大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控*

胡波

(中鐵二十五局第一工程有限公司，廣東廣州510000)

大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控*

胡波

(中鐵二十五局第一工程有限公司，廣東廣州510000)

在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋施工過(guò)程中，因諸多因素導(dǎo)致施工時(shí)實(shí)際工況與設(shè)計(jì)不符引起誤差。施工中如何從各種受誤差影響而失真的參數(shù)中找出相對(duì)真實(shí)之值，對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別、調(diào)整、預(yù)測(cè)對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是至關(guān)重要的。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁掛籃懸臂澆筑時(shí)梁體的線形監(jiān)控及應(yīng)力監(jiān)控。利用數(shù)值模擬的方法，對(duì)全橋各個(gè)施工階段進(jìn)行了有限元仿真分析，介紹了施工監(jiān)控的具體方式方法。

施工監(jiān)控;大跨預(yù)應(yīng)力;有限元模擬;線形監(jiān)控

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋跨度大，橋型簡(jiǎn)捷，投資少，在橋梁建設(shè)中具有廣泛的發(fā)展前景。但在施工過(guò)程中的諸多因素如:混凝土彈性模量，混凝土收縮、徐變，橋梁施工臨時(shí)荷載，掛籃定位時(shí)的溫度影響，掛籃的變形特征等都會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)線型及內(nèi)力方面與設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差。當(dāng)上述因素與設(shè)計(jì)不符，而且不能及時(shí)識(shí)別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時(shí)，必然導(dǎo)致在以后階段的懸臂施工中采用錯(cuò)誤的糾偏措施，引起誤差積累。因此，在此類橋梁的施工中引入監(jiān)控的概念，施工監(jiān)控一方面保證各施工階段的安全、可靠以及懸臂施工過(guò)程中懸臂端的穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)線型、變位和狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求;另一方面結(jié)合測(cè)試分析和模擬計(jì)算，對(duì)施工過(guò)程結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)和控制，優(yōu)化施工工序，提高施工工藝水平，確保橋梁施工質(zhì)量和安全。本文以衡陽(yáng)市新建湘江大橋?yàn)楸尘埃脭?shù)值模擬的方法，對(duì)全橋各個(gè)施工階段進(jìn)行了有限元仿真分析，介紹了施工監(jiān)控的具體方式方法。

一、施工監(jiān)控的基本方法及內(nèi)容

(一)施工監(jiān)控基本方法

首先，理論計(jì)算確定控制目標(biāo)，包括成橋時(shí)的理想控制目標(biāo)值、每個(gè)施工步驟中的分步控制目標(biāo)值、成橋及施工過(guò)程中各目標(biāo)值的精度標(biāo)準(zhǔn)。之后就是施工現(xiàn)場(chǎng)跟蹤實(shí)際操作保證目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，包括獲得結(jié)構(gòu)行為的實(shí)測(cè)值、對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整、調(diào)整施工階段控制目標(biāo)值。

(二)施工監(jiān)控內(nèi)容

施工監(jiān)控根據(jù)橋梁成橋后線型的要求，監(jiān)控的主要內(nèi)容有:各梁段的變形及高程實(shí)施控制;箱梁控制截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)等。

對(duì)于懸臂施工的大跨度橋梁結(jié)構(gòu)，所采用的施工順序與成橋后的主梁線型與結(jié)構(gòu)內(nèi)力有著密切的聯(lián)系，對(duì)墩頂變形及主梁合龍順序密切相關(guān)。在施工階段隨著橋梁結(jié)構(gòu)的荷載狀態(tài)、環(huán)境溫度、濕度不斷變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形也隨之不斷變化。因此，需要對(duì)大跨度橋梁的每一施工階段進(jìn)行詳盡的分析和實(shí)測(cè)驗(yàn)證，并采用一定的監(jiān)控方法對(duì)結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力加以控制，指導(dǎo)施工實(shí)踐，以確保設(shè)計(jì)的施工過(guò)程或經(jīng)過(guò)調(diào)整后的施工過(guò)程得以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。

二、工程實(shí)例

(一)工程背景

衡陽(yáng)市新建湘江大橋是衡陽(yáng)市衡州大道建設(shè)工程中的重點(diǎn)之一，位于原衡陽(yáng)市湘桂線跨湘江老橋旁。該橋?yàn)槲蹇邕B續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁(63．5+122+122+122+63．5)m，采用懸臂現(xiàn)澆施工，梁體為單箱雙室，變高度、變截面，梁高沿縱向按拋物線變化，中支點(diǎn)梁高6．8m，邊支點(diǎn)及跨中梁高2．8m，邊跨現(xiàn)澆段2．5m。截面采用單箱雙室直腹板形式，頂板厚35cm，腹板厚度為75 cm－140 cm，底板上頂面縱向也按拋物線變化，底板厚35cm－90cm。橋面采用整體橋面形式。梁體采用C55混凝土。因?qū)嶋H工期原因，本橋采用了以下合攏順序:先合攏邊跨，張拉邊跨頂板和底板預(yù)應(yīng)力束;然后合攏右邊中跨，中跨，最后合攏左邊中跨。

(二)計(jì)算模型

本文采用橋梁博士v3．3建立全橋模型，共170個(gè)橋面單元，16個(gè)掛籃單元，71個(gè)施工階段。考慮混凝土收縮徐變的時(shí)間依存性參數(shù)等;按照實(shí)際的施工順序，模擬結(jié)構(gòu)的形成、荷載的施加、邊界條件的變化及結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變等對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響。計(jì)算結(jié)果輸出每一個(gè)施工階段中結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力。計(jì)算模型如圖1。

