連續剛構橋施工監控計算要點分析

康玉強KANG Yu-qiang

（四川建筑職業技術學院交通與市政工程系，德陽 418000）

（Department of Traffic and Municipal Engineering，Sichuan College of Architectural Technology，Deyang 418000，China）

0 引言

連續剛構橋具有剛度均勻，高墩大跨、造價低、施工速度快等優點，在山區公路中修建較多。一般來說，在溝壑地區大多數連續剛構橋均采用掛籃懸臂施工，此工藝成熟，效率高，速度快，施工質量穩定可靠，已被我國工程界掌握[1]。在施工過程中，結構為靜定，無多余約束，且高墩剛度小，荷載種類多且不斷變化，故在施工時橋梁的內力狀態也是變化的；另外根據已有的實測資料表明連續剛構橋投入使用后下撓過大，偏離設計線型，導致行車不舒適。如1997年建成的重慶江津長江大橋到2007年跨中下撓31.7cm，肉眼已經能明顯分辨出跨中下凹[2]。綜上因素，施工期間埋設儀器監控橋梁的受力狀態，將實測數據和模型計算結果比較，及時糾正施工中存在的偏差，使橋梁合龍時達到預想的狀態，設置足夠的預拱度，保證營運期間有良好的工作性能。

1 測點布置

1.1 應力測點布置 截面應力不能直接測試得到，一般通過應變儀測試得到，再乘以彈性模量得到應力（混凝土彈性模量的測定一般由施工單位實驗室完成）。施工期間的截面橫向測點布置見圖1，測點布置根據箱梁的寬度確定，對于寬箱為了考慮剪力滯后的影響，橫向應增加測點數量。應力計按預定的測試方向固定在主筋上，測試導線引至混凝土表面。施工過程中注意對應力計和引出導線的保護[3]。

圖1 應力測點

1.2 撓度測點 橋梁懸臂施工的每一個階段均要做線形測量，在每個塊件對稱布置三個以上的測點，不僅測試撓度的同時，還可以觀察是否出現扭轉，各個測點之間也可以相互校核。掛籃就位后，對每個節段混凝土澆筑前后、預應力鋼筋張拉前后均要做高程測量，并和計算模型的結果比較，修正控制模型，保證線形在可控范圍內。在具體實施時高程控制點布置在離塊件前端一定距離處（10～15cm），采用鋼筋垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢并要求豎直，鋼筋露出箱梁混凝土表面一定高度（2～5cm），測點磨平并用紅油漆標記（圖2）。

圖2 撓度測點

1.3 溫度測點 施工和使用期間溫度的變化都將影響橋梁的線形，溫度的影響包括年溫差和溫度梯度。年溫差表現為橋梁的整體伸縮，會在結構中引起溫度次內力，對結構的影響（撓度和應力）可以較準確的計算；日溫變化比較復雜，溫度場沿截面高度產生的溫度差，使主梁產生撓曲，同時截面上下層纖維之間會有錯動，產生溫度自應力。在實際測試過程中，可選在晚上無日照的時間測得年溫差，溫度梯度的測試應沿著截面的橫向和豎向布置（圖3）傳感器測得。根據實測數據，可以很方便的計算出溫度對結構撓度和應力的影響，在施工監控時對立模標高做相應的調整。

2 預拱度計算

圖3 箱梁溫度測點布置示意

2.1 計算方法及荷載 橋梁施工控制的計算方法有正裝分析、倒拆分析方法和無應力狀態法，正裝分析方法是按照橋梁實際的施工順序安裝單元計入相關荷載，直到橋梁合龍；倒拆分析是以成橋狀態為起點，逐步卸載和拆除結構單元。由于收縮徐變的影響這兩種算法的計算結果是不閉合的，所以在施工過程中通常采用正算和倒拆結合，倒拆過程中考慮收縮徐變的影響，此過程交互迭代知道計算閉合。

在仿真模擬過程中，要考慮施工過程中橋梁可能的各種荷載。如結構自重、橋面二期恒載、掛籃荷載、施工過程臨時荷載、結構預應力、混凝土收縮徐變、結構臨時支撐、結構體系轉換等。另外，還應考慮季節溫度、日照溫差和結構各部位不均勻的溫度場等的影響。

2.2 計算方法及荷載 在橋梁懸臂施工過程中，橋梁線形的控制主要通過立模標高來控制。隨著施工的進行，每一個階段的受力都不一樣，結構的撓度在施工過程中也是不斷變化的，故先期施工的節段要計入后期施工荷載的影響，先期施工的塊件要設置足夠的預拱度，保證橋梁的順利合龍，施工監控時計算公式如下[5]：

