17：

步骤S1：在待形成钢拱桥的两端设置桥台107，所述桥台107上设置拱梁结合部102，同时用打桩船在待形成钢拱桥下部施工钢桩柱201；

步骤S2：在所述钢管桩201上部连接纵梁施工平台202；

步骤S3：吊装第一段纵梁103，并将第一段纵梁103与拱梁结合部102连接；

优选的，可以同时将端横梁104的两端连接于两个拱梁结合部102之间；将中横梁105的两端连接于两个相对设置的第一段纵梁103之间；

在此，通过端横梁104、中横梁105与纵梁103连为整体结构框架，保证结构的整体性，在整体结构框架上铺设临时施工平台作为临时桥面板，作为材料、人员的运送通道及操作平台，水平方向上纵梁103与拱梁结合部102、端横梁 104、中横梁105连接，竖直方向上，纵梁103搁置在纵梁位移及下压力监控装置302上，纵梁位移及下压力监控装置302搁置在纵梁施工平台202上。可以将纵梁的两端与拱梁结合部102连接为整体，竖向荷载由纵梁位移及下压力监控装置302承担，传向纵梁施工平台202，再到钢管桩201；

步骤S4：依次安装其余各段纵梁103，将各段纵梁103首尾焊接连接成整体；

优选的，焊接的同时，可以将中横梁105的两端连接于两段相对设置的纵梁103之间，保证结构的稳定性，在其上铺设临时施工平台，作为材料、人员的运送通道及操作平台。

在此，竖直方向上，纵梁103搁置在纵梁位移及下压力监控装置302上，纵梁位移及下压力监控装置302搁置在纵梁施工平台202上，此步骤可以将纵梁的中部各个部分和端部的纵梁连接为整体；

步骤S5：在所述纵梁施工平台202上部搭设转换平台203；

步骤S6：在转换平台203上安装拱肋临时支撑204；

在此，拱肋临时支撑204为钢结构立柱支撑结构，具有一定的侧向刚度，拱肋临时支撑204与转换平台203为铰接连接，可便于装、拆施工。

步骤S7：在拱肋临时支撑204上安装拱肋施工平台205；

步骤S8：吊装第一段拱肋101，并将第一段拱肋101与拱梁结合部102连接；

优选的，将风撑106的两端连接于两个相对设置的第一段拱肋101之间；

在此，可以随后安装对应的风撑106，保证拱肋101的稳定性，拱肋可以是多段拼接而成；

步骤S9：依次安装其余各段拱肋101，将各段拱肋101首尾焊接连接成整体；

步骤S10：在纵梁施工平台202上安装纵梁位移及下压力监控装置302，将中部的拱肋101搁置在纵梁位移及下压力监控装置302上；

优选的，同时将风撑106的两端连接于两段相对设置的拱肋101之间，以实现剩余各个段拱肋的安装和风撑的安装，使结构连为整体；

步骤S11：安装各根吊杆108及吊杆紧锁装置109，其中，将每根吊杆108 的一端通过吊杆紧锁装置109与所述拱肋101连接，将每根吊杆108的另一端通过吊杆紧锁装置109与所述纵梁103连接，通过吊杆紧锁装置109将拱肋101 与吊杆108进行紧缩后进行紧锁，以将拱肋101与纵梁103连为整体；

步骤S12：在安装纵梁103内部的管道内穿过系杆110，且将系杆110的两端从一根纵梁103的两端穿出，及将系杆张拉装置111与从纵梁103穿出的系杆110对应一端连接，通过系杆张拉装置111对进行系杆110的初步张拉后，将系杆与纵梁临时锚固；

在此，此次为初步张拉，不引起任何结构的变形，只是将各个结构连接为整体。拱肋101的重力由拱肋位移及下压力监控装置301承担，再传递给拱肋施工平台205，最终传递给钢管桩201。纵梁103的重力由纵梁位移及下压力监控装置302承担，依次传递给纵梁施工平台202、钢管柱201；

步骤S13：测试吊杆108的实际内力，并按照计算得到的吊杆内力对进行吊杆108的实际内力进行调整，调整实际内力后通过吊杆紧锁装置109将拱肋101 与吊杆108进行紧锁。

在此，此时如图3所示，本步骤对吊杆内力在此调整是因为，步骤S12对纵梁初步张拉，可能导致拱肋微变形，使步骤S11中紧锁过的吊杆松懈，因此在此拉紧吊杆，使拱肋、纵梁、吊杆均有一定内力，连为整体；

步骤S14：根据拱肋脱离拱肋位移及下压力监控装置301所需要的竖向位移Δ1,计算系杆110张拉要产生的水平收缩量Δ2；

在此，在施工张拉之前，根据需要拱起的高度Δ1，估算好纵梁脱离临时支撑需要的水平收缩量Δ2。

在以下理论计算中，Δ2是已知量，Δ1是要求的结果，目标是求出二者关系。而在实际施工中反过来，Δ1是由施工经验确定的可以拆除支架的竖向拱起高度，是已知量，Δ2是可以通过施工人员控制张拉程序产生的水平向位移，是需要本计算方法给出的值。

