斜拉橋掛籃施工分階段監(jiān)控設(shè)計方法

薛弘毅

摘 要： 首先對斜拉橋掛籃法施工分階段監(jiān)測設(shè)計的要點(diǎn)進(jìn)行分析，之后介紹施工過程中誤差控制要求，并用軟件建出主橋計算模型，模擬計算本橋在施工期間各階段中的位移、應(yīng)力。結(jié)果如下：在模型精度方面，模型計算值與施工過程中的實(shí)際測量值誤差較小，說明模型具有一定精度及可靠度。在結(jié)構(gòu)位移形變和應(yīng)力方面，均小于規(guī)范值，符合設(shè)計要求。簡要介紹斜拉橋在施工過程中各階段的監(jiān)控計算，對斜拉橋懸臂施工監(jiān)控設(shè)計的發(fā)展有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：斜拉橋;懸臂掛籃施工法;分階段設(shè)計;監(jiān)控計算

中圖分類號：U448.27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 橋梁設(shè)計概況

本橋橋型采用獨(dú)拱塔雙索面斜拉橋，共分為六聯(lián)，其中第四聯(lián)為主橋，其主跨跨徑為100 m，路面寬度為40 m，其中一般段梁高為2.5 m，采用掛籃懸澆施工;其建成后如圖1.1所示，主梁典型橫斷面如圖1.2所示。上部結(jié)構(gòu)其采用預(yù)應(yīng)力混凝土斜腹板連續(xù)單箱雙室箱梁，其中主橋梁體采用雙箱結(jié)構(gòu)。施工過程中每次澆筑長度為5 m，混凝土澆筑方量約為160 m3，每段澆筑塊重約為410 t。

2 橋梁分階段監(jiān)測設(shè)計內(nèi)容分析

2.1 掛籃施工步驟總結(jié)（施工流程）

本橋?qū)嶋H施工過程以單段懸澆箱梁為例：混凝土澆好1、2天后，有了一定的強(qiáng)度，施工隊開始拆模板。模板拆完后就開始移動吊籃。為了保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求，防止承受過大荷載，吊籃分兩次移動，第一次向前移動2 m。斜拉索分3次張拉，第一次是吊籃移動2 m后，第二次是吊籃移動5 m到位后，第3次是澆完混凝土并形成一定強(qiáng)度后。吊籃移動2 m后，施工隊開始砸毛，把預(yù)應(yīng)力筋上附著的雜質(zhì)砸掉;否則螺栓套不進(jìn)去，無法施加預(yù)應(yīng)力。每段懸澆箱梁的施工時間為10天左右（因梅雨季，實(shí)際為15天左右）。

2.2 監(jiān)控設(shè)計重點(diǎn)

斜拉橋是跨徑較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的橋型，其施工設(shè)計監(jiān)測的重點(diǎn)包括：（1）主梁懸澆施工過程中內(nèi)力、線形和穩(wěn)定監(jiān)控;（2）施工索力的控制與調(diào)整。

2.2.1 主梁懸澆施工過程中內(nèi)力、線形和穩(wěn)定監(jiān)控

本橋的斜拉橋主梁采用混凝土懸澆箱梁結(jié)構(gòu)，其中混凝土箱梁和斜拉索安裝控制是本橋施工檢測的最主要內(nèi)容。混凝土懸臂澆筑箱梁的施工工藝復(fù)雜，澆筑線形、溫度變形均會對結(jié)構(gòu)受力和結(jié)構(gòu)線形造成影響，因此在主梁懸臂澆筑期間，應(yīng)對立模標(biāo)高進(jìn)行確定與復(fù)核。

在掛籃施工過程中，需要確定懸臂澆筑各個階段的立模標(biāo)高。充分考慮現(xiàn)場實(shí)際參數(shù)的變化，并通過理論計算和實(shí)測數(shù)據(jù)反饋，對計算分析結(jié)果進(jìn)行修正，綜合考慮后得到每個節(jié)段的立模標(biāo)高計算值。其中通過預(yù)壓得到的掛籃豎向彈性變形量與荷載的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線預(yù)估每個階段掛籃豎向彈性變形，通過計算模型確定掛籃的立模標(biāo)高，并與澆筑混凝土后掛籃實(shí)際沉降測量進(jìn)行比較，論證計算模型精度。

2.2.2 施工索力的控制與調(diào)整

斜拉橋斜拉索傾角變化大，結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)明顯，在拉索索力作用下，主塔將承受巨大的壓力和彎矩。因此，要求施工控制理論分析必須準(zhǔn)確模擬空間索面。

2.3 結(jié)構(gòu)分析計算模型誤差控制

無論采用什么分析方法和手段，模擬方法都對實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化;這種簡化使計算機(jī)計算模型與實(shí)際情況之間存在誤差。施工實(shí)際檢測中需要對模型與實(shí)際情況綜合考慮。如本橋施工過程中的掛籃預(yù)提升高度通過Midas Civil軟件計算，其中7號塊通過計算得到掛籃的預(yù)提升高度為117.8 mm（為了之后塊體發(fā)生的整體沉降考慮），實(shí)際監(jiān)測的澆筑后沉降約為116 mm，計算與實(shí)際結(jié)果只相差1.8 mm，說明還是模型建立比較精準(zhǔn)，建立的Midas計算模型有一定的可靠度。

