預應力剛構橋懸臂澆筑施工監控

陳林海 杜 磊 顏全勝

(華南理工大學土木與交通學院，廣東廣州 510640)

0 引言

隨著公路橋梁建設的飛速發展，各種預應力混凝土連續剛構橋得到廣泛應用。連續剛構橋的施工要經歷一個長期而復雜的施工過程。由于施工過程中受到許多不確定性因素［1，3］，包括材料的性能、施工荷載、預應力損失、混凝土收縮徐變、溫度等的影響，造成橋梁結構實際狀態與理想狀態之間存在差異，因此在橋梁施工過程中有必要對橋梁的實際反應(高程、線形、應力等)實施嚴格的全過程施工控制，以保證橋梁建造質量、確保施工過程的安全，以及成橋結構內力和線形等符合規范及設計要求。

1 工程概況

某連續剛構特大橋主橋上部結構采用(125+210+125)m的連續剛構，箱梁0，1號塊采用C60混凝土，其余部位均采用C55混凝土。半幅橋頂板跨度18.5 m，單箱單室斷面，其中箱底寬9.5 m，兩側懸臂翼緣板寬4.5 m;箱梁根部梁體中心線高H=12.5 m，跨中及端頭梁體中心線梁高H中=4.6 m，箱梁梁高、底板厚度自根部至跨中按2.0次拋物線變化。主梁0號塊長16 m，懸臂0施工節段長度8@3.0+8@3.5+11@4，其中0號塊采用支架施工，邊跨現澆段長度為18.8 m，其余梁段采用掛籃施工。全橋共設置3個合龍段，長度均為2 m。主墩墩身采用C40混凝土，采用矩形雙薄壁墩。

2 施工監控內容

某連續剛構特大橋施工監控是理論計算預測→按預測數據進行階段施工→階段施工完后測量、處理→按處理結果進行參數識別、修正→下一階段理論計算預測的循環過程。其工作的主要內容分為2個部分:第一部分是數據采集，包括預先在橋上選定截面埋設各類傳感器，每個施工工況完成后采集數據，并在每個施工工況完成時測量橋梁各個選定斷面的標高。第二部分是數據處理，對采集的數據處理后得到下一個施工階段的參數。

3 仿真分析

3.1 施工階段劃分

某連續剛構特大橋采用通用有限元軟件Midas利用空間梁單元進行建模分析，按照過程劃分施工階段，進行施工階段分析，主要施工階段如下:

1)完成主墩、過渡墩基礎、承臺及墩身施工;

2)在托架上澆筑0號塊，張拉0號塊預應力，拆除0號塊托架，安裝1號塊掛籃、模板;

3)澆筑1號塊，待養護5 d后，張拉1號塊預應力，移動掛籃至2號塊，安裝2號塊模板;循環施工下一塊;

4)待施工至27號塊張拉預應力鋼筋后，邊跨滿堂架施工，澆筑邊跨現澆段;

5)拆除所有掛籃，安裝合龍段吊架、模板，邊跨合龍，張拉邊跨預應力;

6)拆除邊跨滿堂支架、吊架，安裝中跨合龍段吊架、模板，施加主跨跨中頂推力，中跨合龍;

7)卸載頂推力，張拉中跨預應力，拆除合龍段吊架，上二期恒載等;

8)十年收縮徐變。

3.2 建立計算模型［2］

采用Midas/Civil將全橋結構簡化為三維空間模型結構進行施工過程整體計算，模型簡化見圖1。

圖1 成橋狀態下橋梁模型軸側圖

4 監控方案

4.1 標高控制［6-8］

施工監控中采用標高控制為主，應力控制為輔的策略，著重考慮每一梁段預拱度的設置。只有合理設置預拱度，才能在最后合龍階段保證2個懸臂端在同一水平線上，也才能保證在運營之后的全橋線性與設計線性相吻合。下面就簡要介紹下考慮了預拱度等影響因素后立模標高的確定方法:

