连续刚构桥施工监控计算要点分析

康玉强KANG Yu-qiang

（四川建筑职业技术学院交通与市政工程系，德阳 418000）

（Department of Traffic and Municipal Engineering，Sichuan College of Architectural Technology，Deyang 418000，China）

0 引言

连续刚构桥具有刚度均匀，高墩大跨、造价低、施工速度快等优点，在山区公路中修建较多。一般来说，在沟壑地区大多数连续刚构桥均采用挂篮悬臂施工，此工艺成熟，效率高，速度快，施工质量稳定可靠，已被我国工程界掌握[1]。在施工过程中，结构为静定，无多余约束，且高墩刚度小，荷载种类多且不断变化，故在施工时桥梁的内力状态也是变化的；另外根据已有的实测资料表明连续刚构桥投入使用后下挠过大，偏离设计线型，导致行车不舒适。如1997年建成的重庆江津长江大桥到2007年跨中下挠31.7cm，肉眼已经能明显分辨出跨中下凹[2]。综上因素，施工期间埋设仪器监控桥梁的受力状态，将实测数据和模型计算结果比较，及时纠正施工中存在的偏差，使桥梁合龙时达到预想的状态，设置足够的预拱度，保证营运期间有良好的工作性能。

1 测点布置

1.1 应力测点布置 截面应力不能直接测试得到，一般通过应变仪测试得到，再乘以弹性模量得到应力（混凝土弹性模量的测定一般由施工单位实验室完成）。施工期间的截面横向测点布置见图1，测点布置根据箱梁的宽度确定，对于宽箱为了考虑剪力滞后的影响，横向应增加测点数量。应力计按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。施工过程中注意对应力计和引出导线的保护[3]。

图1 应力测点

1.2 挠度测点 桥梁悬臂施工的每一个阶段均要做线形测量，在每个块件对称布置三个以上的测点，不仅测试挠度的同时，还可以观察是否出现扭转，各个测点之间也可以相互校核。挂篮就位后，对每个节段混凝土浇筑前后、预应力钢筋张拉前后均要做高程测量，并和计算模型的结果比较，修正控制模型，保证线形在可控范围内。在具体实施时高程控制点布置在离块件前端一定距离处（10～15cm），采用钢筋垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢并要求竖直，钢筋露出箱梁混凝土表面一定高度（2～5cm），测点磨平并用红油漆标记（图2）。

图2 挠度测点

1.3 温度测点 施工和使用期间温度的变化都将影响桥梁的线形，温度的影响包括年温差和温度梯度。年温差表现为桥梁的整体伸缩，会在结构中引起温度次内力，对结构的影响（挠度和应力）可以较准确的计算；日温变化比较复杂，温度场沿截面高度产生的温度差，使主梁产生挠曲，同时截面上下层纤维之间会有错动，产生温度自应力。在实际测试过程中，可选在晚上无日照的时间测得年温差，温度梯度的测试应沿着截面的横向和竖向布置（图3）传感器测得。根据实测数据，可以很方便的计算出温度对结构挠度和应力的影响，在施工监控时对立模标高做相应的调整。

2 预拱度计算

图3 箱梁温度测点布置示意

2.1 计算方法及荷载 桥梁施工控制的计算方法有正装分析、倒拆分析方法和无应力状态法，正装分析方法是按照桥梁实际的施工顺序安装单元计入相关荷载，直到桥梁合龙；倒拆分析是以成桥状态为起点，逐步卸载和拆除结构单元。由于收缩徐变的影响这两种算法的计算结果是不闭合的，所以在施工过程中通常采用正算和倒拆结合，倒拆过程中考虑收缩徐变的影响，此过程交互迭代知道计算闭合。

在仿真模拟过程中，要考虑施工过程中桥梁可能的各种荷载。如结构自重、桥面二期恒载、挂篮荷载、施工过程临时荷载、结构预应力、混凝土收缩徐变、结构临时支撑、结构体系转换等。另外，还应考虑季节温度、日照温差和结构各部位不均匀的温度场等的影响。

2.2 计算方法及荷载 在桥梁悬臂施工过程中，桥梁线形的控制主要通过立模标高来控制。随着施工的进行，每一个阶段的受力都不一样，结构的挠度在施工过程中也是不断变化的，故先期施工的节段要计入后期施工荷载的影响，先期施工的块件要设置足够的预拱度，保证桥梁的顺利合龙，施工监控时计算公式如下[5]：

