預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工控制分析

譚涌　覃麗君

摘要：文章介紹了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的發(fā)展和特點(diǎn)，分析了施工控制的內(nèi)容和方法，并運(yùn)用Midas軟件建立有限元模型，對施工過程中的線形和應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測分析。

關(guān)鍵詞：大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁;施工控制;Midas軟件

中國分類號：U448.21+5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的應(yīng)用已有一百多年的歷史，自其出現(xiàn)以來便顯示了強(qiáng)大的競爭力，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。其主要原因有以下幾個方面：（1）結(jié)構(gòu)體系豐富，適用范圍廣;（2）能充分發(fā)揮高強(qiáng)材料的特性，具有較大的強(qiáng)度、剛度及抗裂性能;（3）施工方法的成熟使施工周期大大縮短。

連續(xù)梁體系是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中應(yīng)用最廣泛的體系[1]，它具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛度好、變形小、行車舒適、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)，并且隨著高強(qiáng)材料的發(fā)展以及錨固體系的不斷完善，連續(xù)梁體系的應(yīng)用越來越廣泛。我國從20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用，雖應(yīng)用時間不長，但生命力極其旺盛，連續(xù)梁橋一度占據(jù)混凝土橋梁應(yīng)用的50%。

現(xiàn)澆連續(xù)梁橋施工方法主要有滿堂支架現(xiàn)澆施工和懸臂澆筑施工[2]。滿堂支架現(xiàn)澆施工的主要特點(diǎn)是一次澆筑成型，不存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，不會出現(xiàn)次內(nèi)力，但需要的支架量大，常用于小跨徑、不通航連續(xù)梁橋。懸臂澆筑施工的主要特點(diǎn)是存在結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，在設(shè)計和施工過程中都需要考慮結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換引起的次內(nèi)力問題，懸臂澆筑法需要的支架量小，不影響通航，是大跨度連續(xù)梁橋主要采取的施工方法。

1 混凝土連續(xù)梁橋施工控制的目標(biāo)

橋梁施工控制的目標(biāo)：一方面是確保橋梁線形滿足設(shè)計要求，另一方面是確保施工過程與成橋后橋梁受力與設(shè)計一致。

2 混凝土連續(xù)梁橋施工控制的方法及內(nèi)容

對于懸臂澆筑法施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，施工控制首先要進(jìn)行施工階段仿真分析，得到理論計算結(jié)果，然后在施工過程中進(jìn)行監(jiān)測，取得檢測結(jié)果，最后對監(jiān)測結(jié)果與分析結(jié)果進(jìn)行對比分析，分析結(jié)果用于指導(dǎo)調(diào)整下一節(jié)段的施工。

2.1 混凝土連續(xù)梁橋施工控制方法

現(xiàn)在常用的施工控制方法有自適應(yīng)控制、確定性控制、隨機(jī)性控制等方法[3]。

2.2 混凝土連續(xù)梁橋施工控制的內(nèi)容

橋梁結(jié)構(gòu)施工控制的內(nèi)容主要包括幾何線性控制、應(yīng)力控制、穩(wěn)定控制和安全控制[4][5]等。

3 工程背景

采用懸臂澆注施工法的某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是一座一級公路上的橋梁。按設(shè)計文件，主橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主橋分三跨布置，主跨120 m，兩邊跨66 m。橋梁0#梁段采用支架現(xiàn)澆，其余節(jié)段采用掛籃懸臂澆注施工。其中0#塊長度為10 m，節(jié)段沿0#塊兩側(cè)對稱劃分，自根部至跨中節(jié)段長度依次為5×3.2 m，4×4.0 m，5×4.4 m。邊跨現(xiàn)澆段長4.9 m，邊、中跨合龍段均為2 m，現(xiàn)澆梁段最大重量為158.6 t。掛籃自重根據(jù)實際取值。詳見圖1～2。

