浅谈预应力混凝土连续刚桥的悬臂施工控制

2011-12-30张新星

中国新技术新产品 2011年4期

张新星

（罗山县公路管理局，河南罗山 464200）

1 连续刚桥悬臂施工控制的目的和内容

1.1 施工控制的目的

对于悬臂浇注施工的预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构实测技术参数进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测成果进行误差分析，给出下阶段立模时的预拱值，并保证合拢时两悬臂端标高的相对偏差、结构内力分布符合要求。

1.2 施工控制内容

预应力混凝土连续梁桥、连续刚桥悬臂施工的控制包括变形和内力两方面的内容。变形控制就是严格控制悬浇段各断面横、纵向的偏位和挠度，内力控制则是控制主梁在施工过程中施工荷载对结构内力的影响而产生的不利因素。悬臂施工属自架设施工方法，在施工过程中已成结构状态无法事后调整，施工控制主要采用预测控制法。连续梁桥、连续刚桥悬臂施工控制主要体现在施工控制模拟结构分析、施工监测(包括结构变形与应力监测等)、施工误差分析以及后续施工状况(工况)预测几个方面。

2 施工控制结构分析

预应力连续梁桥、连续刚构桥悬臂施工，采用悬臂施工方法时需要一个漫长而复杂的施工过程。对施工的每一环节进行详细的变形计算和受力计算分析是施工控制中最基本的内容之一。为了达到施工控制的目的，必须确定桥梁结构施工过程中每一阶段在受力和变形方面的理想状态(施工阶段理想状态)据此来控制施工过程中每个阶段的结构行为，最终使线形和受力状态满足设计要求。

2.1 施工控制的一般原则

预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥悬臂施工控制计算，除了满足施工方法的基本要求外，还要考虑诸多相关的其他因素。

2.1.1 施工方案：由于连续梁桥、连续刚结构桥的恒载力与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算时应对主梁架设期间的施工荷载给出一个较为精确的数据。

2.1.2 计算图式：连续梁桥一般要经过墩梁固接(或设置临时支座)→悬臂施工→合拢→解除墩梁固接(或解除临时支座)→合拢的过程；连续刚构桥也需经过悬臂施工和数次合拢。在施工过程中结构体系不断地转换，各个施工阶段应根据实际情况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析、计算。

2.1.3 结构分析程序：对连续梁桥、连续刚构桥的施工控制计算而言，采用平面结构分析方法基本可以满足实际施工控制的需要。

2.1.4 非线性影响：非线性对中小跨径连续梁桥、连续刚构桥的影响可以忽略不计，对大跨径则必须考虑其影响。

2.1.5 预应力的影响：预应力直接影响结构的受力与变形，施工控制中应在设计要求的基础上充分考虑预应力的实际施加程度。

2.1.6 混凝土收缩、徐变的影响：连续梁桥、连续刚构必须计如混凝土收缩、徐变对变形的影响。

2.1.7 温度：温度对结构的影响是复杂的，通常的做法是对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施予以消除，减小其影响。

2.1.8 施工进度：施工控制计算需按实际施工进度以及确切的预计合拢时间，分别考虑各个部分的混凝土徐变变形。

2.2 施工控制的结构计算方法

桥梁施工控制中的结构分析方法包括前进分析法、倒退分析法以及无应力状态法。对于分解段悬臂浇注施工的预应力混凝土连续梁桥、连续刚构，施工控制结构计算的方法也采用前进分析法和倒退分析法。

2.2.1 前进分析法

为了计算出桥梁结构在成桥后的受力状况，只有根据实际结构的配筋情况和既定施工方案逐个阶段进行计算，最终才能得到成桥结构的受力状态和变形情况。该种计算方法的特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断地改变，前期结构将发生徐变，其几何位置也在变化；前一阶段的结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。

2.2.1.1 确定结构初始状态：中跨、边跨的大小、桥面线形、桥墩的高度、横截面信息、材料信息、约束信息、预应力信息、混凝土徐变信息、施工临时荷载信息、二期恒载信息、体系转换信息等。

