预应力刚构桥悬臂浇筑施工监控

陈林海 杜 磊 颜全胜

(华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510640)

0 引言

随着公路桥梁建设的飞速发展，各种预应力混凝土连续刚构桥得到广泛应用。连续刚构桥的施工要经历一个长期而复杂的施工过程。由于施工过程中受到许多不确定性因素［1，3］，包括材料的性能、施工荷载、预应力损失、混凝土收缩徐变、温度等的影响，造成桥梁结构实际状态与理想状态之间存在差异，因此在桥梁施工过程中有必要对桥梁的实际反应(高程、线形、应力等)实施严格的全过程施工控制，以保证桥梁建造质量、确保施工过程的安全，以及成桥结构内力和线形等符合规范及设计要求。

1 工程概况

某连续刚构特大桥主桥上部结构采用(125+210+125)m的连续刚构，箱梁0，1号块采用C60混凝土，其余部位均采用C55混凝土。半幅桥顶板跨度18.5 m，单箱单室断面，其中箱底宽9.5 m，两侧悬臂翼缘板宽4.5 m;箱梁根部梁体中心线高H=12.5 m，跨中及端头梁体中心线梁高H中=4.6 m，箱梁梁高、底板厚度自根部至跨中按2.0次抛物线变化。主梁0号块长16 m，悬臂0施工节段长度8@3.0+8@3.5+11@4，其中0号块采用支架施工，边跨现浇段长度为18.8 m，其余梁段采用挂篮施工。全桥共设置3个合龙段，长度均为2 m。主墩墩身采用C40混凝土，采用矩形双薄壁墩。

2 施工监控内容

某连续刚构特大桥施工监控是理论计算预测→按预测数据进行阶段施工→阶段施工完后测量、处理→按处理结果进行参数识别、修正→下一阶段理论计算预测的循环过程。其工作的主要内容分为2个部分:第一部分是数据采集，包括预先在桥上选定截面埋设各类传感器，每个施工工况完成后采集数据，并在每个施工工况完成时测量桥梁各个选定断面的标高。第二部分是数据处理，对采集的数据处理后得到下一个施工阶段的参数。

3 仿真分析

3.1 施工阶段划分

某连续刚构特大桥采用通用有限元软件Midas利用空间梁单元进行建模分析，按照过程划分施工阶段，进行施工阶段分析，主要施工阶段如下:

1)完成主墩、过渡墩基础、承台及墩身施工;

2)在托架上浇筑0号块，张拉0号块预应力，拆除0号块托架，安装1号块挂篮、模板;

3)浇筑1号块，待养护5 d后，张拉1号块预应力，移动挂篮至2号块，安装2号块模板;循环施工下一块;

4)待施工至27号块张拉预应力钢筋后，边跨满堂架施工，浇筑边跨现浇段;

5)拆除所有挂篮，安装合龙段吊架、模板，边跨合龙，张拉边跨预应力;

6)拆除边跨满堂支架、吊架，安装中跨合龙段吊架、模板，施加主跨跨中顶推力，中跨合龙;

7)卸载顶推力，张拉中跨预应力，拆除合龙段吊架，上二期恒载等;

8)十年收缩徐变。

3.2 建立计算模型［2］

采用Midas/Civil将全桥结构简化为三维空间模型结构进行施工过程整体计算，模型简化见图1。

图1 成桥状态下桥梁模型轴侧图

4 监控方案

4.1 标高控制［6-8］

施工监控中采用标高控制为主，应力控制为辅的策略，着重考虑每一梁段预拱度的设置。只有合理设置预拱度，才能在最后合龙阶段保证2个悬臂端在同一水平线上，也才能保证在运营之后的全桥线性与设计线性相吻合。下面就简要介绍下考虑了预拱度等影响因素后立模标高的确定方法:

