結合幾何控制的預應力混凝土連續鋼構梁公路橋施工技術

唐運來

（四川路橋橋梁工程有限責任公司，成都 610000）

1 引言

隨著現代交通建設的不斷發展，公路橋梁作為交通基礎設施的重要組成部分，其設計和施工技術也日益受到重視。預應力混凝土連續鋼構梁公路橋作為一種具有較高承載能力和抗震性能的橋梁結構形式，已經在國內外得到了廣泛的應用[1]。然而，在預應力混凝土連續鋼構梁公路橋的施工過程中，由于受到多種因素的影響，往往會出現一些質量問題，這些問題不僅影響了橋梁的使用壽命和安全性，也給施工單位帶來了較大的經濟損失[2]。因此，如何有效地解決這些問題，提高預應力混凝土連續鋼構梁公路橋的施工質量，成為當前橋梁工程領域亟待解決的問題之一。

目前，行業中常用的施工方法，如張拉法、錨固法等，雖然在一定程度上可以滿足預應力混凝土連續鋼構梁公路橋的施工要求，但仍存在一定的問題和困難[3]。例如，張拉法在施工過程中需要對預應力筋進行多次張拉和錨固，操作復雜且容易出錯；錨固法則需要在橋梁結構中設置大量的錨固孔和錨固件，增加了橋梁的重量和成本。這些方法在實際應用中往往難以實現精確的變形控制，導致橋梁的質量和性能受到影響。幾何控制技術可以有效提高橋梁線形控制精度，保證橋梁結構的尺寸和預應力筋的張拉質量。通過有限元軟件建模，可以更準確地預測橋梁結構在施工過程中的受力和變形情況，為施工提供有力的理論支持。在這樣的背景下，研究嘗試將幾何控制技術和有限元技術進行結合，提出一種創新的公路橋施工技術，以期為道橋行業提供一定技術參考。

2 結合幾何控制的預應力混凝土連續鋼構梁公路橋施工技術應用

由于連續鋼構梁的截面形狀和尺寸較為復雜，施工過程中需要對梁的位置、高度、角度等進行精確控制，以確保幾何形狀符合設計要求。幾何控制技術可以通過計算機輔助設計軟件進行精確的尺寸和形狀控制，從而提高施工精度，確保橋梁的幾何形狀符合設計要求。研究利用幾何控制技術作為核心對預應力混凝土連續鋼構梁公路橋施工技術進行設計。在進行幾何控制時，使用有限元軟件對鋼構梁公路橋進行建模。建模時將公路橋結構劃分為梁單元、板單元和只受拉索單元。要求梁單元具有扭轉、抗壓、剪切和彎曲剛度，所以需要對剪切變形進行考慮。板單元包含節點數為3～4 個，要求每個節點沿坐標軸方向具有平動自由度。只受拉索單元設定為非線性單元，節點只具有3 個坐標軸方向的平動自由度，若需要進行線性分析則將拉索單元等效轉化為桁架單元。建立橋梁模型后使用空間梁單元對主塔和主梁進行離散，由板單元對橋面板進行模擬，使用只受拉索單元對斜拉索進行模擬。使用Midas 有限元軟件按照工程實際幾何尺寸進行模型建立，按照真實施工順序對施工情況和進度進行模擬和跟蹤。

結合幾何控制的預應力混凝土連續鋼構梁公路橋施工技術在實施時，首先需要對現場進行勘察并收集工程的基本數據，之后對橋梁進行設計并根據橋梁設計方案和實際環境對施工方案進行制訂。在開始施工前需要對施工參與人員進行培訓。對橋梁幾何信息進行分析，建立橋梁的有限元模型并開始施工。開始施工后首先進行地基和樁基的施工，同時進行鋼構梁制作，完成地基和樁基施工后進行承臺施工。完成承臺施工后安裝鋼構梁，再進行預應力施工和混凝土連續梁施工，之后進行橋面鋪裝和附屬設施施工。在整個施工過程中，使用建立的有限元模型對施工流程進行跟蹤，并依靠分析結果對工程進行幾何控制，確保橋梁達到設計要求和性能指標。完成施工后進行工程驗收和交付，結束項目。

