剛構連續梁橋施工中線形控制研究

鄭曉榮

(中鐵十二局集團公司第三工程有限公司，山西太原 030024)

0 引言

剛構連續梁是20世紀80年代于西方國家興起的公路橋梁體系，是將連續梁橋和連續剛構技術結合，實現了橋梁質量的升級。我國山區地形條件比較復雜，高山、深溝、陡坡等的錯綜復雜正好為高墩大跨剛構連續組合梁橋的應用提供了廣闊的舞臺。剛構連續組合梁橋通常采用平衡懸臂施工的方法，為適應地形需要并以技術升級來減少工程投入，橋梁在設計施工時一般選用高墩身、大跨徑以及趨于薄壁化的箱梁，這就使得橋梁整體結構的柔度增大、剛度下降，再加上環境、地質、水文等因素的影響，使得橋梁的受力和變形極為復雜［1］。為保證橋梁的最終合龍、成橋線形、應力等符合設計要求，結構安全、可靠，必須對施工過程中的變形、應力和安全性進行監測和控制。本文即以新建山西中南鐵路通道工程ZNTJ-1標段的康寧南川河特大橋為例展開研究，通過對其施工線形的影響因素進行分析、控制和監測，以期為橋梁的施工質量和安全提供保證。

1 剛構連續梁橋施工模擬計算

1.1 背景工程概況

以新建山西中南鐵路通道工程ZNTJ-1標段的康寧南川河特大橋為例展開研究，橋梁布置如圖1所示，從圖中可以看出，該段橋梁采用(48+80+48)m預應力混凝土剛構連續箱梁，在3號墩頂位置設置固定支座，主梁采用單箱單室截面，建立坐標軸X，Y，Z三個方向的預應力體系，頂板寬11.81 m，底板寬6.7 m，翼緣板懸臂外側2.555 m、內側3.35 m。箱梁根部梁高7.0 m。

圖1 橋梁布置圖（單位：mm）

該橋的設計標準為:鐵路等級為國家Ⅱ級，設計行車速度為120 km/h，抗震設防級別為7度。11.81 m的橋面寬度包括:防撞墻、電纜槽、防撞墻、行車道、防撞墻、電纜槽、防撞墻。在本工程實例中，主橋箱梁施工采用懸臂分段澆筑法，每個主墩的T形結構分為0號托(支)架現澆段、10對懸澆段、中跨合龍段、邊跨11號段、邊跨合龍段、邊跨現澆段，邊跨、中跨合龍段長度均為2 m，合龍按照先中跨、后邊跨的順序依次進行。

1.2 虛擬模型建立

本文選擇Midas/Civil軟件進行建模分析，通過在軟件中進行建模、網格劃分等，將該橋梁段劃分為213個單元，其中主梁187個，其截面為1.8次方拋物線變截面單元。加載時將202根鋼束作為預應力施加，不考慮樁基變形，模型可以大致等價為豎向位移約束的鉸支梁。建立的虛擬模型如圖2所示。

圖2 虛擬模型

2 影響線形因素的分析

2.1 影響線形的因素

本文在Midas/Civil軟件中建模計算時，所采用的參數都是以設計單位的要求標準以及現場工地實驗室的數據來選取的。而在實際的施工過程中，由于各方面因素的影響，各參數的值都會有所出入和變化。為了找出對線形影響程度最大的參數，并進行重點跟蹤識別和控制，本文在此將對大跨徑預應力剛構連續組合梁橋有線形影響的主要參數羅列在表1中進行比較［2］。

2.2 施工過程參數對線形的影響

結構參數敏感性分析的一般流程為:選擇與成橋線形直接相關，且具代表性的參數→將這些指標作為自變量設置變化幅度→觀察由此引起的結構位移和應力變化情況→根據各個參數對結構狀態影響的敏感程度給出主次判定［3］。但是由于不同參數的擾動范圍以及參數對不同塊段影響程度都存在較大差異，所以僅從擾動前后的撓度差值比較是無法準確得出反應參數對結構的敏感程度的。

表1 影響線形的主要參數

本節總結了對線形影響較為顯著的梁段自重、彈性模量、收縮徐變、預應力損失等幾個重要參數，如表2所示。

表2 施工參數對線形的影響

本文結合工程背景確定采用2.5%，5%，7.5%，10%，15%的參數變化幅度，選定A0橋墩最大懸臂狀態下各個節點的位移為控制目標，通過引入敏感度系數S=|Δdz/dz|/r的定量計算，通過Midas/Civil軟件進行求解運算，得到各參數對懸臂梁端線形的敏感度系數分別為:容重9.0影響最大，彈性模量1.0次之，其余參數均在1.0以下影響較小。

在實際施工過程中，需要對混凝土的容重進行監控，以保證混凝土的澆筑質量，防止發生超方和脹模。

2.3 溫度對線形的影響

在懸臂施工的過程中，當溫度發生變化的時候，會造成主梁標高的測量放樣產生誤差，并進而導致主梁合龍困難;同時日照不均勻也會引起主梁水平向的撓曲;另外日照角度的變化也會使墩身發生彎曲，以上三點都會對主梁線形產生影響。在本工程實例中，當溫升和溫降較大時，中跨跨中拱起和下撓可達到30 mm左右。

在實際施工過程中，可以采用以下措施來減小溫度對線形的影響:日出之前進行撓度及標高測量;在箱梁內布設溫度、應力傳感器，定時采集溫度、撓度值，進行分析并修正其影響。

3 工程實例線形控制

3.1 線形控制方法

總體來說，剛構連續梁橋的線形控制是通過監測各箱梁節段的豎向撓度和橫向偏移，對已經發生的偏差進行分析并確定調整方法，以提高下一節段的施工質量，通過“施工→監測→分析→修正”這個過程的循環，最大限度的使橋梁線形滿足要求。

在實際施工中，按照圖3所示在各個梁段布置測點測量其撓度，經過誤差分析后，為下個節段的施工提供合理的立模標高來完成一個循環。

3.2 線形控制

橋梁各塊段的立模標高=設計標高+預拱度+施工調整值，其中，預拱度是為抵消各種荷載對線形的影響而預先設置的余度。通過分析計算得到本工程實例的施工預拱度和成橋預拱度曲線，再將二者疊加得到最后的總預拱度曲線如圖4所示，從圖中可以看出，整個線形平順，沒有異常起伏，這說明線形的控制效果較好，橋梁施工正常。

圖3 梁段撓度觀測點布置

圖4 總預拱度曲線

4 結語

剛構連續梁橋在施工過程中的線性控制涉及面較廣，限于篇幅，本文只對其中的部分內容進行了研究，除此之外對線形有影響的還有合龍順序，成橋后的收縮徐變、預應力損失等等方面，線形控制中還有預埋制作偏移量的設計等等內容，需要下一步進行深入研究。

［1］ 蘇小敏.三孔剛構連續梁懸臂澆注施工技術［J］.職業圈，2007(4)：51-52.

［2］ 徐建富，余 毅.多跨剛構連續梁組合橋上部結構施工監控［J］.世界橋梁，2011(4)：17-18.

［3］ 張小彬.連續梁施工掛籃主構架地面預壓技術［J］.鐵道標準設計，2011(6)：39-40.