梁段立模标高必须设置预拱度来抵抗施工过程中产生的其他各种变形(挠度)，若某一节段前端的设计标高为H，成桥预拱度为Y1，主梁施工过程中此点挂篮位移值为f挂篮，立模标高修正值为H修，则此点的立模标高H立模其计算公式为:

其中，Y1为成桥后徐变位移和活载预拱度;f挂篮为当前节段挂篮位移;H修为考虑施工误差、温度等影响的修正值。立模标高是在梁段施工之前通过理论计算得到的，而计算时选取的技术参数与实际情况存在差异，因此应将施工中实测变形值与理论计算的变形值进行比较分析，及时消除误差，在原来设置预拱度基础上进行调整，引入调整后的修正值H修。此立模标高计算公式简单，概念清楚，使用方便，实际使用效果较好。

某连续刚构特大桥在每段的悬浇梁端顶板上各布置3个观测点，底板上各布置3个观测点，如图2所示。

图2 断面观测点布置图

在浇筑过程中，分别对梁端立模，浇筑后，张拉后进行测量。这些标高数据是施工监控最直接最重要的数据。由于篇幅限制，现仅使用51号墩左幅5号块浇筑后梁顶1号，2号，3号标高数据，见图3～图5。

图3 1号观测点各节段标高对比图

图4 2号观测点各节段标高对比图

从图3～图5看出，各梁段高程偏差都控制在15 mm范围内，最大差异为11 mm，说明线形得到了很好的控制。

4.2 应力分析［9，10］

主梁应力计算结果如图6～图8所示。从图中可知，最大双悬臂阶段最大压应力为13.94 MPa，二期铺装完成后主梁最大弯矩为14.77 MPa，主梁在模拟成桥状态时为全截面受压，没有出现拉应力，其中最大压应力为14.85 MPa，满足规范要求。

在现场操作中，将传感器埋置在51号墩左幅边跨和跨中1号块中间位置，对称埋置24个传感器，埋置位置见图9。

图5 3号观测点各节段标高对比图

图6 最大双悬臂施工阶段主梁组合应力最大值

图7 二期恒载铺装完成后主梁组合应力最大值

图8 运营阶段十年收缩徐变后主梁组合应力最大值

图9 传感器埋置示意图

由于篇幅限制，现仅使用51号墩1号块跨中应力在浇筑完5号块后数据，见图10。

图10 51号墩1号块跨中应力在浇筑完5号块后对比图

由图10可知，各控制截面实测应力与计算应力比较吻合，应力最大差值为1.42 MPa，在2 MPa以内，顶板实测最大压应力5.86 MPa，底板实测最大压应力3.03 MPa;全截面受压，远小于施工状态压应力限值，表明施工过程中结构是安全的，满足设计要求。

5 结语

本文使用有限元软件Midas对某连续刚构特大桥进行全过程分析，将所得到的计算结果和施工中的实测数据对比，结果表明该连续刚构特大桥工作性能正常，线形和应力满足要求。通过利用Midas软件对连续梁桥施工全过程进行分析可知，此方法能精确模拟结构的实际受力过程，为连续刚构特大桥的施工及测控提供参考依据和有效的指导及验证手段。

［1］ 姚玲森.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］ 胡 娟.Midas/Civil软件在大跨径桥梁悬臂施工中的应用［J］.桥梁工程，2011(10):73-74.

［3］ 范立础.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［4］ JTG D60-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［5］ 高雪峰.预应力连续梁桥悬臂浇注施工监控［J］.桥隧工程，2009(5):31-32.

［6］ 葛耀君.分段施工桥梁分析与控制［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［7］ 徐君兰.大跨度桥梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［8］ 杨 斌.大跨径连续梁桥施工监控研究与实践［J］.桥梁，2012(3):61-62.

［9］ 张继尧，王昌将.悬臂浇注预应力混凝土连续梁桥［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［10］ 高雪峰.预应力连续梁桥悬臂浇筑施工监控［J］.桥隧工程，2012(13):49-50.