預應力連續梁橋懸臂澆筑施工關鍵問題及位移與應力的施工模擬分析

謝立強

(湖南路橋建設集團公司)

1 工程概況

X 河橋為國內典型的變截面預應力混凝土連續梁橋，橋梁跨度(48 +80 +48)m，主梁為直腹板箱梁與單箱單室。橋梁、邊跨直線段、端支座處、跨中截面中心處與中支點截面中心處的控制截面梁高分別為3.835 m、3.835 m、3.835 m、6.435 m，同時梁高的變化曲線為二次曲線;防護墻內側寬、橋面頂寬、箱梁底寬的寬度分別為9.0 m、12.2 m、6.00 m。單箱單室所采用的為圓弧腹板箱梁，未計梁頂橫向坡度的頂板厚40 cm，合攏段腹板與0#、1#的厚度分別為45 cm、130 cm、80 cm;五道橫隔梁均設置在橋梁的中跨截面處、端支點、支座，為方便檢測人員正常檢測，在每個隔板處都有相應的孔洞。

2 橋梁施工控制的影響因素

(1)主梁的截面尺寸:在施工的過程中，實際的截面尺寸與設計的尺寸總會存在差別，由于模板的搭建等因素所造成的偏差，從而造成理論設計與實際施工存在部分偏差，通過對一些工程經驗進行總結分析，能夠將計算出這種誤差的允許范圍，這樣便能夠將讓尺寸控制在合理的范圍內。

(2)材料的容重:材料的容重能夠直接影響結構的變形，容重的影響因素有幾個，實際施工中的鋼筋配筋、混凝土在拌制過程中的骨料成分都會對容重產生影響。在正常的設計中，一般取大于規范規定容重取值的1～2 個值。需要在施工過程中進行適時檢測

(3)材料的彈性模量:在結構受力變種中，彈性模量能夠起到較大的影響。在設計時，彈性模量值都是按一個固定的值進行的，但是在施實際施工中，由于外界的影響因素彈性模量的值并非為固定的。因而彈性模量也必然存在誤差，對于彈性模量在實際與設計中的誤差必須關注。這便要求在施工的過程中，為能夠通過調整施工配料來讓這個誤差在允許范圍內，要進行及時的抽樣檢測。

(4)材料熱膨脹系數:在鋼結構的影響因素中，材料熱膨脹系數是有著較大影響。材料熱膨脹系數主要是在鋼結構的施工中所考慮的。

(5)施工荷載:在設計的過程中，施工荷載是按照規范取值的，但是在實際施工中，施工的荷載并非設計中的集中荷載或均勻荷載，從而造成施工荷載的誤差，這是不能改變的，只能夠盡可能減少誤差。

(6)預加應力:在設計過程中，預應力是定值，這個定值是通過綜合考慮彈性模量、管道摩阻、預應力設備、鋼束截面尺寸等因素得出的。

3 懸臂澆筑施工監控的關鍵問題分析

施工監控的重難點如下。

(1)結構跨度大

長度達到64～100 m 主跨是屬于大跨度連續梁結構，在施工中各種參數的偏差，如材料的彈性模量偏差、混凝土收縮徐變系數偏差、自重偏差、施工荷載偏差，還有那些與測量等方面的誤差，尤其是像主梁的標高誤差、軸線誤差這些具有累積特性的偏差，這些都能夠較大地影響到施工監控的準確分析與預測。

(2)溫度荷載的影響

在橋梁結構的內力和變形中，溫差對其影響是很大的，溫度效應對結構產生的溫度次應力能夠很容易使得混凝土產生開裂。由于本橋箱梁兩側翼板較短，同時寬度較窄，在日照下能夠產生橫向的溫度梯度，因而必須加大對箱梁溫度場的監測力度，以避免在監控過程中所受到的溫度影響。

(3)掛籃荷載的影響

掛籃是本橋在懸臂澆筑施工過程中的一種重要施工裝置，其變形分為彈性變形與非彈性變形，兩種變形能夠都對主梁的整體線形產生較大的影響。為保證掛籃在施工過程中的穩定性，需用預壓的方法來消除扣件松動能引起的誤差，測量掛籃在各懸臂澆筑階段中的變形值，以保證主梁的內力與線形趨于合理，保證施工的安全進行。

(4)預應力的影響

在施工過程中，預應力荷載是屬于重要的荷載，它能夠較大程度影響到結構內力與變形，因而在懸臂施工連續梁施工過程與成橋階段中，預應力參數的設置會影響到其線形和內力。由于一些因素(如管道摩阻)會造成預應力的損失，因而在施工監控中，需進行合理的參數設置。

