大跨度变截面悬臂箱梁施工线形控制技术

2012-09-04周党伟

铁道建筑 2012年6期

关键词：徐变线形挂篮

周党伟

(中铁七局集团有限公司，河南郑州 410052)

大跨度变截面悬臂箱梁施工线形控制技术

周党伟

(中铁七局集团有限公司，河南郑州 410052)

结合85 m+160 m+85 m变截面悬臂现浇连续刚构箱梁模板高程计算方法，介绍了梁块自重、预加应力、施工荷载引起的挠度，以及温度、混凝土收缩徐变等影响梁体线形的主要因素及计算方法，阐述了连续刚构桥梁结构线形的施工控制技术。

变截面箱梁悬臂施工线形控制

随着国内桥梁施工水平的不断提高，对连续梁在外观线形方面的要求也随之提高。施工中因设计参数误差(如材料特性、徐变系数等)、施工误差(如梁段重量、安装误差等)、测量误差及结构分析模型误差等的存在，势必导致施工过程中桥梁的实际状态(线形)与理想目标存在一定的偏差;这种偏差如不及时加以识别和调整控制，累积到一定程度在影响梁体线形的同时将对施工过程中结构的安全带来严重影响。为此，对施工过程进行线形监控，及时识别施工偏差，根据监控数据计算修正，确定每个悬浇节段的立模高程，就显得非常有必要。本文结合工程实践就悬臂法施工的混凝土梁的线形控制作一介绍。

1 工程概况

普安特大桥全长913 m，主跨为85 m+160 m+85 m预应力混凝土连续刚构，位于半径7 035 m的圆曲线上和35 000 m半径的竖曲线上。刚构设计为变截面箱梁，梁高2.00～9.75 m，梁宽7 m，桥面宽12.5 m，梁底按二次抛物线设置。全梁共79节段，桥梁上部主体结构均采用悬臂现浇法施工。由于梁体跨度大，节段多，对梁体线形控制有着较高的要求，如控制不好，不仅影响梁体的外观质量，更重要的会影响梁体的运营。为此，在梁体施工过程中，针对大跨度混凝土连续刚构线形控制进行了专题研究。

2 线形控制原理及控制流程

线形监控就是通过在施工过程中对每个梁段在立模、混凝土浇筑及施加预应力后的平面位置、高程变化情况进行测量，来了解结构各构件在每一施工阶段的实际变形情况。对监测的成果在考虑预应力、混凝土收缩徐变、墩身混凝土压缩、挂篮变形、温度等诸多因素后，进行分析计算以确定每个悬臂浇筑节段的立模高程。同时在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析，预测和调整后续梁段的立模高程，以确保施工过程中结构的可靠度和安全，确保合龙精度和体系转换的顺利进行，最终使成桥后的桥面线形符合设计要求。

曲线桥梁平面内、外侧弧形的圆顺，以及连续刚构现浇箱梁变截面各施工段线形尽量达到或接近设计的二次抛物线，是施工线形控制的两个方面。竖向线形控制主要依据施工预先选用的混凝土自重、施工临时荷载、预应力张拉设计值等主要荷载，对悬臂梁产生正负挠度叠加值;另外还要考虑桥梁悬臂施工引起的静定结构短期弹性挠度和长期徐变挠度值。施工时对于静定悬臂施工的两端预设上拱度的具体做法是在施工高程的基础上预设弹性挠度和徐变挠度影响数值。

在实际施工中遵循“计算预测→施工量测→反馈分析→计算调整→施工量测”的次序循环进行;在成桥后，再根据实测线形和预测线形进行比较，对整个线形控制过程进行分析总结。线形控制如图1所示。

3 影响梁体线形主要因素分析及计算

3.1 主要影响因素

施工过程的挠度计算不仅与力学计算模型的选取有关，而且更重要的是与许多影响挠度的因素相关，这些主要因素包括:

1)施工阶段的一期恒载(梁自身静载)和预加应力;

2)施工临时荷载，即悬浇的挂篮、施工荷载等;

3)其他因素，即温度变化、混凝土收缩徐变等。

图1 线形控制流程

除此以外，还有许多随机变化的待定因素，如混凝土自身的弹塑性性能，各节段施工周期随季节变化的不定性，预应力损失的随机性，日照使结构混凝土内外温度变化的不均衡性等。

3.2 主要影响因素的计算方法

1)施工静载引起的挠度(如图2所示)

施工静载包括一期恒载和施工临时荷载，各节段的混凝土自重属一期恒载，挂篮设备以及机具人员等属于施工临时荷载。混凝土自重产生的挠度通过悬臂梁的自重挠度公式进行计算，在此不赘述，仅说明各节段对各点挠度的叠加公式。

由于各个节段对其前面的节段均会产生挠度，故而计算各节段的自重挠度值时必须进行叠加计算，具体计算公式为

式中 δij——j节段自重及预应力束在i节段端头产生的挠度;

