公路橋梁預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工研究

孫淑梅

摘要 為提升公路連續(xù)梁橋的施工效果，對公路橋梁預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工進(jìn)行分析與研究。分析工程背景，對施工情況進(jìn)行簡介。加強最大懸臂梁拉張的控制，進(jìn)行掛籃預(yù)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計，關(guān)聯(lián)全橋合攏作業(yè)的同時，結(jié)合懸臂預(yù)應(yīng)力敏感性分析，得出施工研究結(jié)果：在施工的過程中，對比初始的施工情況，測試所得出的撓度偏差均在0.2之下，表明懸臂施工的效果較好，具有實際的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 預(yù)應(yīng)力;公路橋梁;連續(xù)梁橋;懸臂施工;施工技術(shù)研究;內(nèi)部結(jié)構(gòu)

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0103-03

0 引言

新時期，國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善與優(yōu)化，大規(guī)模的建設(shè)施工使相關(guān)技術(shù)得到發(fā)展，橋梁施工逐漸成為行業(yè)內(nèi)重點優(yōu)化的重要工作之一[1]。傳統(tǒng)的公路橋梁施工主要是采用補料的方式，在初始建設(shè)的基礎(chǔ)之上，對于斷裂或者重塑的區(qū)域進(jìn)行補料，定期進(jìn)行維護(hù)與修繕，最大限度地降低存在的運營風(fēng)險[2]。這種方式雖然可以完成預(yù)期的施工目標(biāo)，對于連續(xù)梁橋的損失也相對較小，但是在實際應(yīng)用的過程中，仍然存在一定的問題以及缺陷，尤其是對預(yù)應(yīng)力的控制，更是具有一定的難度[3]。

公路橋梁施工過程中，預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的處理與建設(shè)不穩(wěn)定性較強[4]。梁橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剛度大，導(dǎo)致受力時的形變較小，雖然穩(wěn)固，但是彈性不足，不利于平衡性的控制。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，懸臂施工為橋梁的建設(shè)提供了便利條件，可以更大程度地提升整體質(zhì)量和效率。

1 工程背景簡述

公路運輸在我國國民經(jīng)濟(jì)中處于重要地位，橋梁建設(shè)在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中占有較大的比重。為跨越海灣、大河和公路等，大跨度橋梁的修建非常迫切。在橋梁施工過程中，不斷提高施工技術(shù)水平，對施工進(jìn)行控制日益重要。

1.1 工程背景

K大橋位于我國湖南省長沙市，是一座高速公路橋梁，經(jīng)過勘察可以得知，K大橋的起點里程與終點里程分別為DK182+400.13 m與DK182+682.33 m，橋梁的全長為890.65 m。K大橋是一座跨幅較大的連續(xù)性的預(yù)應(yīng)力混凝土雙向變截面外散形連續(xù)梁橋?？绶闹睆綖?5+50+34 m，橋本體的寬度為23 m，修建時所設(shè)計的時速為315 km/h，實施雙向通車。K大橋的主橋梁采用單箱單室箱型的截面設(shè)計，雖然不具有關(guān)聯(lián)性，但是在施工修建的過程中，節(jié)省了相應(yīng)的修繕環(huán)節(jié)，在降低成本的基礎(chǔ)之上，可以減少頂面的傾斜程度[5]。頂面承壓的翼緣板通常會以2.15%的單向作用力向外側(cè)傾斜，這實際上是對橋梁懸臂施工的一種阻礙，只有將傾斜度控制在合理的范圍之內(nèi)，才能避免懸臂施工異常情況的發(fā)生。K大橋本體內(nèi)部橋梁墩部與梁面的距離為4.25 m，邊跨和中跨端之間的預(yù)留縫為3.12 m。K大橋在修建時，采用的是“T構(gòu)”的對稱承壓方法，對于吊裝工作也是十分有利的，綜上便是對K大橋工程背景的簡述，接下來，進(jìn)行相應(yīng)的施工布置與預(yù)設(shè)。

1.2 模型構(gòu)建

結(jié)合實際的建設(shè)需求以及影響因素，構(gòu)建相應(yīng)的施工模型。公路橋梁的模型通常要進(jìn)行階段性的劃分，宏觀上分為懸臂施工階段、合攏成橋階段以及應(yīng)用階段。考慮到懸臂施工需要與合攏成橋相互轉(zhuǎn)化，所以該次建?？梢詫蓚€環(huán)節(jié)融合[6]?？梢韵阮A(yù)測懸臂施工承壓柱張拉力與預(yù)應(yīng)力的實際變化情況，隨后在合攏成橋的階段之中，抵消對混凝土澆筑的接觸，進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，建立相應(yīng)的處置結(jié)構(gòu)，通過載荷作用依據(jù)路面收縮，降低公路橋梁的實際承壓力度，具體如圖1所示。