梁段立模標高必須設置預拱度來抵抗施工過程中產生的其他各種變形(撓度)，若某一節段前端的設計標高為H，成橋預拱度為Y1，主梁施工過程中此點掛籃位移值為f掛籃，立模標高修正值為H修，則此點的立模標高H立模其計算公式為:

其中，Y1為成橋后徐變位移和活載預拱度;f掛籃為當前節段掛籃位移;H修為考慮施工誤差、溫度等影響的修正值。立模標高是在梁段施工之前通過理論計算得到的，而計算時選取的技術參數與實際情況存在差異，因此應將施工中實測變形值與理論計算的變形值進行比較分析，及時消除誤差，在原來設置預拱度基礎上進行調整，引入調整后的修正值H修。此立模標高計算公式簡單，概念清楚，使用方便，實際使用效果較好。

某連續剛構特大橋在每段的懸澆梁端頂板上各布置3個觀測點，底板上各布置3個觀測點，如圖2所示。

圖2 斷面觀測點布置圖

在澆筑過程中，分別對梁端立模，澆筑后，張拉后進行測量。這些標高數據是施工監控最直接最重要的數據。由于篇幅限制，現僅使用51號墩左幅5號塊澆筑后梁頂1號，2號，3號標高數據，見圖3～圖5。

圖3 1號觀測點各節段標高對比圖

圖4 2號觀測點各節段標高對比圖

從圖3～圖5看出，各梁段高程偏差都控制在15 mm范圍內，最大差異為11 mm，說明線形得到了很好的控制。

4.2 應力分析［9，10］

主梁應力計算結果如圖6～圖8所示。從圖中可知，最大雙懸臂階段最大壓應力為13.94 MPa，二期鋪裝完成后主梁最大彎矩為14.77 MPa，主梁在模擬成橋狀態時為全截面受壓，沒有出現拉應力，其中最大壓應力為14.85 MPa，滿足規范要求。

在現場操作中，將傳感器埋置在51號墩左幅邊跨和跨中1號塊中間位置，對稱埋置24個傳感器，埋置位置見圖9。

圖5 3號觀測點各節段標高對比圖

圖6 最大雙懸臂施工階段主梁組合應力最大值

圖7 二期恒載鋪裝完成后主梁組合應力最大值

圖8 運營階段十年收縮徐變后主梁組合應力最大值

圖9 傳感器埋置示意圖

由于篇幅限制，現僅使用51號墩1號塊跨中應力在澆筑完5號塊后數據，見圖10。

圖10 51號墩1號塊跨中應力在澆筑完5號塊后對比圖

由圖10可知，各控制截面實測應力與計算應力比較吻合，應力最大差值為1.42 MPa，在2 MPa以內，頂板實測最大壓應力5.86 MPa，底板實測最大壓應力3.03 MPa;全截面受壓，遠小于施工狀態壓應力限值，表明施工過程中結構是安全的，滿足設計要求。

5 結語

本文使用有限元軟件Midas對某連續剛構特大橋進行全過程分析，將所得到的計算結果和施工中的實測數據對比，結果表明該連續剛構特大橋工作性能正常，線形和應力滿足要求。通過利用Midas軟件對連續梁橋施工全過程進行分析可知，此方法能精確模擬結構的實際受力過程，為連續剛構特大橋的施工及測控提供參考依據和有效的指導及驗證手段。

［1］ 姚玲森.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］ 胡 娟.Midas/Civil軟件在大跨徑橋梁懸臂施工中的應用［J］.橋梁工程，2011(10):73-74.

［3］ 范立礎.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［4］ JTG D60-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［5］ 高雪峰.預應力連續梁橋懸臂澆注施工監控［J］.橋隧工程，2009(5):31-32.

［6］ 葛耀君.分段施工橋梁分析與控制［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［7］ 徐君蘭.大跨度橋梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［8］ 楊 斌.大跨徑連續梁橋施工監控研究與實踐［J］.橋梁，2012(3):61-62.

［9］ 張繼堯，王昌將.懸臂澆注預應力混凝土連續梁橋［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［10］ 高雪峰.預應力連續梁橋懸臂澆筑施工監控［J］.橋隧工程，2012(13):49-50.