3 設(shè)計計算結(jié)果與實(shí)際情況

3.1 計算方法與論證方法

本橋使用正裝法對實(shí)際橋梁進(jìn)行模擬分析計算。正裝法也稱為前進(jìn)分析法，其原理是采用與斜拉橋施工相同的順序，依次計算各階段架設(shè)時結(jié)構(gòu)的施工內(nèi)力和位移。建立模型時，注意Midas模型中斜拉索索力調(diào)整，其對計算結(jié)果影響較大。

同時使用倒裝法對模型進(jìn)行檢查，應(yīng)用有限元分析軟件Midas/Civil進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將其計算結(jié)果與施工現(xiàn)場觀測倒的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對、比較和分析，論證計算模型的精度和可靠性。

3.2 位移計算結(jié)果與實(shí)際情況

索塔橫向位移以偏向主跨側(cè)為負(fù)值，偏向邊跨側(cè)為正值;梁體豎向位移以向下為負(fù)值，向上為正值。計算模型中，主塔位移及各梁段澆筑后梁體位移變形如圖3.2-3.3所示。施工過程中塔頂最大縱向位移為-190 mm，主梁最大豎向位移計算值為-130 mm。

合攏、調(diào)索、橋面鋪裝完成后，活載作用下結(jié)構(gòu)變形圖如圖3.4所示。可見成橋后主塔的橫向變形45 mm。實(shí)際測量成橋后主塔橫向變形約為50 mm，與計算值較為接近，說明計算模型具有一定精度。

主梁縱橋向變形較小，因此施工中不設(shè)置縱橋向預(yù)偏。計算模型中，主塔塔頂應(yīng)從頂部向下成二次拋物線設(shè)置向邊跨100 mm的預(yù)偏值、同時主塔距橋面約30 m處設(shè)置向內(nèi)側(cè)約50 mm的預(yù)偏值。實(shí)際測量成橋后主塔塔頂最大變形約為90 mm，與計算值較為接近，說明計算模型具有一定精度和可靠性。

3.3 模型應(yīng)力計算結(jié)果與實(shí)際情況

在施工過程中，斜拉索的最大計算應(yīng)力約為780 MPa，最小安全系數(shù)為2.3;拉索在運(yùn)營過程中的最大應(yīng)力約為670 MPa，最小安全系數(shù)為2.5;均滿足設(shè)計要求。

施工過程中的箱梁混凝土應(yīng)力如圖3.5所示，以拉為正、壓為負(fù)。主梁箱梁的上翼緣的最大應(yīng)力為2 MPa、最小應(yīng)力為-7 MPa，最大應(yīng)變約為3個微應(yīng)變;主梁箱梁的下翼緣的最大應(yīng)力為8 MPa，最小應(yīng)力為-13 MPa，最大應(yīng)變約為5個微應(yīng)變;均滿足設(shè)計要求。

在梁底混凝土施工中過程中，使用應(yīng)變片測量的實(shí)際微應(yīng)變?yōu)?.3個微應(yīng)變，說明計算模型的應(yīng)變與實(shí)測值相差較大，計算模型需要改進(jìn)，需要同時考慮斜拉索與預(yù)應(yīng)力張拉力作用的影響。

運(yùn)營過程中的箱梁混凝土應(yīng)力以拉為正、壓為負(fù)。主梁箱梁的上緣最大應(yīng)力為-2 MPa、最小應(yīng)力為-8 MPa，最大應(yīng)變約為4個微應(yīng)變;主梁箱梁的下緣最大應(yīng)力為-2 MPa，最小應(yīng)力為-14 MPa，最大應(yīng)變約為8個微應(yīng)變;均滿足設(shè)計要求。

梁底混凝土施工中使用應(yīng)變片測量的實(shí)際微應(yīng)變?yōu)?1.5個微應(yīng)變，說明計算模型的應(yīng)變與實(shí)測值相差較大，計算模型需要改進(jìn)，需要同時考慮斜拉索與預(yù)應(yīng)力張拉力作用的影響。

4 結(jié)語

斜拉橋懸臂掛籃施工技術(shù)復(fù)雜，此橋主跨路面較寬，所需吊籃尺寸很大，更增加其設(shè)計難度和監(jiān)控計算難度。本文詳細(xì)介紹斜拉橋懸臂掛籃施工法的分階段監(jiān)控計算內(nèi)容與計算方法。文章主要介紹了某斜拉橋在實(shí)際施工過程中的掛籃施工分階段監(jiān)控內(nèi)容與計算分析模型。

完成這項大型工程需各方緊密配合，需要有完善可靠的施工方案，并需要明確施工監(jiān)控計算步驟。本文介紹了該種斜拉橋的施工過程的監(jiān)控分析計算方法，對斜拉橋的懸臂施工監(jiān)測方法的發(fā)展有一定的借鑒意義。

本文對某斜拉橋分階段進(jìn)行施工檢測分析計算，得到的結(jié)果如下：在模型精度方面，模型的計算值與施工過程中的實(shí)際測量值誤差較小，說明模型具有一定的精度及可靠度。在橋梁位移形變方面，最大位移均小于規(guī)范值，符合設(shè)計與施工要求。在橋塔體系應(yīng)力方面，可得橋塔在6號塊澆筑到達(dá)全橋最大應(yīng)力，其不超過混凝土的規(guī)范設(shè)計值，符合設(shè)計規(guī)范要求。

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