系杆拱的水平张拉收缩量Δ2是与Δ1同步产生的，且存在一定的比例关系，本发明可以Δ1和Δ2的比值关系。可以取两种特殊的拱形：扁平拱和半圆拱，而常规的拱形是介于两者之间的，所以比值关系也取扁平拱和半圆拱之间的值即可。最后通过比值乘以Δ2，就可以估算Δ1。施工过程中反过来，就按照理论Δ2来初步进行张拉，按照Δ2的张拉量，纵梁能够抬升Δ1，满足脱离纵梁位移及下压力监控装置302的要求。

1)可以将系杆拱桥简化为如图7所示的拱肋结构、纵梁结构的组合，拱肋的水平刚度为纵梁的水平纵向刚度为拱肋在轴向力和剪力作用下的水平变形较小，主要为弯曲变形，因此拱肋的水平刚度仅考虑弯曲项，纵梁的水平刚度为轴向刚度。s为弧长；δ_H为拱肋刚度；y(x)为拱肋曲线，x为横坐标；EI₁为拱肋抗弯刚度；EA₂为纵梁抗压刚度，l为纵梁长度；

2)系杆作用的预应力为P，根据k1和k2的数字确定分配到拱肋上的水平力分配到系梁上的水平力为

3)纵梁通过吊杆悬挂在拱肋上，吊杆紧缩后，纵梁与拱肋由于系杆张拉产生的竖向变形相等。

4)推导出系杆拱桥变形公式，将梁与拱的受力简化分步：第一步，采用预应力P张拉系杆，作用在拱肋上的预应力为H1，作用在纵梁上的预应力为H2；引起纵梁的水平收缩量为△2；第二步，纵梁位移△2作用在拱肋上，引起拱肋在位置处的竖向位移△1：

①拱肋在轴向力和剪力作用下的水平变形较小，主要为弯曲变形，因此拱肋的水平刚度仅考虑弯曲项，纵梁的水平刚度为轴向刚度。可以得到仅考虑弯曲变形情况下张拉水平系杆产生的在拱肋任意位置的竖向变形量：

②同时考虑弯曲变形和轴向变形情况下，张拉水平系杆产生的在拱肋任意

位置的竖向变形量：

5)拱肋101由于纵梁103内的系杆110张拉产生水平变形△1，由此，带动拱肋101产生一定的竖向变形△2，△2、△1的存在可以保证纵梁103和拱肋 101脱离临时支架系统，完成临时支架系统的拆除；在矢跨比f/L为0.2～0.5 范围内，计算得到Δ2/Δ1的比值范围约为0.7～1.7，可以保证纵梁103和拱肋 101同步脱离临时支架上的纵梁位移及下压力监控装置302和拱肋位移及下压力监控装置301。

步骤S14：如图4所示，对系杆110进行产生水平收缩量Δ2的再次张拉，由于系杆110缩短，使得拱肋101在两端紧缩的过程中拱起产生位移，通过拱肋监控装置301监控拱肋101拱起的距离和拱肋101传递给拱肋监控装置301 的荷载大小，根据监控结果调整张拉进度，该距离达到前一步骤求出的△1时，停止张拉。

步骤S15：系杆110张拉完成后，将系杆110与纵梁103进行锚固牢靠，防止产生内力损失。

步骤S16：如图5所示，通过吊杆紧锁装置109，进行吊杆108与拱肋101 的再次紧缩调整，在吊杆108紧缩的过程中，纵梁103受到向上的拉力被向上拉起产生位移，而拱肋101在系杆110的约束下不会被吊杆下拉产生明显位移，通过所述纵梁位移及下压力监控装置测量纵梁103被拉起的距离和纵梁103传递给所述纵梁位移及下压力监控装置的荷载，基于测量得到的纵梁103被拉起的距离和纵梁103传递给所述纵梁位移及下压力监控装置的荷载，通过吊杆紧锁装置109，调整吊杆108紧缩的进度，当测量得到的纵梁103被拉起的距离满足拆撑施工要求的纵梁103被拉起的距离为Δ3时，停止吊杆108的紧缩调整，并将吊杆108与拱肋108锁紧连接。

步骤S17：如图6所示，依次拆除拱肋位移及下压力监控装置301、所述纵梁位移及下压力监控装置、拱肋施工平台205、拱肋临时支撑204、转换平台 203、纵梁施工平台202，最后采用打桩船拔除钢管桩201，施工完成。

在此，拱肋位移及下压力监控装置301、所述纵梁位移及下压力监控装置的构造相同，分别用于监测拱肋101和纵梁103。

拱肋位移及下压力监控装置301或所述纵梁位移及下压力监控装置的组成包括：位移计、压力计和数据传输模块。拱肋位移及下压力监控装置301安装于拱肋施工平台205上，用于监测拱肋103竖向位移与压力，纵梁位移及下压力监控装置301安装于纵梁施工平台202用于监测纵梁103的竖向位移与压力。临时支撑体系用于施工过程中承受拱桥纵梁103和拱肋101竖向荷载，在完成了吊杆和纵梁103的张拉后，拱肋101与纵梁103拱起，临时支撑体系脱离，由拱肋101承担竖向荷载，完成受力体系转换。在张拉施工中需要对拱桥的形变进行多次监测，依据结构拱起变形大小判断拱桥受力状态是否完成了转换、是否可以进行临时支撑架拆除施工。

