大跨度T構曲梁墩頂轉體施工控制

張 睿

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程介紹

該大跨度T構曲梁工程中T構處在DK4+908.75～DK5+070.25，橋跨選擇的是m連續(xù)鋼構，橋體主要由鉆孔樁基礎、空心墩柱與箱梁等組成，采用的結構模式是T構，施工方法是懸臂現(xiàn)澆與墩頂轉體相結合的方式，其中轉體的總重量達到了1.2×105KN。橋梁的總體長度、頂寬以及底寬分別是161.5 m、12.6 m、7.0 m，橋墩位置的梁高是9.0 m，同時梁高主要呈現(xiàn)出二次拋物線式變化。箱梁階段的具體劃分如下：0#段的長度是13.0 m，邊直段的長度是3.5 m，此外邊跨合龍段的長度是2.25 m，其它節(jié)段的長度分別是3.0 m、3.5 m以及4.0 m，建立了“縱+橫+豎”的綜合應力體系。該橋梁一共劃分成21節(jié)段。

此橋梁懸臂施工段的長度是80 m，墩頂轉體的重量是1.14×105KN，施工方式是墩頂轉體，為了能夠有效抵消轉體過程中曲梁發(fā)生的不均衡彎矩問題，所以一定要嚴格控制施工，將轉動中心調(diào)整為橫向偏離中心距離10 cm，從而保證墩頂轉體施工的安全性，使成橋之后的狀態(tài)滿足設計標準要求。結合此橋梁工程的實際情況，在進行施工時針對重點、關鍵點采用線形控制、應力控制與轉體配重控制等措施。

2 施工仿真

通過綜合分析橋梁工程各項情況，選擇MIDAS軟件構建施工仿真模型，實現(xiàn)T構曲梁墩頂轉體施工各個環(huán)節(jié)的仿真，這也是實現(xiàn)施工控制的核心點與根本性前提。首先通過MIDAS軟件構建橋梁工程模型，其次對施工全過程開展仿真分析。此橋梁工程的荷載基本包含梁段的自重、施工荷載以及預應力等，其中懸臂澆筑段的邊界應進行固結，而成橋狀態(tài)需要根據(jù)支座具體特點在兩端建立鉸支座進行約束。仿真分析的內(nèi)容分為：(1)所有懸臂施工段呈現(xiàn)的狀態(tài)；(2)明確最大懸臂狀態(tài)下的不平衡彎矩；(3)明確墩頂轉體的頂升力；(4)成橋之后的狀態(tài)。

由于此橋梁工程是曲線橋，而且曲線半徑達到了2 000 m，對此在建模的過程中必須全面分析曲線造成的影響，其中最大懸臂狀態(tài)下的固結點形成的彎矩就是不平衡力矩。通過仔細計算彎矩值是2.1×104 KN·m，而轉體的半徑是4.3 m，配重是4 880 KN。針對轉體頂升力的計算，必須先拆除邊支架，然后計算出梁端下?lián)衔灰?即8 cm)；對梁端施加頂力，然后梁端就會出現(xiàn)反向位移(即8 cm)，這樣計算出的頂力就是轉體所需的頂升力，具體結果是5 600 KN。

3 施工控制

3.1 線形控制

要想準確反映出橋梁施工過程中出現(xiàn)的變位情況，應在施工控制目標中加入梁底標高。各個節(jié)段的變位監(jiān)測點需要由梁底的測點引至橋面。針對掛籃定位標高需要從梁底的橫截面設置測點定位，在澆筑混凝土施工結束之后，根據(jù)梁頂預埋鋼筋頭測出的標高與梁底標高，有效構建梁底和梁頂測點之間存在的標高關系，由此已完成澆筑施工梁段的梁底標高就可以根據(jù)測量出的梁頂標高值直觀地反映出來。

針對結構預拱度的建立，主要包含下述幾點：(1)結構施工階段預變位，可以通過成橋之后的恒載、活載與后期徐變產(chǎn)生的撓度進行確定；(2)成橋之后活載產(chǎn)生的預變位;(3)掛籃體系變形之后的預拋高。此外懸臂澆筑階段，各個節(jié)段標高控制必須高度注意力三點：一是掛籃進行前移的定位標高；二是完成混凝土澆筑之后的標高；三是預應力進行張拉之后的標高。

