大跨徑混凝土連續梁橋施工精細控制方法

劉利民

（山西省工業產品生產許可證審查中心，太原 030002）

大跨徑混凝土連續箱梁橋是一種多次超靜定結構，其理想結構線形和應力狀態不僅與設計有關，而且還依賴于科學合理的施工方法，依賴于施工過程中對結構變形及應力的有效控制。在連續箱梁懸臂澆筑過程中，由于各種因素（如橋用材料性能、施工精度、荷載及大氣溫度等）的影響，結構成橋線形及應力狀態會偏離理論設計狀態，如果不加以控制，將會導致橋梁結構線形偏離太大、主橋合攏困難等問題，甚至導致橋梁結構出現安全問題。為了確保橋梁在施工過程中結構變形及受力始終處于安全范圍內，且成橋后的結構線形符合設計要求，結構應力狀態接近理論狀態，對大跨徑混凝土連續梁橋進行施工控制是必不可少的。該橋以線形控制為主，應力控制為輔。

1 工程概況

清江上某大跨徑預應力混凝土連續箱梁橋，橋跨布置為4×20m＋（65m＋100m＋65m）＋4×20m，主橋采用單箱單室變截面預應力混凝土連續箱梁。箱梁根部高度6.2m，跨中高度2.6m，箱梁根部底板厚80cm，跨中底板厚32cm，箱梁高度及箱梁底板厚度按1.8次拋物線變化。箱梁腹板根部厚80cm，跨中厚50cm，箱梁腹板厚度在腹板變化段按直線段漸變。箱梁頂板厚28cm，箱梁頂寬9.5m，底寬6m，頂板懸臂長度1.75m，懸臂板端部厚20cm，根部厚60cm。箱梁頂設有2%的橫坡，主橋上部構造按全預應力混凝土設計，采用三向預應力。箱梁采用C50混凝土。設計汽車荷載等級：公路Ⅱ級。橋型布置圖見圖1。

2 有限元仿真模擬分析

2.1 全橋有限元模型的建立

采用有限元Midas／Civil軟件來建立該連續箱梁橋三維空間模型，所建立的模型中只考慮了縱向預應力鋼束（包括平彎及豎彎），單元按照施工節段來劃分，模型共分70個單元和99個節點，如圖2所示。

2.2 立模標高計算

在連續箱梁橋懸臂澆筑法中，由于存在各種因素的影響，橋梁結構實測線形會偏離理論目標線形。為了控制這種偏差在規范允許的范圍之內，施工過程中需設置預拱度，也就是通過調整每一施工節段的立模標高來達到成橋線形與理論線形相一致的目的。一般情況下，在施工每一節段時通過設置一定的預拱度來抵消后期施工中產生的變形影響，也就是箱梁節段立模標高并不是設計提供的標高，其計算公式如下

式中，Hmi為第i節段梁端立模標高；Hji為第i節段梁段設計標高；Hgi為預拱度計算值；fg為掛籃變形值，由預壓試驗確定。

通過已建MIDAS模型來計算預拱度值，預拱度荷載組合為恒載＋1／2活載，其中恒載包括施工梁段的自重，預應力鋼束張拉力，施工臨時荷載等，活載則包括汽車荷載和人群荷載，該橋預拱度計算值及設計院提供預拱度值對比見圖3。

由圖3可知，模型計算預拱度值與設計院提夠預拱度值基本相符，兩者相差最大值不超過1cm，故模型計算預拱度值可有效指導工程施工。

3 施工精細控制

大跨徑混凝土連續梁橋施工監控是一個施工→測量→識別→修正→預測→施工的循環過程。施工控制中最基本的原則是先確保施工過程中橋梁結構的安全，在此前提下，再對施工過程中的結構變形及應力進行雙控，其中以變形控制為主，應力控制為輔，確保橋梁最終的結構狀態滿足預期目標。

3.1 線形控制

對于懸臂澆筑的連續箱梁橋，施工一個梁段稱為一個節段，將每節段分成①定位立模；②混凝土澆筑；③預應力張拉3個工況。通過現場所測數據與理論計算值（MIDAS模型）進行對比分析，得出當前施工節段及已施工節段的線形狀況，實現對主橋最終線形的有效控制。

3.1.1 測點布置

每一梁段懸臂端截面梁頂設立三個標高觀測點，觀測點均用短鋼筋預埋，短鋼筋伸出長度比箱梁截面混凝土表面高20～30mm，其頂端平滑，觀測點須用紅油漆標明編號。當前現澆節段懸臂端截面梁底同時對應設立三個臨時標高觀測點，作為當前節段控制截面梁底標高用，并給出對應的測點的高程關系，測點布置見圖4。