2.2.1.2 基础、桥墩和0#块浇注完成：计算已浇注部分在自重和外加荷载作用下的变形和内力。

2.2.1.3 在各个桥墩上对称地浇注每一个块件，直到悬臂浇注完成，拆除挂蓝。计算每一悬浇时结构的变化和内力，每阶段计算均依照上阶段结束时结构变形的几何形状为基础。

2.2.1.4 进行边跨(次边跨)合拢、中跨合拢，计算这几个主要阶段结构的内力和变形。

2.2.1.5 桥面铺装：计算二期恒载作用下结构的内力与变形。

2.2.2 倒退分析法

前进分析法会因为结构结点坐标的变化使线形不能满足设计要求。在施工过程中，结构结形不能满足设计要求。在施工过程中，结构线形与强度控制一样重要，线形误差引起结构合拢困难，在施工过程中一般要给出预拱值(高出设计标高一定的差值)。倒退分析法有以下特点：

2.2.2.1 倒退分析时的初始状态应由前进分析来确定，各杆件的轴线位置取设计轴线位置。

2.2.2.2 拆除单元的等效荷载用被拆除单元接缝处的内力的反力作为外力作用在剩余结构接缝处加以模拟。

2.2.2.3 利用叠加原理对本阶段荷载作用下结构受力与前阶段结构受力状态相叠加。

2.2.2.4 被拆除杆件满足零应力条件：剩余结构接缝应力等于该阶段对接缝处加的预加应力。

倒退分析法程度按以下顺序执行：

开始→初始状态→施工完成时状态→合拢前状态→张拉预应力初期状态→张拉预应力前的状态→安装本阶段初期状态→安装本阶段前状态→施工初态→结束

2.3 确定立模标高

立模标高不是成桥后设计标高，要设一定的预拱度用以抵消施工中的各种变形(挠度)。计算公式如下：

∑1mi=Hsji+∑f1i+∑f2i+f3i+f4i+f5i+fg1

Hfmi-i节段立模标高；

Hsji-i节段设计标高；

∑f1i-各梁段自重在i段产生的挠度总和；

∑f2i-张拉各节段预应力时在i节段产生的挠度总和；

F3i-混凝土收缩徐变在i节段引起的挠度总和；

F4i-施工临时荷载i节段引起的挠度；

F5i-使用荷载在i节段引起的挠度；

Fg1-挂蓝变形值。

预拱值 Hygi＝H1mi-fg1-fi

fi-i块浇注后产生的下挠度。

3 施工监测控制

3.1 施工监测目的

通过监测主墩和主梁结构在各施工阶段的应力和应变，及时掌握结构的实际行为目的，根据获得的数据确保结构的安全和稳定、受力的合理、线形的平顺。

3.2 施工监测的方法

在施工的每一过程，观测箱梁顶、底面的挠度，量测梁体的温度，测试混凝土的弹性模量、收缩徐变系数、容重、预应力孔道的摩阻，以便进行预测值的分析。施工监测的具体内容如下：

3.2.1 主梁结构部分设计参数的测定

一般的设计参数在计算结构内力和位移时采用的取值比实际值大，该情况对设计偏于安全，对施工控制来说不容忽视，在施工前对其进行必要的修正成为必然。

3.2.2 主梁结构变形监测

主梁结构变形监测包括以下内容：①每一阶段挂蓝施工就位下阶段底模标高定位前桥面标高观测。②混凝土浇注前后、预应力张拉前后、移动挂蓝前后各节段挠度观测；观测时应尽量选择温度影响较小的时段进行。③主梁应力观测；④温度观测；⑤混凝土的弹性模量、收缩徐变系数、容重、预应力孔道摩阻的测试：测试混凝土7天、14天、28天、90天四个加载龄期的徐变、收缩试验，取得对应的徐变、收缩系数和弹模值，用现场取样的方法测定混凝土3天、7天、28天、60天龄期的弹性模量值并绘制E-T曲线；测定预应力钢束实际的应力损失情况，为主梁拱度提供修正。