大跨連續剛構橋施工控制關鍵問題分析

朱自清 盧戰朝 焦永齊 何幫平

（中建七局第四建筑有限公司，陜西 西安 710016）

0 引言

在橋梁建設尤其是預應力混凝土結構橋梁的建設中，大跨連續剛構橋作為一種跨越能力強、施工工藝成熟的橋型而被廣泛采用。在建設過程中能實現模塊化、流程化施工作業，成橋后無論是內力還是線形都能很好地達到設計要求。并且因墩頂與箱梁是固定連接，取消了支座，不用類似連續梁施工一樣進行結構體系轉換。同時降低了后期運營的維護成本。是跨越大江大河、公路、鐵路等障礙物的首選橋型。

1 項目概況

通揚運河城市高架橋工程，其主橋為大跨度連續剛構連續梁，采用掛籃懸臂施工工藝，橋梁跨越一規劃三級航道，橋梁跨徑為（70+120+70）m，長260m。主箱梁為單箱兩室結構形式，主箱梁的截面變化形式為按1.8次拋物線變化。箱梁采用三向預應力體系，布置縱橫豎向預應力鋼絞線。橋梁下部結構采用鋼筋混凝土墩柱，設置墩下承臺，承臺下接鉆孔灌注樁基礎，整體橋梁結構形成大跨連續剛構橋梁結構體系。橋梁立面布置如圖1所示。

圖1 連續剛構橋立面布置圖（單位：cm）

2 橋梁結構仿真計算和施工階段的劃分

為滿足施工控制的需要，在連續剛構橋懸臂施工過程中，結合現場施工實際情況采用專業有限元軟件建立橋梁有限元分析模型。

通過采用理論分析計算、結合設計圖紙數據和現場實際監控量測數值，三方面共同合力完成橋梁施工過程中的線形、應力等各項參數的控制。有限元分析模型如圖2所示。

圖2 有限元分析模型

表1 主要施工階段劃分表

3 大跨連續剛構梁橋施工控制過程應力分析

按照廣義胡克定律，材料處于彈性變形階段時，由彈性理論分析，監測箱梁截面應力可以分析出結構應力值，如公式（1）所示。

式中：—截面應力（對應測試截面）；—材料彈模；—測試截面應變值。

根據大橋的構造特點，結合相關規范技術指標，本橋梁施工應力控制的具體目標：控制截面的內力與設計值最大相差控制在20%以內。通過在橋梁控制截面布設應變傳感器采集施工過程應變數值，并根據上述公式換算成對應橋梁截面的應力值。能有效保證橋梁施工控制過程應力監測順利進行。橋梁跨度方向和箱梁截面方向上應變采集點布置如圖3所示。

圖3 箱梁應力、主橫截面應力監測布置示意圖（單位：cm）

大跨度連續剛構橋施工過程主控截面一般為柱根部斷面和跨中斷面，根據材料力學平截面假定，箱梁截面應力最大最小值一般為頂面和底面，因此箱梁截面上應變采集設備布置在箱梁頂板截面和箱梁底板截面處。為保障監測數據橫向對比和有效監控要求，箱梁斷面布置了6個監測點。

現場監測數據采集結合有限元仿真分析，通過對測試截面廣義荷載下的應變數據采集，剔除因為非廣義荷載作用下產生的應變值。一方面提高了應變值的精度，另一方面保障施工過程數據安全，使現場數值能夠有效利用到工程監測過程中去。

通過現場監測數據采集，結合有限元計算分析結果，主線橋應力值結果見表2~表4。

表2 1-1截面應力對比分析值

表4 3-3截面應力對比分析值

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中要求：預應力混凝土受彎構件，施工階段截面邊緣應力如下。壓應力σ≤ 0.70f'，拉應力σ≤ 0.70f' 。

根據施工過程控制截面分析，施工階段最大壓應力為σ=12.4MPa＜0.70f'=0.70×35=24.5MPa；施工階段最大拉應力為σ=0.27MPa＜0.70f'=0.70×2.74=1.92MPa。因此，主橋施工階段截面上下緣應力滿足規范要求。

南京明城墻是明太祖朱元璋（1328－1398）定都南京的產物和象征，是中國歷史上唯—建造在江南的統一全國的都城城墻。

根據以上施工過程控制截面分析可知，施工過程中控制截面的內力與設計值最大相差值為3-3截面，理論值—實測值=12.4-10.62=1.78MPa，1.78/10.62=17%＜20%，滿足應力控制的差值目標。

以上通過實施監測和有限元仿真計算分析對比可知，兩者數據差值在工程可以接受的范圍內，并且各個監測截面應力狀態均為受壓狀態，壓應力最大12.40 MPa，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中7.2.8條的相關規定。

4 大跨連續剛構梁橋施工控制過程變形分析

結構位移形變的產生是多種內外部影響的結果，尤其是針對現場懸臂施工，涉及各個方面，例如砼自重、預應力鋼束、收縮徐變、溫濕度變化以及砼養護等很多不確定性因素。在施工過程中外部荷載與時間是有一定的相關性的，隨著時間不斷變化，位移也不斷變化。

根據大橋的構造特點，結合圖紙要求技術指標，本橋梁施工線形控制具體目標為箱梁頂面高差不超過20mm；箱梁相鄰節段高差不超過10mm。現場變形監測通過在橋面設置高程監測點，在箱梁橫向布置5個高程監測點，在混凝土澆筑前后、預應力筋張拉后進行高程測量，以掌握箱梁各節段變形過程。箱梁橫斷面高程監測點布置如圖4所示。

圖4 箱梁橫斷面高程測點布置圖（單位：cm）

通過現場監測采集橋梁高程變化數據，對比分析有限元仿真分析結果，橋梁控制截面高程及撓度變形差值對比分析見表5。

表5 成橋狀態高程及撓度變形差值對比分析表

根據成橋狀態下控制截面標高數值分析可知，理論分析值和現場實測的最大差值為9 mm，滿足《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》中±10 mm的限值數據要求。橋梁整體線形狀態良好，線形差值變化較小。線形變化穩定。能很好地滿足運營期車輛高速舒適行駛的要求。

為防止理論線形和設計線形的較大誤差的問題。通過大型有限元仿真分析理論值，準確預估施工過程各個節段橋梁撓度變形和總計值，并將相關的數據運用到懸臂施工控制過程中去，以此達到理想的撓度變形曲線，該曲線是理想橋梁曲線。

表3 2-2截面應力對比分析值

5 結語

該文對橋梁跨徑（70+120+70）m，全長260m的大跨連續剛構橋施工過程進行控制。在施工過程中在箱梁中設埋設應變測試設備，施工過程中實際測試標高數值，結合有限元仿真計算結果，對施工過程中的內力、應力線形理論值對比分析，結合實際施工過程控制，得出以下幾點。

懸臂施工工藝連續剛構橋，必須要進行橋梁全過程至運營狀態的施工控制，重點控制結構內力應力變化、結構線形變化，保證成橋狀態滿足設計要求。

連續剛構橋梁施工控制過程中，需要結合相關大型仿真有限元程序進行綜合分析，提前提取相關理論數值，在計算參數取值過程時要結合現場實際工況進行準確分析。

綜上所述，大跨度連續剛構梁橋施工控制尤其重要，在施工過程中，參建各方要嚴格遵守相關規范，并選擇技術能力過關的監控單位對施工過程進行監管。