4 有限元模型

運(yùn)用大型有限元分析程序Midas Civil 2018版，采用空間梁單元建模。全橋共83個節(jié)點(diǎn)、76個單元。其中0#塊劃分為4個單元;懸臂澆筑梁體共劃分為個14個節(jié)段，每個節(jié)段1個單元，每個合龍段長度為2 m;邊跨每個合龍段劃分1個單元，中跨合龍段劃分2個單元;每個邊跨現(xiàn)澆段在模型結(jié)構(gòu)中劃分為4個單元。見圖3。

5 線性和應(yīng)力控制

5.1 線性控制

立模前后、混凝土澆筑前后和鋼束張拉前后為施工過程中的關(guān)鍵工序，線性控制需測量關(guān)鍵工序?qū)?yīng)的標(biāo)高，從而獲得整體線形變化歷程。

本橋應(yīng)用有限元分析軟件Midas建立模型，計算各階段的理論高程。由于篇幅有限，本文僅展列合龍成橋后各個測點(diǎn)的標(biāo)高值。在合龍成橋后，再理論計算對應(yīng)位置布置測點(diǎn)測量橋面高程。理論計算梁頂標(biāo)高與實測梁頂標(biāo)高的比較見下頁表1，線形比較見下頁圖4。

規(guī)范允許理論計算標(biāo)高與實測標(biāo)高差值為20 mm。從上述圖表可看出，理論計算和實測結(jié)果吻合較好。由此可說明，通過應(yīng)用理論分析預(yù)測，并指導(dǎo)施工具有良好的效果。

5.2 應(yīng)力分析結(jié)果

按《公預(yù)規(guī)》第7.2.8條規(guī)定：在預(yù)應(yīng)力和自重等荷載作用下，混凝土法向應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定：

壓應(yīng)力：σtcc≤0.7f′[KG-1.5mm]ck（22.68 MPa）;

拉應(yīng)力：σtct≤1.15f′[KG-1.5mm]tk（2.89 MPa）。

其中，f′[KG-1.5mm]ck、f′[KG-1.5mm]tk為施工階段混凝土軸心抗壓和抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

每一個懸臂施工節(jié)段自重均會引起已澆筑節(jié)段梁體下?lián)希恳还?jié)段的應(yīng)力會隨著懸臂的延伸而增大。因此，對每一節(jié)段混凝土施工完畢之后的應(yīng)力分析總結(jié)非常重要。其部分理論計算結(jié)果如圖5～7所示。

（1）0#塊對于懸臂澆筑梁具有控制性的作用，0#塊的應(yīng)力控制是掛籃施工的關(guān)鍵。

施工監(jiān)控過程中，在靠近墩頂部位下緣側(cè)布置應(yīng)變測點(diǎn)，觀察到的應(yīng)變值如表2和圖8所示（換算成相應(yīng)的應(yīng)力值，如括號內(nèi)的值）。

從表2可知，施工階段主梁結(jié)構(gòu)單元最大組合壓應(yīng)力值為13.49 MPa，發(fā)生在邊跨合龍和中跨合龍時，小于規(guī)范值22.68 MPa。因此，施工階段主梁結(jié)構(gòu)的受力滿足規(guī)范要求。

由圖8可以看出，實測數(shù)值比有限元計算值稍大，這是由于施工過程當(dāng)中的不確定荷載引起，總體來說符合情況較好。

6 結(jié)語

本文總結(jié)了施工控制的內(nèi)容和方法，結(jié)合工程實例分析，運(yùn)用Midas Civil有限元模型對施工過程中的撓度和應(yīng)力進(jìn)行分析，獲得施工控制的理論分析數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)實踐。實際結(jié)果表明，理論分析結(jié)果與施工過程的結(jié)果較為吻合，達(dá)到了指導(dǎo)施工的效果。本文對于類似的工程情況有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，1988.

[2]劉效堯，徐 岳.梁橋（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2011.

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[4]張國慶，王玉泉，徐浩烈.混凝土箱梁溫度應(yīng)力研究[J].黑龍江交通科技，2001（1）：50-53.

[5]劉菁華.大跨徑混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2002.