洋里高架桥施工中线形控制的研究

郭南华，郭建涛，高 杰

(1.福建船政交通职业学院;2.北黑高速公路J6监理办)

洋里高架桥施工中线形控制的研究

郭南华1，2，郭建涛1，2，高 杰1，2

(1.福建船政交通职业学院;2.北黑高速公路J6监理办)

大跨度连续箱梁桥施工过程受到较多敏感的因素如混凝土的弹性模量、强度、收缩徐变、温度等的影响使得施工较为复杂，故而施工控制成为必要，其中施工控制中的线形控制是极其重要的一个内容。良好的桥梁线形控制，在一定范围内能保证该桥受力与设计要求相吻合。以福建省福州国际机场高速工程中的洋里高架桥施工中线形控制为研究背景，探析了前进分析与软件模型相结合在该桥桥线形控制的应用。

连续箱梁;线形控制;前进算法

1 工程背景

洋里高架桥是福建省福州国际机场高速公路上的一座连续梁桥，其位置处在福建省福州市光明港河畔，临近光明港公园。变截面连续箱梁跨径为:45 m+80 m+45 m，布置图见图1。

图1 洋里高架桥立面布置图

设计标准。

(1)设计荷载:公路－I级。

(2)设计车速:100 km/h。

(3)桥面宽:整体式双幅桥:2×(0.5 m防撞栏+净15.50 m+0.5 m 防撞栏)。

2 施工中线形控制的误差参数分析

2.1 线形控制

线形控制不仅是桥梁施工控制的重要组成部分，而且也是控制工作中难度相对较大的部分，线形控制是确保桥梁施工宏观质量的决定因素之一，线形控制是施工监控是桥梁建设的安全保证同时也是桥梁运营中安全性和耐久性综合监测系统的关键内容。本项目线形控制的流程如图2所示。

桥梁线形预测与调整是桥梁施工控制计算和分析的主要内容之一。在桥梁施工控制中，对于设计参数误差的调整就是通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态和理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数误差，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差，使结构的成桥状态与设计相一致。

因此，线形控制工作的重点是根据当前施工阶段结构的实际状态进行正装计算至成桥状态，预告今后施工可能出现的变形状态，形成施工线形控制的两大任务，即结构标高的前期预报和后期调整。

2.2 误差分析

误差分析是施工监控的难点，也是施工监控三大系统中相对最不成熟的部分，主要原因是测试数据较少而影响因素较多的矛盾引起的。对于洋里高架桥的线形控制中的误差参数来源可归纳为如下几点。

图2 线形控制的流程框架

(1)混凝土收缩，徐变等变形差异。

(2)混凝土自身材料容重，弹性模量等的离散性。

混凝土的容重和弹性模量的误差势必会引起结构刚度的变化，结构刚度误差对施工控制质量的危害较大。

(3)挂篮及模板定位误差。

由于挂篮和模板是一个庞大的结构物，加上挂篮本身刚度的影响，实际施工时挂篮和模板位置很难做到与设计一致。挂篮模板定位包括外模板和内模板的定位，外模板决定了梁底标高，而内模板决定了桥面的标高。挂篮定位是控制主梁标高最重要也是最直接的手段，定位时只要认真负责，并且挂篮在设计上是合理的，挂篮定位误差能够控制在允许范围以内。

(4)悬臂施工挂篮作用在箱梁上的反力，施工荷载等。

由于施工荷载随机性较大，只能通过实地观察，估计桥面荷载的重量以及位置，在计算数据中考虑。如果能准确估计第一类荷载的重量，并且随时记录第二类荷载堆放的时间和重量，是能够在计算中消除此类误差的。由于临时荷载是随机的，如果把每一种荷载影响作为荷载工况输入跟踪计算，并不方便。一般情况下，可先试算，将各种荷载影响的结果算出，作为修正值现场修正会比较方便。

(5)各梁段预应力的实际张拉力与理论值之间的差异等。

预应力束张拉误差一方面由张拉千斤顶的油压表读数误差引起，另一方面由各种预应力损失引起。预应力损失包括:①管道摩阻力，②锚具损失，③温度损失，④钢丝松弛，⑤徐变损失。

(6)合拢顺序的变化。

(7)温度影响。

温度影响是施工控制中较难掌握的因素，这主要是因为温度始终变化无常，而且在同一时刻，结构各部分也存在温差。所以，在结构计算中一般不把温度影响作为单独工况，而是将温度影响单独列出，作为修正。温度测量也比较困难，一般情况下，只能测气温，而气温和结构温度是有很大差别的。

温度影响产生桥梁挠度变化有两种情况:均匀温差、箱梁内外侧的相对温差。温度变化虽然随时存在，但其对施工控制的危害主要表现在挂篮定位时，选择夜间或者早晨进行挂篮定位比较合适。温度影响变化无常，每座桥都有各自特点，所以施工控制前必须加强观测，及时掌握规律，尽可能排除温度影响。如果能掌握温度引起挠度的变化规律，可以将挂篮定位安排在任意的时间进行，对于加快施工进度是有好处的。