3.2 應力監(jiān)控

應力監(jiān)控主要選取了T構曲梁8個斷面。各個測試斷面都建立了5個測點，同時測點分布于箱梁的底板與頂板，詳細情況如圖1所示。

圖1 測點布置

在對主梁應力進行測試時需要根據(jù)施工流程劃分為多個階段，同時各個階段包含了3個工況，具體是：(1)各個階段混凝土澆筑施工后的測試；(2)預應力鋼筋在張拉之前的測試；(3)預應力鋼筋在張拉之后的測試。在轉體施工階段需要完成脫架之后、試轉之前與之后的各項數(shù)據(jù)信息采集，認真分析與研究轉體時出現(xiàn)的應力變化情況，從而為正式轉體施工提供參考依據(jù)。與此同時，當正式轉體施工結束之后也要及時采集數(shù)據(jù)信息，以對主橋受力狀態(tài)進行分析。此外，要對支座的安裝和精調(diào)環(huán)節(jié)實施應力監(jiān)控。

3.3 不平衡力矩測試

受到球鉸體系誤差與預應力張拉不同程度等要素的影響，造成橋梁懸臂質(zhì)量與剛度出現(xiàn)變化，進而形成不平衡力矩，所以要對縱橋向與橫橋向產(chǎn)生的不平衡力矩展開測試，同時結合測試結果完成縱橋向與橫橋向配重。選擇在梁頂面使用千斤頂與位移傳感器，其中轉體梁的重量可以估算為10 800 KN，而球鉸的轉動直徑是16.0 m，同時千斤頂與中心之間的距離是4.3 m，結合實踐經(jīng)驗靜摩阻系數(shù)在0.03～0.06區(qū)間，所以選取中間值0.05，同時配置2臺千斤頂(5 000 KN)。在轉盤的周圍設置8個百分表，具體如圖2所示。

圖2 百分表布置

對撐腳與滑到進行清理，有序完成支座臨時支撐的拆除，根據(jù)8個百分表數(shù)值對轉體平衡狀態(tài)進行判斷，當轉體達到平衡之后在斷面位置布設位移傳感器與設置千斤頂，同時逐級增加千斤頂力，認真、仔細記錄位移傳感器與壓力傳感器相應數(shù)值，一直到位移發(fā)生突變，最后制作P—Δ曲線，對臨界力進行準確判斷，不斷地重復上述步驟，從而計算出不平衡彎矩。

4 監(jiān)控結果

4.1 線形

成橋狀態(tài)下所有控制點的標高見圖3所示。主橋線形和設計要求的線形相吻合，其中大、小里程方向所有的控制點標高都比設計要求的標高略高，而最大偏差是-16 mm滿足標準規(guī)范(-20 mm，+10 mm)基本要求。此外合攏誤差是12 mm，也滿足了標準規(guī)范(-20 mm，+20 mm)要求，由此可知線形得到有效控制。

圖3 大里程懸臂長度(單位：m)

4.2 應力

在懸臂施工的各個過程中，混凝土應力都滿足了設計要求，實現(xiàn)了安全施工，同時箱梁頂板與底板也沒有形成拉應力，都處在受壓狀態(tài)，其中最大的壓應力是16.2 MPa，由此證明橋梁工程施工技術人員張拉到位。此外，箱梁縱向出現(xiàn)了應力值不對稱問題，這就說明沒有進行對稱性施工；而橫向應力不對稱，主要是受到橋梁曲線特性影響，所以是正常現(xiàn)象。轉體施工階段混凝土應力滿足了設計要求，且轉體對主梁受力造成的影響也比較小，而精調(diào)造成的影響比較大，所以在安裝橋梁支座時必須嚴格控制頂力。基于成橋狀態(tài)下的所有應力監(jiān)控測定都是受壓狀態(tài)，最大與最小應力分別是20.3 MPa、3.2 MPa。

4.3 不平衡力矩

計算T構曲梁轉體偏心值，得出的結果是配重之前縱向與中心偏離了4.1 cm，橫向與中心偏離了27.4 cm。為了能夠保證轉體安全施工，需要在曲線防護墻一側增加4 000 KN配重。

4.4 頂升力

通過現(xiàn)場量測，當千斤頂?shù)捻斄κ? 500 KN時，就會造成梁體的標高超過了設計規(guī)范要求。事實上，實測的頂力和理論頂力之間的誤差是1.8%，由此證明施工得到了有效控制，且模型與結果分析準確、可靠。

5 總 結

本文結合某大跨度T構曲梁工程，分析了墩頂轉體施工控制，并得到了理想成果，在懸臂施工階段與轉體施工階段都保證了安全性，同時有效提升了施工質(zhì)量，在成橋狀態(tài)下所有應力與標高都達到了設計標準規(guī)范要求，這也為同一類型的橋梁施工提供了寶貴依據(jù)。