根據(jù)圖1可以得知主梁的相關(guān)結(jié)構(gòu)圖示，將上述相關(guān)設(shè)定添加在所構(gòu)建的模型之中，結(jié)合三維處理技術(shù)，實現(xiàn)施工場景的設(shè)置與切換。進(jìn)一步細(xì)化施工模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在預(yù)應(yīng)力的作用之下，將主梁依據(jù)需求劃分為35個處置單元，同時分解懸臂梁體為25個節(jié)段，每一個節(jié)段對應(yīng)1個單元[7]。但需要注意的是，3個合攏段與2個邊跨段由于承壓強度較大，在設(shè)計的過程中，根據(jù)實際需求，劃定多于標(biāo)準(zhǔn)的單元，以此來保持主梁的穩(wěn)固與堅實，形成更加完善與全面的施工模型。

2 施工模擬分析

完成上述布置后，進(jìn)行具體的施工分析。在實施之前，可以利用專業(yè)的設(shè)備以及儀器，來獲取測量相關(guān)的數(shù)值。主要是對懸臂施工橋墩承壓進(jìn)行測量，具體如表1所示。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)信息，完成對懸臂施工橋墩承壓數(shù)值的測量與預(yù)設(shè)。在上述所設(shè)定的環(huán)境之中，測定出預(yù)應(yīng)力連續(xù)懸臂的張拉系數(shù)，具體如公式（1）所示：

（1）

公式（1）中：表示預(yù)應(yīng)力連續(xù)懸臂的張拉系數(shù)，表示承壓范圍，表示水平波動值。通過上述計算，得出預(yù)應(yīng)力連續(xù)懸臂的張拉系數(shù)。根據(jù)所得系數(shù)，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力控制覆蓋范圍的設(shè)定。

2.1 最大懸臂梁拉張控制

在上述所設(shè)定的控制范圍之中，與K大橋之間設(shè)置最大懸臂，并對懸臂段進(jìn)行澆筑，當(dāng)置于最后一個懸臂節(jié)段時，此時將懸臂延伸至最大，彎曲矩梁。此時，梁臂的核心點與矩梁的截面處于垂直的狀態(tài)，并呈90°角，可以利用鋼筋將截面與橋墩固定連接。并選定安裝懸臂的核心墩柱，實施張拉訓(xùn)練之后，觀察其各階段懸臂累積撓度的變化情況，具體如圖2所示。

根據(jù)圖2可以觀測到各階段懸臂累積撓度的變化情況。如果此時累積撓度在合理的范圍之內(nèi)，則表明其可以連續(xù)使用，否則便需要重新設(shè)定懸臂的位置，并測定參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，避免出現(xiàn)大范圍的施工故障，并實現(xiàn)最大懸臂梁拉張的控制。

2.2 掛籃預(yù)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計

在完成對最大懸臂梁拉張的控制后，需要設(shè)計連續(xù)梁橋的掛籃預(yù)壓結(jié)構(gòu)?；诂F(xiàn)場掛籃荷載試驗方式消除非彈性變形，并結(jié)合預(yù)壓方式增強其安全性和可靠性。通常情況下，高層級或者復(fù)雜性質(zhì)的施工均需要利用掛籃來輔助，掛籃內(nèi)部的設(shè)計對其穩(wěn)定性與形變程度起到直接影響。選用三角形的掛籃放置在K大橋連續(xù)梁的側(cè)方預(yù)留縫隙之中，設(shè)定4.5 m作為最長梁段長度，梁段實際重量為213 t，每一個掛籃的自重均為35.25 t，梁高需要保持在3.65～7.65 m之間。掛籃內(nèi)部所設(shè)計為預(yù)壓結(jié)構(gòu)，包括懸吊結(jié)構(gòu)、錨固結(jié)構(gòu)、行走結(jié)構(gòu)，主桁以及預(yù)壓框架模板等為后續(xù)的懸臂施工奠定基礎(chǔ)。

2.3 全橋合攏作業(yè)

