連續梁橋懸臂施工線形監控關鍵技術研究

劉婷婷

采用懸臂澆筑法施工的大跨度橋梁結構，施工工序對成橋后的主梁線形與結構內力有著舉足輕重的影響。在施工過程中，隨著施工階段的進行，結構的受力狀態隨著環境溫度、濕度、臨時荷載、混凝土收縮徐變、預應力張拉等因素不斷變化。故而如何采用科學合理的施工方法，如何確定混凝土實際齡期引起的彈性模量、收縮徐變、實際結構幾何尺寸變化，如何對結構進行實時監測以檢驗施工狀態是否與設計一致以及如何根據監測結果分析評估結構內力和變形、指導后續施工，確保施工過程安全有序進行，使成橋的內力與線形達到設計要求，是橋梁線形監控必須要回答的問題。

一、發展現狀

國外的一些橋梁大國在橋梁施工控制方面研究的比較早，取得了較高的成就，并且形成了相對完善的施工控制理論。國內的預應力混凝土連續梁橋起步較晚，20 世紀70 年代才開始應用，但后期經歷了跨越式發展，懸臂澆筑法、頂推法、預制拼裝法、移動模架法、支架現澆法以及轉體施工法等先進的施工工藝已經被廣泛運用。懸臂澆筑法因具有以下特點而備受青睞：懸臂澆筑法采用掛籃施工，掛籃結構簡單、造價低；掛籃施工無支架，對凈空要求較低，連續梁各節段施工均在掛籃平臺內，加設掛籃防護后能夠減少對環境的影響，不會影響橋下交通，施工工序可以連續進行；各墩同時對稱循環施工，施工進度快；分節段施工，通過調整節段截面信息實現變截面設計，使結構更加合理美觀。

二、工程概況

某新建鐵路大橋線路以（40+56+40）m 連續梁在DK 609+130m 處跨越沙河河道和灌溉水渠，與沙河河道夾角為89°。主梁為預應力混凝土連續箱梁，梁高沿縱向按二次拋物線變化，拋物線方程為y=0.0027481x2，梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁。頂板厚度除梁端附近外其余均為40 cm，梁端頂板厚度為63.5 cm。除中支點外腹板厚48 ～60 ～64 ～80 cm，中支點附近為90 cm，按折線變化。底板由跨中的40 cm 按圓曲線變化至主墩根部80 cm 和邊墩根部60 cm。支點共設置4 道橫隔板，橫隔板厚邊支座處為1.05 m，中支座處為1.9 m，橫隔板設有孔洞，供檢查人員通過。

三、基于MIDAS 的設計預拱度復核

1.有限元模型建立

根據箱梁設計圖紙上部構造施工圖劃分的施工階段順序和施工組織設計，應用MIDAS 軟件前進分析法進行整個連續梁橋懸臂澆筑施工過程仿真。建模均按箱梁的設計尺寸，變截面設置力求與實際保持一致。材料特性值中鋼材與混凝土力學參數均按實際檢測設定，并考慮收縮徐變。預應力鋼束按設計根據坐標精確確定其相對位置，并準確施加錨下張拉控制應力。掛籃荷載以節點荷載形式按照施工階段加載。根據規范設定雙線移動荷載。加約束時考慮體系轉換前后合理施加臨時固結。全橋有限元模型如圖1 所示。

2.設計預拱度復核

有限元全工況運行完成后，可快速提取各施工階段理論撓度，同時可以考慮體系轉換后二期及收縮徐變的撓度，加載活載即列車荷載之后便可以得到建模計算出的預拱度。將模型計算預拱度與設計提供的預拱度利用曲線圖進行對比分析，設計預拱度復核曲線如圖2 所示。計算預拱度與設計預拱度曲線走勢基本吻合；差值最大出現在最大懸臂階段，是由于實際施工中需要考慮人群、材料、機具荷載以及施工沖擊荷載、環境荷載等，故設計預拱度應較建模計算的預拱度稍大。建模復核了設計預拱度的正確性，并為后續指導施工提供了有力依據。

四、基于RBCCE 的線形監控模型應用

路橋施工計算專家RBCCE 軟件的測量模塊長期以來致力于長大復雜線路的精準管控，將連續梁橋線形監控功能融入其中，未來基于BIM 的線形監控將融于橋梁規劃、設計、施工、運營全生命周期。根據曲線要素表和縱斷面信息（含斷鏈）創建線路中線和線路縱斷面，輸入連續梁節段截面樁號及梁高即可自動提取截面梁頂標高，創建連續梁節段高程對象，輸入設計預拱度后，全橋的設計信息模型一目了然，如圖3 所示。

線形監控屬于精準管控，需要全真模擬各個施工階段，施工過程中涉及的臨時荷載、永久荷載、收縮徐變等均要考慮全面，其計算過程不可謂不復雜，因此要求在施工控制之前應反復校核計算數據并與設計數據比較從而發現問題。懸臂澆筑施工的標高控制至少應考慮三個關鍵工況：掛籃模板定位標高；混凝土澆筑后標高；預應力張拉后標高。在施工控制過程中，根據實測的標高數據修正結構分析參數，以使計算結果能夠真實地反映橋梁實際線形狀態。

綜上所述，結構預拱度的設置包括：設計預拱度；各節段施工預變位，影響因素有成橋后恒載、活載以及后期徐變；掛籃體系變形的預拋高。將測量數據與RBCCE 線形監控模型對比，分析評估各施工工況可能產生的異常，并進行預報，對前后的橋梁線形調姿及控制措施提供合理化建議，確保橋梁施工安全有序進行；結合結構預拱度，提供合理的施工立模標高，確保橋梁成橋線形符合設計和施工技術規范要求。通過對比實測梁面標高與設計梁面標高，即可評估橋梁線形成果，78#主墩各節段梁面標高對比情況如圖4所示。

由對比圖可以直觀地看出實測梁面標高與設計吻合度較好，實測數據均較設計標高偏低，最大差值為0.027 m，符合設計要求。存在一定差值，導致差值的原因可能有：施工人群、材料、機具荷載，施工沖擊荷載、環境荷載等臨時施工荷載的不可預測性；測量儀器、測量立尺、讀數等人為、非人為因素造成的測量誤差；以及溫度、濕度、混凝土容重、收縮徐變、預應力張拉等不均勻變化和混凝土澆筑局部收面不平整造成的數據不準確等。

圖1 全橋模型

圖2 設計預拱度復核曲線圖

圖3 連續梁節段信息（半跨）

圖4 78#主墩各節段梁面標高對比

五、結語

通過對某鐵路連續梁橋懸臂施工線形監控關鍵技術進行研究，得到如下結論：

（1）基于MIDAS 進行設計預拱度復核，得到計算預拱度與設計預拱度曲線走勢基本吻合。有限元計算復核了設計預拱度的正確性，為后續指導施工奠定良好基礎；（2）基于RBCCE 線形監控模型與全橋施工過程測量數據對比得出，實測梁面標高與設計吻合度較好，實測數據均較設計標高偏低，最大差值為0.027 m，符合設計要求。本次監控保證了施工工期及施工質量，效果良好。