式中 f合龍恒載預拱度計入了施工的累計位移，f附加預拱度按后文公式計算可得。

實際施工時的立模標高按公式（2）計算：

式中 f掛籃變形根據施工單位掛籃加載實測值采用，f施工調整根據已安裝梁段的標高與理論標高的偏差做調整。

2.3 附加預拱度的確定 根據近幾年來工程實踐經驗，連續剛構橋在使用期間因混凝土收縮、徐變的影響，跨中撓度增加約為L/500～L/1000（L：中孔跨徑），邊孔最大撓度一般發生在3/4L處，約為中孔最大撓度1/4。另外，連續剛構橋邊中跨比例大都采用0.52～0.6，橋墩為柔性墩。由于墩、梁固結，節點處剛度極大，由變形協調可知，中孔跨中下撓大，會引起邊跨上撓，可以緩解邊跨的下撓。故邊跨成橋預拱度一般設置較小，在3/4L處設置fc/4預拱度（fc：中孔跨中成橋預拱度）。

依據現有的理論計算的收縮徐變的引起的下撓和實際工程中的撓度不完全吻合，根據工程實際經驗采取以下方法設置附加預拱度：跨中按L/1000+1/2d2（L為中跨跨徑，d2為活載撓度），邊跨預拱度按中跨最大撓度1/4計算，邊跨最大撓度在3/4L處。在中孔跨中fc確定后，中孔其余各點按 y=fc/2（1-cos（2πx/L））進行分配。邊孔 3/4L 處成橋預拱度取中孔跨中成橋預拱度fc的1/4，邊孔其余各點按余弦曲線分配。由于余弦曲線在墩頂兩曲線連接處切線斜率為零，滿足平順要求，若按照拋物線分配就不能滿足墩頂平順的要求；余弦曲線在L/4處預拱度為跨中預拱度1/2，與有限元計算也是吻合的[6]。

3 計算實例

3.1 工程概況 主橋采用48＋86＋48m變高度連續剛構，單箱單室直腹板橫斷面。箱梁頂板寬8.0m，兩側翼緣板懸臂長1.5m，懸臂板端部厚20cm，根部厚66cm；頂板厚0.25m，底板厚度由箱梁根部的0.7m變化至跨中0.3m。順橋向梁高采用拋物線變化，根部梁高5.5m，跨中及邊跨直線段梁高均為2.2m，變截面段梁底曲線為1.8次拋物線，合攏段及邊跨膺架施工段均為直線段。箱梁采用直腹板，腹板寬0.4～0.6m，箱梁底寬5.0m。

主橋節段施工共分為0～10號節段、邊跨支架現澆段及合龍段。0號節段長度為9.0m，1～3號節段長度為3.0m，4～6號節段長度為3.5m，7～10號節段長度為4.5m，合龍段長度2.0m，邊跨支架現澆段長度4.0m,其余節段采用掛籃懸臂澆筑。

主梁采用三向預應力體系。縱向預應力鋼束設置了腹板束、頂板束和底板束。腹板束、頂板束采用17Φs15.2鋼絞線，底板束采用12Φs15.2鋼絞線。1號墩高40m，2號墩高52m，均采用雙薄壁墩；汽車40級，掛車220級，雙向兩車道。

3.2 計算結果 計算模型（圖5）考慮了施工期間掛籃、收縮徐變、預應力張拉、溫度變化等多種因素的作用，二期恒載以及使用期間汽車荷載作用。

圖4 變形及預拱度（mm）

圖5 計算模型

從圖中可以看出，正算的成橋線形呈上拱，主要是因為結構縱向預應力強大所致；附加預拱度按照前文所述的方法算得，總預拱度與已建成的跨度類似的橋梁接近，和實際經驗吻合。

4 常見問題及結論

通過對連續剛構橋在施工節段的計算分析，可以得出如下結論：①一般采用正算法就能滿足監控需要，計算時應全面考慮結構承受的荷載。②附加預拱度的確定可根據文中的建議算法，此算法由工程經驗歸納得來，具有一定的實用價值。③在施工期間，施工單位在主梁上堆放機具材料應對稱，并靠近墩頂為宜，減少不平衡力矩。同時，在連續剛構監控計算分析中仍存在以下問題：①預應力鋼筋張拉后，主梁變形并不會立即發生，預應力的克服摩擦傳遞需要時間，這和我們力學中的概念有所不同，故混凝土應力應變的測試宜在張拉后數小時進行。②日照溫差不僅存在于頂板和底板直接，還存在于左右腹板直接，這種溫差會使主梁在平面上偏離軸線，計算時應考慮。

[1]馬寶林.高墩大跨連續剛構橋[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]李慶桐，周志祥，劉小渝.連續剛構橋后期撓度過大影響因素的偏差分析[J].重慶交通大學學報，2013，32（增刊 1）：818-822.

[3]諶潤水.公路橋梁荷載試驗[M].北京∶人民交通出版社,2003.

[4]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]宋士新.大跨度連續剛構橋梁施工控制關鍵問題分析與研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[6]齊東春，張永水，李強.大跨徑連續剛構橋跨中下撓的成因及對策[J].重慶交通大學學報，2007，26（6）：46-49.