昌南大道跨京九線高架橋施工線形控制

薛洪衛

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

昌南大道跨京九線高架橋施工線形控制

薛洪衛

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

南昌市昌南大道跨京九線高架橋為(90+132+90)m的三跨預應力混凝土連續梁橋,采用懸臂澆筑法施工。施工過程中,為更好地進行線形控制,結合該高架橋的施工,著重闡述了撓度控制的重要因素,并提出了設置預拱度以及進行線形控制的有效措施。同時針對溫度等線形影響因素進行監測,確保合龍精度滿足規范要求。

預應力混凝土;連續梁;懸臂澆筑法;線形控制;溫度監測

目前,大跨度預應力混凝土連續梁發展前景廣闊,其施工多采用懸臂澆筑法。該方法施工過程中,由于存在諸多因素影響,導致橋梁結構實際線形與設計值之間出現偏差,故而施工過程中,線形控制十分關鍵。欲確保成橋后線形達到設計狀態,各施工節段的立模高程及大橋的預拱度設置就變得十分重要[1-2]。 同時,施工過程中,如何正確認識溫度引起的線形誤差,并采用正確的修正措施,避免其引起的誤差積累[3],以保證合龍精度亦很關鍵。結合南昌市昌南大道跨京九線高架橋的線形控制工作,介紹大跨度預應力混凝土連續梁懸澆施工線形控制的方法與經驗。

1 工程背景

南昌市昌南大道跨京九線高架橋為(90+132+90) m三跨預應力混凝土連續箱梁橋,橫向分南北兩幅,大橋中跨跨越京九線,與京九線斜交。兩幅連續梁均為單箱單室變高截面箱梁,箱頂寬17 m,箱底寬9 m,支點處梁高7.7m,跨中梁高3.2m,梁底按二次拋物線線形變化。除0號塊、合龍段和邊跨直線段外,每個T構對稱劃分為17個施工節段,最長塊長4m。施工節段劃分見圖1。

2 理論計算

采用有限元程序PRBP和橋梁博士分別建立模型,并按施工節段對模型進行單元劃分,共計100個單元,101個節點,如圖2所示。模型將每個T構施工節段分為掛籃前移、澆筑混凝土、張拉預應力3個計算階段,加上合龍及后期鋪裝、后期索張拉階段,共計84個施工計算階段和一個成橋運營階段。單元節點劃分見圖2。

對大跨度橋梁結構施工控制過程中的變形進行理論分析時,主要采用2種方法:前進正裝分析法和倒拆分析法[4-5]。本橋亦是采用2種方法進行理論計算與分析,求得立模高程。

2.1 立模高程計算

施工過程中,為使各節段的結構行為達到設計理

圖1 施工節段劃分(單位:cm)

圖2 1/2模型單元節點劃分

想狀態,需要每節段設置準確的立模高程。本橋的立模高程采用下式計算

上述各項,設計高程由設計圖紙給出,掛籃變形量及溫度影響值由現場試驗測得,活載預拱度及節點反撓度均由有限元程序結合規范計算得出,誤差修正值由誤差分析算得。

2.2 掛籃變形量

掛籃懸澆施工過程中,掛籃變形是影響撓度控制的一個重要方面,本橋掛籃主桁為銷接結構,其受載變形包括彈性變形和非彈性變形2部分。理論分析不難解出彈性變形值,但非彈性變形需進行現場試驗確定。本橋采用水箱對掛籃進行加載試驗,將1 200 kN水箱加于掛籃前吊點,最大加載量引起的彎矩為結構最重節段2 140 kN引起彎矩的1.9倍:即2 140×1.5×1.9= 6 099 kN·m。現場試驗時,分3級加載進行測量,每級持載時間為30min。具體加載實驗數據見圖3。

圖3 掛籃加載P Δ曲線

由圖3可見:(1)第一級加載的P -Δ曲線的斜率明顯高于第二、三級加載的;(2)第二級和第三級的P -Δ曲線基本符合線性變化規律;(3)可以認為非彈性變形在第一級荷載作用下基本消除。對P -Δ曲線進行線性回歸分析,結合各節段重,即可推算出各節段的掛籃彈性變形量,用于式(1)立模高程計算。