3.1.2 箱梁線形跟蹤觀測

每一節段按三種工況（即：混凝土澆筑后、預應力束張拉后和掛籃前移后）來進行箱梁線形的測量。在測量過程中，還要考慮溫度的變化，為了找出溫度變化引起箱梁線形變化的規律，在工況不變的情況下，從早晨6：00至下午18：00間對其進行觀測，從而了解溫差變化較大時的線形變化情況，為待施工節段立模標高的確定提供較為可靠的依據。

3.2 應力控制

由于鋼筋混凝土材料的非均勻性和復雜性，結構分析結果涉及到設計參數的選取（如材料特性、密度、截面特性等參數）、施工狀況的確定（施工荷載、混凝土收縮徐變、預應力損失、溫度、濕度、時間等參數）和結構分析模型等諸多因素的影響，結構的實際應力與計算應力很難完全吻合，即計算應力不可能反映結構的實際應力狀態。因此，采用性能可靠的傳感元件，通過參數識別、誤差分析與處理，使結構測試應力盡可能地接近于真實，從而較準確地掌握結構的應力狀態。

3.2.1 測點布置

對于大跨徑混凝土連續箱梁橋，考慮到施工先后順序、施工人員、施工時間及預應力束應力損失等因素，箱梁應力控制截面及測點布置見圖5。

3.2.2 箱梁應力測試

大跨徑混凝土連續梁橋應力測試也是按三個工況循環推進，即掛籃定位立模、混凝土澆筑后、預應力束張拉后。通過現場實測值與理論計算值的對比分析，得出箱梁控制截面的應力狀態，實現對箱梁結構應力的有效控制。

3.3 溫度場控制

箱梁的線形和應力與大橋所處溫度場是息息相關的，所以必須對大橋溫度場進行測試。在主橋控制截面內預埋溫度元件，測試截面和測點布置同箱梁應力測試截面，以測量其內部的溫度場分布。根據實測的溫度場，修正箱梁應力及線形測試結果，使結構的實際狀態與理論計算狀態在同一溫度場下進行比較分析。

4 施工控制結果分析

4.1 箱梁中跨及邊跨合攏段精度

中跨及邊跨合攏段是箱梁懸澆施工過程中的重要環節，對全橋的整體線形有著至關重要的影響。在各合攏段施工前，對合攏口兩端的高程進行了測量，結果見表1。

表1 各合攏段鎖定前兩側底板高程差

從表1可知，各合攏段在鎖定前兩側底板相對高程差最大值為8mm，最小值為－5mm，滿足規范規定的合攏精度（合攏段相對高差絕對值≤20mm），說明該橋各合攏段順利合攏。

4.2 箱梁線形控制分析

大跨徑橋梁施工控制必須保證箱梁線形滿足設計要求，以保證大橋結構線形流暢。待所有合攏段預應力束張拉完成后，對該橋線形進行了測量，結果見圖6。

從圖6可知，連續梁橋箱梁底板高程均比理論計算值大，以抵消橋面系施工時產生的累積撓度以及運營階段混凝土的收縮徐變引起的變形，使得主橋10年后的最終線形向設計線形靠攏。高程最大偏差值（于中跨合攏段處）為12mm，小于規范規定值（L／5000＝16mm），說明在成橋狀態下，箱梁結構線形與理論線形吻合良好。

4.3 箱梁應力控制分析

在混凝土箱梁懸澆施工中，按混凝土澆筑、預應力束張拉兩種工況，利用控制截面埋設的振弦式傳感元件，對混凝土箱梁應變進行跟蹤測試，通過應力測試誤差分析并與理論計算應力對比分析，從而反映出整個施工狀況。待全橋所有預應力束張拉完成后，對箱梁控制截面應力進行了測試，結果見圖7。

從圖7可知，在成橋狀態下，箱梁控制截面均處于受壓的狀態，且接近理論計算值，說明橋梁結構處于安全范圍之內，符合設計要求。

5 結 語

施工控制在大跨徑混凝土連續梁橋施工中是必要的。運用MIDAS有限元軟件對主橋施工階段進行仿真模擬分析，計算各節段施工預拱度值及各階段結構理論計算狀態，通過現場相關實測數據對比分析，本橋各施工階段結構變形及結構應力均在可控范圍內，各合攏段精度符合規范要求，且成橋狀態下箱梁結構線形及應力狀態與理論計算狀態相符。

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