在施工过程中关于在线形控制中的误差标准在满足相关规范的要求外，我监控方还进行细化、量化且更加严格化。做到挂篮定位标高与预报标高之差控制在1 cm以内，预应力张拉完成后，如梁端测点标高与控制小组预报标高之差超过2 cm，需经研究调整方案后，确定下一步的调整措施。

3 前进算法在实际工程中的应用

3.1 前进算法分析的原理

随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在地改变，前期结构将发生徐变，其几何位置也在改变，前一阶段的结构状是本次施工阶段结构分析的基础。这种按施工阶段前后次序进行的结构分法称为前进分析法。前进分析法能较好的考虑与桥梁结构形成历程有关的一些影响因素，如构的非线性问题及混凝土收缩、徐变。对于大跨径桥梁，只有通过前进分析算才能了解结构在各个施工阶段的位移和受力状况。

前进分析法特点如下。

(1)只有根据详细制定的施工方案中确定的施工加在顺序进行，才能结构中间阶段或最终成桥阶段的实际变形和受力状态。

(2)以符合设计要求的实际施工结果倒退到施工的第一阶段作为结构进分析的初始状态。

(3)前一阶段的计算结果是本阶段结构分析的基础，前一阶段结构位移是本阶段确定结构轴线的基础。以前各施工阶段结构受力状态是本阶段结构时材料非线性计算的基础。

(4)对于混凝土徐变、收缩等时差效应，在各施工阶段中逐步计入。

(5)在施工分析过程中计入结构几何非线性效应。

在洋里高架桥线形控制采用前进算法，运用Dr.Bridge专用分析软件，并根据高强混凝土现场收缩徐变，建立了相应仿真分析模型，得施工过程中变形、仿真分析结果，用于指导施工。

3.2 洋里高架桥线形标高理论控制值与实测值的对比

洋里高架桥运用Dr.Bridge软件采用正装分析法，考虑误差因素对线形控制的影响，建立了相应仿真分析模型(如图3所示)，得出各节点每个施工阶段挠度及累计挠度，用于指导桥梁线形施工监控。

图3 洋里高架桥桥博仿真分析模型

洋里高架桥在线形控制中每个节段的断面上均设置3个实测点，实测点如图4所示。

图4 标高测点布置图

洋里高架桥通过桥博软件结合前进算法的分析得到的各节段的控制标高与实测的标高对比如下图(图5～图10)所示。

从本图数据中可以看出洋里高架桥左幅2#墩1测点的标高通过前进正装法结合分析软件预测节段的立模标高，于总体上较为精准。其中误差最大值出现在节段12位置，差值达到了12 mm，其出现如此大差值的最大可能原因为挂蓝定位误差。

图5 洋里高架桥左幅2#墩大桩号侧1测点标高对比

图6 洋里高架桥左幅2#墩2测点标高对比

从本图数据中可以看出洋里高架桥左幅2#墩2测点的立模标高，于总体上较为精准。其中误差最大值出现在节段12位置，差值达到了10 mm。

图7 洋里高架桥左幅2#墩3测点标高对比

从本图数据中可以看出洋里高架桥左幅2#墩3测点的立模标高，其中误差最大值出现在节段4位置，差值达到了12 mm。此误差值偏大，但是还小于线形控制容许误差限值(20 mm)。

图8 洋里高架桥左幅3#墩1测点标高对比

从本图数据中可以看出洋里高架桥左幅3#墩1测点的立模标高，于总体上较为精准。其中误差最大值出现在节段8位置，差值达到了15 mm。

从本图数据中可以看出洋里高架桥左幅3#墩2测点的立模标高，于总体上较为精准。其中误差最大值出现在节段6位置，差值达到了18 mm。

图9 洋里高架桥左幅3#墩2测点标高对比

图10 洋里高架桥左幅3#墩3测点标高对比

从本图数据中可以看出洋里高架桥左幅3#墩3测点的立模标高，其中误差最大值出现在节段6位置，差值达到了15 mm。此误差值偏大，但是还小于线形控制容许误差限值(20 mm)。

通过上述图5～10的对比可以看出，前进算法结合分析软件模拟各节段的施工并计算各节段的立模标高，在实际应用中其结果可靠，误差值(最大差值为18 mm)均可控制在施工控制容许的误差限值(20 mm)，满足工程精度要求。

4 结论

采用前进算法，运用Dr.Bridge桥梁结构分析软件，根据现场高强混凝土试验，挂篮预压试验等，并根据施工图设计中桥梁截面等尺寸、配筋及预应力情况及实际施工工艺，建立了相应仿真分析模型，得出各节点每个施工阶段挠度及累计挠度，用于指导桥梁线形施工监控。研究结果表明，通过仿真分析所取得的结果可以有效的指导施工。

洋里高架桥施工控制表明其建模精确，参数选取合理，有力保证了桥梁结构安全和稳定，避免了桥梁施工过程的安全、质量隐患，规避了不必要损失。

［1］葛耀君.分段施工桥梁分析与控制［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］向中富.桥梁施工控制技术［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］蔚建华.预应力混凝土桥梁施工技术要点［M］.北京:人民交通出版社，2004.

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1008－3383(2011)12－0055－03

2011－10－12