2.3 預拱度與撓度計算

預拱度的考慮是根據規范中規定[6],采用短期荷載的長期效應與預應力產生的長期反拱值的差值,然后根據最大預拱值沿順橋向做成平順的曲線。而連續梁施工時的撓度則包括:(1)恒載撓度;(2)預應力撓度;(3)徐變效應引起的撓度。預拱度計算及撓度計算均采用有限元程序PRBP進行,計算所得大橋各節段前端節點各因素引起的撓度,并利用后處理程序算得預拱度如圖4所示。

圖4 各影響因素引起的撓度曲線

由圖4可見:(1)預應力效應對結構線形影響最大,需施工中加強控制,保證精度;(2)徐變效應對邊跨影響較大,邊跨施工時需注意,減小誤差;(3)預拱度設置中,由于邊跨最大預拱值不足1 cm,故邊跨不予設置,而僅中跨設置預拱度。

2.4 溫度影響值

溫度變化對于橋梁結構的線形控制影響很大,且這種影響隨溫度變化性較大。進行線形控制時,若忽略了該項因素,就必然難以得到結構的真實狀態數據。同時由于誤差累積,對大橋的合龍精度也會產生不利影響。故而對箱梁溫度的監測十分必要。

選擇2號T構中支點截面在同一天的不同時段進行溫度量測,根據測得結果,繪制截面溫度梯度及溫度變化曲線,如圖5所示。

圖5 2號T構支點截面溫度梯度及溫度變化

觀察圖5,早晨7時左右,箱梁截面內各測點均為30℃左右,呈均勻溫度場。隨著時間推移,環境溫度升高,各測點溫差逐漸增大。頂板受太陽直曬,升溫效應非常明顯;腹板與環境接觸面小,溫度變化不大,屬于恒溫場;底板雖與環境接觸面大,但由于其處于梁底,不受日照,且通風散熱效果好,故其溫度基本保持不變,處于恒溫場。隨溫度的升高,整個截面呈非均勻瞬態溫度場,截面溫度場豎向梯度較大。

為測得準確的溫度對撓度的影響值,更好地保證合龍精度,對T構前端由溫度引起的撓度進行測量。在T構前端的3個節段橫橋向各布置3處測點,選取無施工荷載作用時的不同時段,對測點進行溫度及高程測量,并根據測得結果,整理數據如表1示。

表1 T構頂板升溫引起前端撓度變化 mm___

觀察表1,在橋面溫度升高9.2～11.5℃左右時, T構前端下撓10～20 mm。整個T構懸臂段,前端下撓,中間則上拱,支點處下凹,整個變形曲線近似正弦曲線,符合規律[7-8]。

結合上述實測結果,再利用式(1)進行立模高程計算,根據合龍溫度與立模時溫度之差,即可確定值。

3 線形控制的實現

3.1 控制方法

為了實現施工過程中的線形控制,在墩頂0號塊箱梁頂板位置處設置高程工作基點。基點按二等水準測量精度從地面高程控制點用鋼尺傳到墩頂0號塊處[9],并在0號塊上設置測點如圖6示。各T構節段澆筑完成后,在距節段前端10 cm處頂板上橫向設置3處高程測點(圖7),采用φ16mm鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢固,并要求豎直。測點(鋼筋)露出箱梁混凝土表面5 cm,測頭磨平并用紅油漆標記,以用于各節段的高程測量。

圖6 0號塊件高程測點布置示意(單位:cm)

圖7 懸澆節段高程測點布置示意(單位:cm)

高程測量應盡量安排在日出之前進行,以減少溫度對箱梁撓度的影響。節段澆筑前,在0號塊高程工作基點處架設全站儀,對底模進行定位,并根據立模高程進行高程定位,保證立模精度。在各節段澆筑后、預應力筋張拉后、掛籃移動后等工序完畢后,對3處高程測點進行測量,求得各施工工序撓度值,用以監測撓度,更好的控制線形。

