浅析大跨连续刚构桥悬臂浇筑施工线形控制

2013-08-05刘胜

黑龙江交通科技 2013年5期

刘胜

(贵州路桥集体有限公司)

0 前言

目前在桥梁工程中大跨度混凝土连续刚构桥主要采用的是悬臂施工的技术，施工控制作为整个施工技术中主要的组成部分，在大跨连续刚构桥的施工过程中已经是一个的关键部分。为了保证在施工过程中桥梁的结构安全和良好的施工质量，确保成桥后桥梁结构具有满足要求的几何线形和内力状态，整个桥梁施工过程中必须对桥梁的内力和线形进行监控，建立一套科学有效的计算方法和监控理论系统是实现监控的关键。由于大跨径连续刚构桥的施工过程中采用悬臂浇筑技术，同时由于桥梁的连续孔的数量多以及跨径大，在桥梁施工过程中考虑如何有效地对桥梁进行施工控制在确保桥梁项目结构的安全性、大桥的成功进行合拢以及在成桥时符合工程设计要求的受力情况和线形状态等方面是必不可少的。

1 桥梁悬臂施工控制

目前连续刚构桥工程中在施工阶段进行控制主要包含内力控制和变形控制两个方面的内容。内力控制是指通过对涉及桥梁结构应力状态的主要设计指标进行科学合理的控制并对桥梁中预应力钢筋的应力进行调整，控制桥梁的实际情况与设计情况下的应力偏差在工程允许的范围内，从而确保桥梁结构的安全。变形控制就是对桥梁箱梁的横向位移以及竖向挠度进行合理的控制，如果存在较大的偏差的情况时，则应该对出现的偏差进行计算分析同时提出有效的调整方案。

对于通常进行分节段悬臂浇筑施工的大跨度连续刚构桥而言，施工控制就是在施工过程中根据监测所得到的结构参数值进行施工阶段的分析计算，以此来确保成桥后合拢段两悬臂端标高和桥面线形的相对偏差小于等于设计规定值，保证桥梁的结构内力状态满足工程设计的要求。

2 线性控制的施工控制方法

对大跨连续刚构桥悬臂浇筑施工线形控制的方法主要有两种:前进分析法和倒退分析法。

(1)前进分析法

在桥梁工程中前进分析法指按照大跨度连续刚构桥进行悬臂浇筑施工的顺序，依次进行各施工阶段结构的位移和内力计算。采用前进分析法时，边界约束、结构形式、荷载形式会随着施工过程的推进会发生不断的变化。在前期由于桥梁结构出现的徐变现象，其几何位置也在不断的发生变化，所以本次施工阶段进行结构位移和内力分析是以前一阶段桥梁结构的状态为分析基础。因此前进分析法能够很好地对大跨连续刚构桥梁结构的的实际浇筑施工过程进行模拟。

(2)倒退分析法

对于进行分段施工的大跨度预应力混凝土连续刚构桥，为了使桥梁在施工结束后的整个结构可以保持设计线形状态，在施工过程中可以通过设置一定的预拱度的方法来实现这个目的。确定桥梁的预拱度需要对桥梁结构施工后的理想状态非常清楚，也就是使桥梁成桥状态的受力性能和线形状态能够满足工程设计的相关要求。采用倒退分析法就是依据结构的倒拆来有效的解决这个问题。

3 悬臂浇筑施工线性控制实例分析

某桥梁项目是渝黔高速公路工程中的一座特大预应力混凝土连续刚构桥。该桥梁主桥桥型为三跨连续刚构桥，跨度分别为122 m，210 m 以及122 m，主梁的形式是变高度单箱单室薄壁宽箱梁结构，箱梁底宽11.0 m，顶宽22.5 m，梁体混凝土标号为C55，设置三向预应力，梁高按半立方抛物线变化，边跨支架和中跨跨中现浇段梁的高度为4.0 m。在桥梁进行悬臂浇筑施工线形控制的计算分析过程中，计算分析模型的建立是极其重要的，这种桥梁分析模型应该考虑到以下几个问题:①应该考虑到预应力在各个梁截面上不同位置的分布情况;②能够真实有效的反映出各个桥梁施工梁段的几何状态，减小梁段的几何形态出现的误差，将其对施工线性控制产生的影响降到最低;③模型可以合理的反映桥梁施工时所有可能产生的计算工况。

3.1 计算假定

在建立结构计算分析模型过程中需要对连续刚构桥的梁构件采取一定的简化:①每个施工阶段内混凝土浇筑都非常均匀，内部没有出现缺陷，考虑混凝土的徐变和收缩的影响;②在桥梁结构的正常工作状态下仅考虑出现的小变形和小位移;③通过锚具对箱梁施加预应力，该过程不考虑预应力的损失。

3.2 荷载处理

在进行有限元计算过程中，桥梁的自重通过对结构的重度进行定义来考虑重力，施工机具的自重、挂篮的自重和人的荷载简化为当前施工节段作用在顶面的的集中荷载。将施加的预应力假定为外荷载，在梁截面放置锚具的部位施加外荷载来实现预应力的加载，其值为张拉预应力的大小减去相应的各项预应力损失。

3.3 节段立模标高的确定

在建立完正确的模型和合理的性能指标后，则应该根据控制参数和设计参数，考虑连续刚构桥梁的状态、施工荷载、二期恒载、施工工况、活载等，输入到前进分析的系统过程中。从前进分析过程中能够获得结构依据施工顺序进行施工时每阶段的挠度和内力以及最终成桥状态的挠度和内力。然后假设成桥时桥梁状态为理想状态进行桥梁结构的倒拆分析，得出桥梁施工各阶段的立模标高以及混凝土浇筑前和浇筑后、钢筋张拉前和张拉后的设计标高。

3.7 施工线形控制的实现

依据有限元模型的分析结果按照最优控制理论对箱梁的立模标高进行了有效控制和合理调整优化，对施工过程中的应力变化和变形进行了实时监测。表1 为1#墩中跨各梁段的施工标高控制结果示意图，悬臂浇筑施工阶段各节段梁的实测值和计算值的误差均能够满足施工精度的要求。三个合龙段的相对高差都在2.0 cm，在允许值范围内，中跨合拢时理论标高和实测标高相差1.2 cm。成桥后跨中点的预拱度为34.6 cm，为桥梁在使用阶段可能发生的变形做好了挠度储备，该桥梁的最终成桥线形非常好。