δi——由各梁段自重在i节段产生的挠度总和;

∑δij——由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和;

图2 施工自重产生的挠度叠加图式

由于挂篮设备的重心距悬臂梁的根部力臂较大，造成已完成梁段的变形，从而使待浇筑梁段模板下垂;这种变形属于弹性变形，将随着挂篮的拆除而消失，因此在设置预拱度时，要预先考虑施工临时荷载δ4i的影响。即施工临时荷载属于在施工中移动的临时静载，是静载计算的一个特例，且该施工静载随着节段的前移使挠度不断增大，但随着节段的完成最后在合龙时拆除而归于0，故在高程计算过程中要予以扣除。

挂篮自重及临时荷载引起的挠度计算，实际就是n节段重量等于挂篮及临时荷载重量引起的挠度δin的计算。且该挠度按照负值计算(在合龙后挠度消失，梁体在最后统一产生负挠度，故在前期计算按照负挠度叠加)。

2)预应力引起的挠度

由于悬臂结构施工时的预应力束均在梁体的上部，所以各节段预应力引起的挠度一般为负值。根据预应力引起的挠度计算公式计算叠加而得出各节段的预应力挠度值δj，具体叠加办法同梁体自重产生的挠度叠加办法相同。

3)挂篮变形引起的挠度

由于悬臂结构各节段的自重达到1 000 kN以上(项目的悬臂结构最重的节段已达到2 500 kN)，所以挂篮的变形值也必须予以考虑。其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验(挂篮加载试验是在挂篮安装完毕后，按照悬臂浇筑最重节段的120%进行加载通过测量得来)的各项综合测试结果，绘出挂篮荷载—挠度曲线，然后进行内插而得挂篮变形挠度值δig。

4)混凝土收缩徐变的影响

当施工阶段变形的理论计算值与实测值符合较好的情况下，可以通过累计变形分析来调整混凝土的收缩徐变系数。即在理论模型中首先将混凝土重度、梁体尺寸、钢绞线张拉应力、钢绞线摩擦系数等参数调整准确，保证理论模型与实际结构的“初步”吻合，进而由累计变形理论计算值与实测值的差异来调整理论模型中混凝土收缩徐变系数，使累积变形的理论模型与实际结构的变形相吻合。

钢筋混凝土及预应力混凝土结构内力和位移计算必须考虑混凝土收缩徐变的影响。影响收缩徐变的主要因素有:水泥品种、集料性质、混凝土配合比、外加剂和其它成分、加载龄期、环境温度、构件尺寸、应力大小及应力持续时间等。混凝土的收缩徐变不仅影响结构在施工期间的变形，而且对结构在成桥竣工后的变形也有较大影响。在建立理论计算模型时，混凝土收缩徐变产生挠度一般按照混凝土随龄期增长的收缩徐变系数对整体预拱度予以调整，即

式中 δix——混凝土收缩、徐变在i节段引起的挠度;

φt，τ——混凝土收缩徐变系数(通常首先根据以往的经验和相关资料进行综合分析赋初值);

δj——由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和;

δ4i——施工临时荷载在i节段引起的挠度;

δig——挂篮对i节段引起的挠度。

3.3 竖向线形指标计算

在计算出以上各个技术参数的基础上，对各个节段的立模高程进行预测计算。在各节段施工前就要预先确定该段的立模高程，每节段立模高程的计算采用下面的立模高程计算公式

式中 Hlmi——i节段立模高程;

Hsji——i节段设计高程;

通过以上的计算，就可以准确地预先计算出各个节段的施工立模高程，再根据提供的立模高程进行施工前后的监测分析，以确定后续高程的计算。

4 线形监控实施

在悬臂箱梁开始施工前，为了测量工作的方便，通过设计单位提供的施工区平面导线点，在0号块现浇梁墩顶选择可靠点进行控制点加密，并以多边形导线网的技术要求和精度指标进行联测复核。

在施工过程中，每个节段均需进行数次观测(即浇筑混凝土前、浇筑混凝土后张拉前、张拉完成后、挂篮移出后均须进行高程观测)，观察各控制测点的挠度、主梁合龙精度及桥面的线形。鉴于日照温差的复杂性，为了提高测量精度，观测的时间宜安排在早晨太阳出来之前进行。根据测定的数据进行分析，判定是否需要进行调整或参数修正。

首先通过选取2个节段的监控对比和施工影响系数调整，并据此预设反拱数值满足线形监控的需要。然后根据该组参数对后续节段继续进行理想高程的调整，以达到最终的理想线形。在后续的施工监测中，因该参数一直得到应用，故满足了施工监控的要求。通过有效的自适应控制分析和线形控制，刚构桥梁的线形得到了有效的控制，完全满足了设计要求。