圖1 全橋計(jì)算模型圖

(三)標(biāo)高的計(jì)算

在本橋的懸臂施工過(guò)程中，梁段立模標(biāo)高的合理確定是關(guān)系到主梁的線形是否平順、是否符合設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。如果在確定立模標(biāo)高時(shí)考慮的因素比較符合實(shí)際，而且加以正確的控制，則最終成橋線形一般是較為良好的;相反，如果考慮的因素和實(shí)際情況不符合，控制不力，則最終成橋線形會(huì)與設(shè)計(jì)線形有較大的偏差。可以說(shuō)，連續(xù)剛構(gòu)、連續(xù)梁橋的線性控制主要是立模標(biāo)高的確定。

眾所周知，立模標(biāo)高并不等于設(shè)計(jì)中橋梁建成后的標(biāo)高，總要設(shè)一定的預(yù)拋高，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形。其計(jì)算公式如下:

式中:Hlmi—i位置的立模標(biāo)高(主梁上某確定位置);Hsji—i位置的設(shè)計(jì)標(biāo)高;—由梁段自重在i位置產(chǎn)生的撓度總和;—由張拉各預(yù)應(yīng)力在i位置產(chǎn)生的撓度總和;f3i—混凝土收縮、徐變?cè)趇位置引起的撓度;f4i—施工臨時(shí)荷載在i位置引起的撓度;f5i—二期恒載在i位置引起的撓度;fgl—支架變形值。

其中支架變形值是根據(jù)支架加載試驗(yàn)，綜合各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果而得。而五項(xiàng)在前進(jìn)計(jì)算分析的結(jié)果中可以得到。

初始的幾個(gè)節(jié)段立模標(biāo)高按理論值確定，當(dāng)理論值與實(shí)測(cè)值基本一致后按理論值及測(cè)量結(jié)果調(diào)整立模定位標(biāo)高。

根據(jù)公式可計(jì)算出立模標(biāo)高，詳細(xì)列出1至2號(hào)墩中間單元各標(biāo)高入下表。

表1 線形監(jiān)控立模標(biāo)高理論計(jì)算表

三、監(jiān)控實(shí)施

(一)線形監(jiān)控實(shí)施

根據(jù)連續(xù)梁懸臂施工具有階段性和循環(huán)性的施工特點(diǎn)，實(shí)施線形控制的具體工作內(nèi)容如下:

1)在每一梁段施工前，根據(jù)仿真模擬計(jì)算結(jié)果和上一個(gè)梁段的施工測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，給出本梁段施工時(shí)的理論立模標(biāo)高。實(shí)際立模時(shí)還需要考慮掛籃的彈性變形值和溫度的影響。

2)在每個(gè)梁段施工完畢后，下一梁段施工前測(cè)量所有梁段的標(biāo)高并與理論值比較。必要時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行新的估計(jì)。在線形控制中，要測(cè)試主梁的標(biāo)高。每一梁段的標(biāo)高測(cè)量分為3個(gè)工況進(jìn)行，即混凝土澆筑前、混凝土澆筑后及預(yù)應(yīng)力張拉后。主梁標(biāo)高的測(cè)點(diǎn)布置在沿橋梁縱向?yàn)槊總€(gè)梁段的前端。沿橋梁橫向的測(cè)點(diǎn)設(shè)在腹板靠近外側(cè)的上方。

(二)應(yīng)力監(jiān)控實(shí)施

為了及時(shí)掌握大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋在施工過(guò)程中關(guān)鍵部位應(yīng)力的變化規(guī)律，在每一跨主梁關(guān)鍵部位布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，通過(guò)施工階段的實(shí)時(shí)測(cè)試獲得結(jié)構(gòu)真實(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行誤差分析并判斷是否符合設(shè)計(jì)要求，如果實(shí)測(cè)值與理論值的差值超限，則必須查找原因和調(diào)控，使之在允許的范圍內(nèi)變動(dòng)。

1)縱向選取每一跨箱梁的支點(diǎn)截面、跨中和L/4截面，如圖2。5跨連續(xù)梁共計(jì)24個(gè)斷面。

2)橫向每個(gè)截面布置9個(gè)測(cè)點(diǎn)如圖3;所有應(yīng)變計(jì)均沿縱向布置，即測(cè)縱向應(yīng)變。

圖2 5跨連續(xù)梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)截面布置圖

圖3 梁體控制截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

四、結(jié)語(yǔ)

施工監(jiān)控環(huán)節(jié)在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的建設(shè)中是必須的，是一項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)工程，施工監(jiān)控的項(xiàng)目組織應(yīng)和項(xiàng)目的施工組織計(jì)劃協(xié)同制定，在充分分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理地制定監(jiān)控方案，采集關(guān)鍵的必要數(shù)據(jù)，采用預(yù)測(cè)控制的方法有效指導(dǎo)施工。

［1］向中富．橋梁施工控制技術(shù)［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［2］顧安邦，張永水．橋梁施工監(jiān)測(cè)與控制［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

［3］吳鴻慶，任俠．結(jié)構(gòu)有限元分析［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2000．

［4］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．JTJ041－2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］．

2012－06－06

胡波(1978－)，男，湖北公安人，工程師。