在進行現場勘查和基本數據收集時，需要對現場的地質和地形條件進行分析，特別是對于地基較軟的地區，需要對特殊加固措施進行設計。同時對施工環境和氣候條件進行分析，需要考慮降雨、溫度等影響因素對施工材料和施工人員的影響，進而制訂適合項目的施工計劃。進行橋梁設計時，需要對主要材料技術指標、施工技術和質量檢驗標準進行明確。在制訂施工方案時，需要綜合施工設施、施工流程和施工人員安排進行整體規劃。施工人員培訓主要包含施工技術、施工規范、安全知識與技能和施工實操培訓。進行施工技術培訓能夠幫助施工人員掌握如何有效、科學地控制工程幾何和質量偏差的方法。進行施工規范和安全知識培訓能夠幫助施工人員理解施工基本要求和施工現場潛在的安全風險，以確保施工人員在工作時能夠保護自身和他人的安全。進行施工實操培訓能夠幫助施工人員掌握現場施工的手段和方法，減少不當操作導致的質量問題。在進行地基和樁基施工時，需要根據設計要求進行挖土、填土、壓實等地基處理，嚴格控制樁基的位置、垂直度、深度等參數，以確保其質量符合要求。過程中還需要對樁基的承載力等性能進行測試，以防樁基性能不足導致工程無法達到驗收標準。在進行鋼構梁制作時，主要材料應符合相關技術指標和質量檢驗標準，嚴格按照設計要求和工藝流程進行操作，并在完成制作后對鋼構梁的尺寸、形狀、位置等進行檢查，以及對鋼構梁的承載力等性能進行測試。進行承臺施工和鋼構梁安裝時，需要嚴格遵守安全操作規程，特別是在高空作業時，應注意防止墜落事故的發生。在進行預應力施工和混凝土連續梁施工時，需要考慮預應力筋的曲線形狀，特別是在一次澆筑混凝土的連續箱梁跨數多于兩跨時，必須先將預應力筋穿入波紋管內。待澆筑混凝土達到設計要求強度后，進行張拉并用錨具錨固預應力筋。進行橋面鋪裝時根據設計要求進行橋面的防水、排水、防滑等處理，完成施工后對橋面進行質量檢測，確保其平整度、密實度等符合要求。在所有施工環節，都需要對橋梁進行幾何控制，確保工程施工狀態正常，防止施工環節中尺寸偏差和變形導致的工程失敗。

3 結合幾何控制的預應力混凝土連續鋼構梁公路橋施工技術有效性分析

為了對研究結合幾何控制的預應力混凝土連續鋼橋梁公路橋施工技術的有效性進行分析，本文選取某在建高速公路跨河橋梁作為應用對象進行分析。對不同索拉張力變化情況下的主塔位移量進行模擬，如圖1 所示。

圖1 主塔位移量模擬

由圖1 可見，索拉張力改變會導致橋梁主塔出現位移，且隨著橋梁高度增加，位移量也會增加。在索拉張力增加3%時，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現的位移量為0.09 mm；主塔在橋梁高度120 m 位置處出現的位移量增加到0.63 mm。在索拉張力增加5%時，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現的位移量為0.16 mm；主塔在橋梁高度120 m 位置處出現的位移量增加到1.04 mm。在索拉張力增加10%時，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現的位移量為0.57 mm；主塔在橋梁高度120 m位置處出現的位移量增加到2.21 mm。在索拉張力減少3%時，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現的位移量為0.10 mm；主塔在橋梁高度120 m 位置處出現的位移量增加到0.64 mm。在索拉張力減少5%時，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現的位移量為0.16 mm；主塔在橋梁高度120 m 位置處出現的位移量增加到1.13 mm。在索拉張力減少10%時，主塔在橋梁高度60 m 位置處出現的位移量為0.58 mm；主塔在橋梁高度120 m位置處出現的位移量增加到2.27 mm。

將主梁分為多個節段，對施工時的主梁變形狀態進行統計，如圖3 所示。

由圖2 可見，在施工時，主梁不同節段都出現了一定程度變形，且變形量呈主梁兩端少，中間段多的分布狀態。由圖2a可見，在合龍前，主梁1 號節段和7 號節段不存在變形。2 號節段出現變形量達到2.4 mm。3 號節段相較2 號節段的變形量有所上升，達到3.6 mm。在3 號節段和4 號節段之間，變形方向發生變化。4 號節段向與3 號節段相反的方向發生0.4 mm的變形。5 號節段的變形量相較4 號節段更多，達到2.8 mm。6 號節段的變形量進一步增加，上升到4.9 mm，在6 號節段之后變形迅速減少，在7 號節段歸零。由圖2b 可見，在施工過程中，因為施工流程和部分施工技術影響，主梁各節段會出現相比合龍前更高的變形量。1 號節段在施工時出現的最大變形量為1.0 mm。2 號節段在施工時出現的最大變形量為4.2 mm。3 號節段在施工時出現的最大變形量為5.5 mm。4 號節段在施工時出現的最大變形量為3.4 mm。5 號節段在施工時出現的最大變形量為5.8 mm。6 號節段在施工時出現的最大變形量為7.1 mm。7 號節段在施工時出現的最大變形量為0.7 mm。各節段在施工時出現的最大絕對變形量都小于允許變形量上限，且距離上限有較大差距。說明該方法對施工時橋梁的幾何進行了有效控制，保障了施工質量。

圖2 主梁節段變形狀態

4 結論

公路橋梁作為道路橋梁的重要組成部分，其施工技術的創新和提升對于確保橋梁質量和建設效率至關重要。本文提出了一種結合幾何控制的預應力混凝土連續鋼構梁公路橋施工技術，以對橋梁施工進行優化。過程中將公路橋結構劃分為梁單元、板單元和只受拉索單元，通過有限元軟件按照真實施工順序對施工情況和進度進行模擬和跟蹤。在主塔位移量模擬測試中，主塔在索拉張力減少3%時，在橋梁高度120 m 位置處出現的位移量增加到0.64 mm；在施工過程主梁節段變形狀態分析中，主梁出現最大變形量僅為7.1 mm。說明該方法能夠有效對公路橋梁施工過程進行控制，并提升橋梁施工質量。但該方法尚未在大跨度超高橋梁中進行應用測試，后續應擴大實驗范圍以對該方法進行優化。