拱肋位移及下压力监控装置301或所述纵梁位移及下压力监控装置，集成压力检测、位移监测和数据传输功能。拱肋监控装置301通过内置的压力计监控拱肋向拱肋施工平台205传递的荷载值，通过距离传感器测定拱肋103底端与拱肋施工平台205间的距离并换算为拱肋竖向位移。本装置采用物联网技术，通过内置的数据采集器和信号发射模块，同时将不同构件不同位置的压力和位移数据采集后发送给手机、电脑等设备并呈现给技术人员，实现多测点的同步检测。

本发明提供了先梁后拱施工变形计算的方法，通过张拉系杆、紧缩吊杆，将拱肋、纵梁脱离各自的临时支撑，可拆除临时支撑，避免了施工过程中变形释放，消除了有害内力。通过施加吊杆、系杆预加力，从而将拱肋、纵梁103 脱离临时支架的距离进行精确确定，提高了施工前的运算效率，精确控制施工时脱离临时支架的距离，精准附加所需预应力，为先梁后拱施工方法中的支架拆除环节提供数据支撑。

具体的，实施例1：取拱桥轴线方程

步骤一一：将系杆拱桥简化为如图所示拱肋结构、纵梁结构的组合，拱肋的水平刚度为纵梁的水平纵向刚度为其中 EI₁表示拱肋的抗弯刚度，EA₂表示拱肋的轴向刚度。纵梁通过吊杆悬挂在拱肋上，假设吊杆紧缩后，纵梁与拱肋由于系杆张拉产生的竖向变形相等。

步骤一二：记作用在系杆上的预应力为P，按照拱肋的水平刚度k₁和纵梁的水平刚度k₂进行分配，分配到拱肋上的水平力分配到纵梁上的水平力为引起纵梁的水平收缩量为Δ₂；纵梁位移Δ₂作用在拱肋上，引起拱在位置处的竖向位移Δ1：

拱肋在轴向力和剪力作用下的水平变形较小，主要为弯曲变形，因此拱肋的水平刚度仅考虑弯曲项，纵梁的水平刚度为轴向刚度。可以得到仅考虑弯曲变形情况下张拉水平系杆产生的在拱肋任意位置的竖向变形量：

步骤一三：根据上述公式求得在Midas Gen有限元计算软件中建立相同拱轴线的分析模型，经计算分析，电算结果与上述公式计算求得的结果误差较小，结果较吻合。

实施例2：取拱轴线方程

步骤二一：将系杆拱桥简化为如图所示拱肋结构、纵梁结构的组合，拱肋的水平刚度为纵梁的水平纵向刚度为其中 EI₁表示拱肋的抗弯刚度，EA₂表示拱肋的轴向刚度。纵梁通过吊杆悬挂在拱肋上，假设吊杆紧缩后，纵梁与拱肋由于系杆张拉产生的竖向变形相等。

步骤二二：记作用在系杆上的预应力为P，按照拱肋的水平刚度k₁和纵梁的水平刚度k₂进行分配，分配到拱肋上的水平力分配到纵梁上的水平力为引起纵梁的水平收缩量为△₂；纵梁位移△₂作用在拱肋上，引起拱在位置处的竖向位移△1：

拱肋在轴向力和剪力作用下的水平变形较小，主要为弯曲变形，因此拱肋的水平刚度仅考虑弯曲项，纵梁的水平刚度为轴向刚度。可以得到仅考虑弯曲变形情况下张拉水平系杆产生的在拱肋任意位置的竖向变形量：

步骤二三：根据上述公式求得在有限元计算软件中建立相同拱轴线的分析模型，经计算分析，电算结果与上述公式计算求得的结果误差较小，结果较吻合。

本发明提供了用于先梁后拱施工过程中实时多点位监测构件位移和间距的装置，通过在拱肋临时支架204和纵梁施工平台202上分别设置位移监测及信号传输装置，避免了在吊杆紧缩、系杆张拉过程中拱肋与系梁拱起量无法及时获取、需要多次人工检查的问题，明显提高了工作效率，避免了反复人工检查。本申请公开先梁后拱法施工中使用该装置进行多点监测构件位移的方法及该装置的构造。

拱肋位移及下压力监控装置301或所述纵梁位移及下压力监控装置的初始状态：

根据工程中拱肋101和拱肋施工平台205的间距选取合适高度的钢板或型钢作为垫板04，位移计05的端部与顶盖01的位移计孔洞的顶部粘连，位移计 05的底部与承重板03固定，顶盖01与防雨围挡02连接固定，二者与承重板03脱离。弹簧07自然长度大于弹簧孔洞12深度，初始状态下顶盖01由于弹簧 07的作用被顶起，与承重板03脱离一定距离。位移计05与压力计06的读数值通过位移计数据线08和压力计数据线09传输给信号收发装置10，信号收发装置10将数据通过内置的无线传输装置发送给现场的技术人员，实现技术人员的远程多构件测试。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。