3.2 誤差分析

實際施工中,結構參數的實際值與設計值總存在著一定的誤差,對結構的力學狀態產生影響,需對其進行及時的識別調整。

本橋中的誤差主要分為結構性能誤差與結構荷載誤差兩類。前者包括結構尺寸誤差與混凝土彈性模量誤差;后者則主要為預應力摩擦損失計算誤差。進行誤差識別如下:(1)經現場量測,結構的尺寸偏小,導致結構自重及剛度小于設計計算值,為可積累誤差; (2)經混凝土彈模試驗,混凝土的彈性模量,實際值大于設計計算值,為可積累誤差;(3)通過預應力管道的摩阻試驗,發現預應力摩擦損失的計算值過大,現場預應力效應大于計算值,誤差同樣屬于可積累誤差。

上述幾種誤差均為可積累誤差,即為“大范圍誤差”,其對結構力學狀態產生影響,需對其進行調整: (1)對于結構尺寸誤差,進行現場施工修正;(2)對于彈性模量誤差,進行計算模型修正,修改計算模型中的彈模參數;(3)對于預應力摩擦損失誤差,進行計算模型修改,修改摩擦損失參數。而對于由3種誤差引起的高程誤差,則需通過接下來的幾個節段的施工進行分步調整,從而使結構的實際狀態最大限度地接近理想狀態。

4 線形控制結果

評價大橋的線形控制效果的重要指標是大橋的合龍精度。南昌市昌南大道跨京九線高架橋中跨合龍段的橫向、豎向合龍精度如表2所示。

表2 南、北幅橋橫向、豎向合龍精度 m m

全橋合龍后梁頂實測高程與設計高程的對比見圖8。

圖8 南幅橋合龍后橋面高程對比

由表2及圖8可見:南昌市昌南大道跨京九線高架橋的合龍精度(橫向和豎向)均在規范要求值20mm范圍內;而大橋的實測成橋高程與設計值吻合度較高,說明大橋的線形控制是到位的。

5 結語

大跨度預應力混凝土連續梁的線形控制研究是一門迅速發展的學科,其對大橋結構建設的順利完成具有特別重要的意義。結合南昌市昌南大道跨京九線高架橋的線形控制工作,介紹了線形控制工作的方法與經驗。從最終大橋的合龍精度及線形效果看,大橋的線形控制是到位的,對類似橋梁的施工控制具有一定借鑒意義。

[1] 陳海強,蔣向陽.預應力混凝土連續梁懸灌法施工的線形控制[J].橋梁建設,1998(2):39 -40.

[2] 劉成龍,陳強,李振偉.溫度對懸澆法施工橋梁長懸臂箱梁高程的影響及其對策[J].橋梁建設,2003(1):39 -42.

[3] 石德斌,程浪舟,朱文清.大跨度變截面預應力混凝土連續梁橋施工監控[J].鐵道設計標準,2006(2):51 -53.

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[7] 楊雄偉,吳文明.大跨度預應力混凝土箱形梁橋懸臂施工中溫度變形控制[J].森林工程,2002,19(4):52 -56.

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Alignment Control in Construction of Viaduct Crossing over Beijing-Kow loon Railway on Changnan Avenue

XUE Hong-wei
(China Railway Engineering Consulting Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)

The viaduct crossing over Beijing-Kowloon Railway on Changnan Avenue is a pre-stressed concrete continuous girder bridge with span arrangement(90+132+90)-m,which is constructed by cast-in-place cantilever method.In order to control the alignment better in cantilever casting,some important factors on deflection control aremainly discussed in this paper,and the camber placing aswell as the effective alignment control measures are also put forward.In addition the alignment influence factors such as the temperature effect aremonitored to insure the closure's accuracy.

pre-stressed concrete;continuous girder;cantilever casting method;alignment control; temperaturemonitoring

U445.466

A

1004 -2954(2012)10 -0058 -03

2011-11-09

薛洪衛(1982—),男,工程師,2008年畢業于中南大學橋梁與隧道工程專業,工學碩士,E-mail:499427610@qq.com。