高速铁路连续梁桥的线形控制与应力控制

李重阳

中国铁建股份有限公司（100855）

由于高铁及城铁对线路的平顺性要求极高，因此精确的线形控制是铁路连续梁桥施工的关键。同时，应力控制也是保证成桥后结构应力状态与设计相吻合，使成桥后桥梁徐变变形达到设计目标的关键。以某铁路桥梁（70+125+70）m预应力混凝土连续梁桥为例,介绍桥梁线形控制与应力控制的关键技术和方法。

1 工程概况

某高度铁路连续梁桥采用无砟轨道，设计列车时速350 km/h。在跨越某高速公路处,采用 （70+125+70）m的预应力混凝土连续箱梁桥。该桥采用单箱单室变高度、变截面连续梁。箱梁梁底曲线按圆曲线变化，端支座处及边跨直线段和跨中处梁高为5.2 m,中支点处梁高9.2 m。全桥箱梁顶板宽12.0 m，底宽7.0 m。全桥共设5道横隔梁，分别设于端支点、中支点、中间跨跨中截面。该桥采用悬臂浇筑，采用菱形挂篮。全桥分两个T构对称悬臂浇筑,每个T构包括0 ～13号梁段,中支点0＃块梁段长度9 m,一般梁段长度分成3 m和4.0 m,2个边跨各有9.75 m的现浇段,边、中跨合拢段均长为2 m。

2 结构计算模型的建立

本桥采用有限元软件MIDAS/Civil进行结构建模分析,MIDAS具备单元激活与钝化功能,可以很方便的模拟施工过程的正装分析以及倒拆分析。全桥共离散为57个单元，58个节点。其中零号块采用托架施工，边跨现浇段采用满堂支架施工，其余梁段采用挂篮对称悬臂施工。

在建模时应注意以下几点:

1）施工阶段:全桥应按照挂篮安装、混凝土灌注、张拉钢束等不同阶段划分施工阶段，以便对线形和应力详细监测。2）边界条件:未合龙时零号块处墩梁固结，合龙时约束释放，转化为铰接和链杆约束，以适应梁体转动和纵桥向位移。3）体系转换:按照边跨合拢、中跨合拢的顺序进行体系转换。

MIDAS计算模型如下图1所示。

3 铁路连续梁桥施工控制方法

为保证桥梁的安全建设，使最终的主梁线形和恒载内力与设计相吻合，选择科学合理的控制方法是非常重要的。（70+125+70）m连续梁桥施工监控采用先进的自适应控制法。参数误差识别采用Kalman滤波法。

自适应控制法是指在施工控制开始时，控制系统的某些设计参数和实际情况不完全吻合，此时可以通过系统识别或参数估计,调整计算模型的参数，使设计输出与实测结果相符,进而使实际问题得到解决。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，按反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过若干工况的反复辨识后，计算模型与实际结构趋于一致,在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。自适应施工控制系统框图如图2所示。

参数误差识别过程是自适应控制的关键，其任务就是根据对控制目标（如内力、标高和结构应力）的测量值与计算值之间的误差反算施工模拟计算所选用的参数是否合理,如混凝土的弹性模量、主梁自重集度、挂篮刚度、徐变系数等。本文所述及的（70+125+70）m连续梁桥的参数误差识别采用Kalman滤波法。

4 线形控制

线形控制是桥梁施工控制的重要工作之一。使用全站仪对主梁轴线进行测量，保证箱梁悬灌端的合拢精度和桥面变形。主梁的线形监测应以线形通测和局部块件高程测量相结合，在主梁块件浇筑及挂篮移动后进行。

4.1 悬臂浇筑各节段立模高程的确定

悬臂浇筑段前端底板和桥面高程应根据挂篮垂直变形和梁体预拱度进行设置。而预拱度是受到梁体自重、预应力张拉、温度、收缩徐变等多方面因素的影响。悬臂结构逐段浇筑，后节段的受力情况对前节段产生作用。因此现浇梁段的预拱度=本段和后面所有各段混凝土和张拉预应力束的累计挠度+二期恒载作用下产生的挠度+1/2活载产生的挠度+从浇筑至设计使用10年中混凝土收缩徐变引起的挠度。

4.2 线形控制结果

成桥线形是在桥梁合龙后约一年的时间，对全桥进行了成桥线形测量。此时桥梁的二期恒载已经铺设完毕，徐变变形按照理论计算约完成80%。测得的成桥线形与理论计算值比较结果如下表1所示，限于篇幅仅记录部分数值。

表1 成桥线形控制结果

为了更直观的分析成桥线形控制的结果，将成桥后的桥面实测高程和设计成桥线形绘制成图，如下图3所示。

从表1和图3分析可以得出，该桥的线形控制结果良好，满足铁路连续梁施工技术交底要求和相关规范的要求。

5 应力控制

预应力混凝土连续梁桥在悬臂施工的过程中，从结构安全的角度，结构的应力最令人关注。

主梁应力的测试是监测主梁在施工过程中主梁是否安全的一种辅助手段。尽管理论计算结果表明了其安全性，但在实际施工中可能存在着不可预计的因素（如施工荷载、混凝土弹性模量、预应力大小的变异，施工流程的改变等）会使主梁的受力与理论计算结果有差异，因此必须进行主梁应力的监测，确保结构安全。

5.1 应力截面及测点布置

在悬臂施工的过程中，对T构根部的顶板和底板应力进行了监测。应力计的埋设位置如图4所示。

5.2 应力控制结果

悬臂浇筑的施工过程中，每一个梁段都对每个T构的应力计进行了测量。测量时，考虑了测试现场的温度，由程序自动进行温度修正，得出每个施工阶段T构根部顶板和底板的应力。限于篇幅，部分测量的应力结果如下所示。

表2 629#墩T构近南京侧截面箱梁应力测试记录测试工况:1#块混凝土浇筑后

表3 629#墩T构近杭州侧截面箱梁应力测试记录测试工况:1#块混凝土浇筑后

从以上给列举的部分应力监测记录可以看出:在悬臂施工的过程中，T构根部的顶板和底板应力均在规范允许的范围值之内，因而，在悬臂施工的过程中，结构处于安全可控状态。

6 结论

1）由于铁路提速，对铁路桥梁平顺性要求日益提高。故施工控制在铁路预应力混凝土桥梁的悬臂施工中起着重要作用，监控是一个:施工→量测→识别→修正→预报→施工的循环过程。只有结构有限元理论计算和施工监控相结合，才能保证施工线形和应力达到设计要求。

2）通过对比线形、应力实测值与理论计算值可知，桥梁各施工阶段中，线形与应力变化趋势相同，二者误差较小，说明本文采用的有限元计算模型与实际较符合,线形与应力控制方法也是合理的，可用于同类型铁路桥梁的施工控制。

[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]顾安邦,张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社,2000.