在掛籃預(yù)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計后，進(jìn)行全橋的合攏作業(yè)。對梁橋懸臂部分進(jìn)行澆筑，利用鋼筋對單箱懸掛，此時整個橋梁處于靜定的單向懸臂結(jié)構(gòu)。后續(xù)通過對預(yù)應(yīng)力的控制以及承壓截面的擴展延伸，實現(xiàn)合攏作業(yè)。合攏作業(yè)主要是將橋梁的壓力劃歸為0，利用邊跨合攏實現(xiàn)對每一個張拉澆筑段關(guān)聯(lián)，將不穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)化為超靜定結(jié)構(gòu)，避免預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工內(nèi)力狀態(tài)發(fā)生異常故障。

合攏段箱梁的每一個處置單元以及累計撓度也會依據(jù)上述的壓力形式發(fā)生對應(yīng)的規(guī)律變化，但是需要注意的是，累計撓度與處置單元的必須保持統(tǒng)一均衡受力范圍，且受力的比例相同，這樣可以保證各個梁橋段所承受的預(yù)壓力均等，防止懸臂在施工的過程中出現(xiàn)彎曲變形的問題。一旦出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，也需要劃歸限制范圍，計算出受負(fù)彎矩的實際值，具體如公式（2）所示：

（2）

公式（2）中：表示受負(fù)彎矩的實際值，表示拉應(yīng)力，表示荷載系數(shù)，表示受限預(yù)應(yīng)力。通過上述計算，完成對受負(fù)彎矩的實際值的計算，在公路橋梁預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工中，結(jié)合實際值，劃歸相應(yīng)的彎曲相變范圍，表現(xiàn)出較好的預(yù)應(yīng)力控制效應(yīng)。

2.4 懸臂預(yù)應(yīng)力敏感性分析

完成對全橋合攏作業(yè)之后，在公路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂狀態(tài)下，對其進(jìn)行敏感性分析。這部分主要是對梁橋所承壓的撓度偏差計算，當(dāng)橋梁的預(yù)應(yīng)力與節(jié)段混凝土的承壓程度發(fā)生變化時候，可以結(jié)合所構(gòu)建的彈性模型，減輕懸臂梁撓度的壓力變化，計算梁橋懸臂的徐變系數(shù)，具體如公式（3）所示：

（3）

公式（3）中：表示徐變系數(shù)，表示預(yù)應(yīng)力作用值，表示懸臂覆蓋范圍，表示彈性變化比。通過上述計算，最終可以完成對徐變系數(shù)的測試。結(jié)合徐變系數(shù)，計算懸臂施工的撓度偏差值，具體如公式（4）所示：

（4）

公式（4）中：表示撓度偏差值，表示彈性預(yù)應(yīng)力，表示敏感標(biāo)準(zhǔn)值，表示允許出現(xiàn)的極限值，表示徐變系數(shù)。根據(jù)得出的撓度偏差值，進(jìn)行具體分析與驗證，如表2所示。

根據(jù)表2可以了解到相應(yīng)的測試結(jié)果：在施工的過程中，對比初始的施工情況，測試所得出的撓度偏差均在0.2之下，表明懸臂施工的效果較好，具有實際的應(yīng)用價值。

3 結(jié)束語

綜上所述，是對公路橋梁預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工的研究與分析。對比于傳統(tǒng)的施工技術(shù)，該文所研究分析的懸臂施工具有更強的靈活性與應(yīng)變性，在復(fù)雜的施工狀態(tài)下，對于預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋建設(shè)的控制更加穩(wěn)定，一定程度上可以確保施工的穩(wěn)定與安全，推動相關(guān)行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展與完善。

參考文獻(xiàn)

[1]陳闖，王旭燚，王銀輝.不同曲率下預(yù)應(yīng)力斜墩曲線連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程變形分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021（2）：764-773.

[2]李洪坤，姚亞東.呼和浩特市三環(huán)路特大橋預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工控制研究[J].公路工程，2020（1）：135-139+145.

[3]李建梅.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋懸臂施工中非技術(shù)手段誤差分析[J].交通世界，2020（11）：115-117.

[4]趙亞寧，王浩，郜輝，等.基于BIM的高鐵連續(xù)梁施工應(yīng)力監(jiān)控方案設(shè)計及應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2020（11）：68-73.

[5]邱如君.公路橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋掛籃施工方法及控制措施研究[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2019（4）：32-33.

[6]竇文林，安康月.高速公路特大橋預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工控制研究[J].公路工程，2019（3）：112-116.

[7]黃明溪.高速公路大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋掛籃施工控制研究[J].人民交通，2019（6）：92-93.