(5)混凝土的收縮徐變

混凝土材料的收縮徐變是結構內力、變形的一個較大的影響因素，它會引起預應力的損失。在施工過程中，由于施工進度的原因，混凝土加載齡期短是非常常見的情況，因而在進行施工監理研究中，應采取合理的計算模型與徐變參數。

在施工監控針對以上的重難點采取了自適應控制，這樣能夠使得在各施工階段中，內力和線形都能夠確保處于預測與控制之中，從而使本橋能夠達到設計要求。

4 位移施工模擬

4.1 最大懸臂端的累計位移

(1)初始撓度是節段澆筑完畢后的撓度。

(2)在達到預定施工階段前，該節段的累計撓度是受到之后的各個節段作用而產生的撓度之和。

(3)階段撓度是各個施工階段荷載產生的撓度，如掛籃前移、懸臂澆筑、預應力張拉所產生的撓度。

(4)全橋成橋后累計撓度是在成橋之后累計相互作用所產生的撓度，累計撓度可用于施工階段預拱度設置。

最大懸臂階段端部相對豎向高差大小能夠在在大橋合攏段施工前對合攏質量與成橋線形產生直接的影響，因而必須對于最大懸臂T 構兩端的位移進行控制。在進行到張拉10#梁段預應力束后，即第42 施工階段時，T 構各節點累計位移如圖1 所示。其中數值為正，撓度方向為向下，數值為負則相反。

圖1 最大懸臂階段T 構各節點位移圖

從圖1 中可以看出，主要是在靠近跨中合攏段的幾個節點發生了最大的位移，10#梁段節點7 和33 處的撓度最大，相對于設計標高，其高出6.27 mm，在7#梁段兩端節點10、30 及0#梁段節點18、22 向下撓，使設計高程高于其高程，其余的節點撓度都不大。在預應力束張拉后，其能夠對T 構兩端懸臂撓度產生很大的影響，同時會在懸臂長度的增長時而變大。

4.2 合攏前、后主梁撓度變化

在邊跨合攏及中跨合攏施工過程中，結構體系發生轉化，對橋梁內力和線形影響較大，尤其是內力變化顯著。分析結果可知，邊跨合攏后，橋梁結構由靜定結構變成超靜定結構，邊跨位移變化很大。在臨時支架及臨時墩拆掉后，跨中合攏度撓度增加約20 mm。中跨預應力張拉后跨中產生向上撓度約30 mm，而邊跨方向節點的撓度減小。因此在監控過程中，應密切關注合攏前、后主梁線形變化，使大橋順利合攏，保證線形良好。

5 應力施工模擬

如果截面應力超過規范所允許的范圍，會產生很大影響，一方面，會造成混凝土的開裂，從而降低梁體的強度和耐久性;另一方面，由于應力控制不當，橋梁引發坍塌事故。在橋梁施工過程中，在最大懸臂施工時(10#梁段施工時)，箱梁的頂板上緣及底板下緣將要承受最大的拉應力及壓應力。133#墩最大懸臂階段T 構各截面頂板上緣、底板下緣應力狀態如圖2、圖3 所示，其中受拉為正，受壓為負。箱梁截面應力在預應力張拉前后變化比較大。尤其是施工階段最多、應力變化非常復雜的0#塊梁端部(控制截面)。

圖2 最大懸臂階段T 構各截面頂板上緣應力

圖3 最大懸臂階段T 構各截面底板下緣應力

最大懸臂階段T 構根部截面下緣最大壓應力與箱梁頂板上緣板壓應力分別為5.16 MPa、5.39 MPa。除了在0#及1#梁段處個別截面所出現微小拉應力外，全橋都受到了壓應力的作用。而C50混凝土設計抗壓強度與設計抗拉強度分別為23.1 MPa 與1.89 MPa，因此符合規范要求。

在同一個截面，頂、底板應力值在預應力作用下其變化趨勢相反。在每一節段施張拉前后，讓所測截面(0#邊跨側截面)頂板上緣壓應力均有上升的趨勢;使其底板下緣壓應力均減小。但是在預應力作用下，截面上、下緣壓應力都會隨著施工階段前進而有所增大，T 構也會隨著增長;而混凝土澆筑與掛籃前移對截面應力值影響，其影響程度相對較小。

［1］范立礎.橋梁工程:土木工程專業用［M］.人民交通出版社，2001.

［2］葛耀君.分段施工橋梁分析與控制［M］.人民交通出版社，2003.

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