式中 f合龙恒载预拱度计入了施工的累计位移，f附加预拱度按后文公式计算可得。

实际施工时的立模标高按公式（2）计算：

式中 f挂篮变形根据施工单位挂篮加载实测值采用，f施工调整根据已安装梁段的标高与理论标高的偏差做调整。

2.3 附加预拱度的确定 根据近几年来工程实践经验，连续刚构桥在使用期间因混凝土收缩、徐变的影响，跨中挠度增加约为L/500～L/1000（L：中孔跨径），边孔最大挠度一般发生在3/4L处，约为中孔最大挠度1/4。另外，连续刚构桥边中跨比例大都采用0.52～0.6，桥墩为柔性墩。由于墩、梁固结，节点处刚度极大，由变形协调可知，中孔跨中下挠大，会引起边跨上挠，可以缓解边跨的下挠。故边跨成桥预拱度一般设置较小，在3/4L处设置fc/4预拱度（fc：中孔跨中成桥预拱度）。

依据现有的理论计算的收缩徐变的引起的下挠和实际工程中的挠度不完全吻合，根据工程实际经验采取以下方法设置附加预拱度：跨中按L/1000+1/2d2（L为中跨跨径，d2为活载挠度），边跨预拱度按中跨最大挠度1/4计算，边跨最大挠度在3/4L处。在中孔跨中fc确定后，中孔其余各点按 y=fc/2（1-cos（2πx/L））进行分配。边孔 3/4L 处成桥预拱度取中孔跨中成桥预拱度fc的1/4，边孔其余各点按余弦曲线分配。由于余弦曲线在墩顶两曲线连接处切线斜率为零，满足平顺要求，若按照抛物线分配就不能满足墩顶平顺的要求；余弦曲线在L/4处预拱度为跨中预拱度1/2，与有限元计算也是吻合的[6]。

3 计算实例

3.1 工程概况 主桥采用48＋86＋48m变高度连续刚构，单箱单室直腹板横断面。箱梁顶板宽8.0m，两侧翼缘板悬臂长1.5m，悬臂板端部厚20cm，根部厚66cm；顶板厚0.25m，底板厚度由箱梁根部的0.7m变化至跨中0.3m。顺桥向梁高采用抛物线变化，根部梁高5.5m，跨中及边跨直线段梁高均为2.2m，变截面段梁底曲线为1.8次抛物线，合拢段及边跨膺架施工段均为直线段。箱梁采用直腹板，腹板宽0.4～0.6m，箱梁底宽5.0m。

主桥节段施工共分为0～10号节段、边跨支架现浇段及合龙段。0号节段长度为9.0m，1～3号节段长度为3.0m，4～6号节段长度为3.5m，7～10号节段长度为4.5m，合龙段长度2.0m，边跨支架现浇段长度4.0m,其余节段采用挂篮悬臂浇筑。

主梁采用三向预应力体系。纵向预应力钢束设置了腹板束、顶板束和底板束。腹板束、顶板束采用17Φs15.2钢绞线，底板束采用12Φs15.2钢绞线。1号墩高40m，2号墩高52m，均采用双薄壁墩；汽车40级，挂车220级，双向两车道。

3.2 计算结果 计算模型（图5）考虑了施工期间挂篮、收缩徐变、预应力张拉、温度变化等多种因素的作用，二期恒载以及使用期间汽车荷载作用。

图4 变形及预拱度（mm）

图5 计算模型

从图中可以看出，正算的成桥线形呈上拱，主要是因为结构纵向预应力强大所致；附加预拱度按照前文所述的方法算得，总预拱度与已建成的跨度类似的桥梁接近，和实际经验吻合。

4 常见问题及结论

通过对连续刚构桥在施工节段的计算分析，可以得出如下结论：①一般采用正算法就能满足监控需要，计算时应全面考虑结构承受的荷载。②附加预拱度的确定可根据文中的建议算法，此算法由工程经验归纳得来，具有一定的实用价值。③在施工期间，施工单位在主梁上堆放机具材料应对称，并靠近墩顶为宜，减少不平衡力矩。同时，在连续刚构监控计算分析中仍存在以下问题：①预应力钢筋张拉后，主梁变形并不会立即发生，预应力的克服摩擦传递需要时间，这和我们力学中的概念有所不同，故混凝土应力应变的测试宜在张拉后数小时进行。②日照温差不仅存在于顶板和底板直接，还存在于左右腹板直接，这种温差会使主梁在平面上偏离轴线，计算时应考虑。

[1]马宝林.高墩大跨连续刚构桥[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]李庆桐，周志祥，刘小渝.连续刚构桥后期挠度过大影响因素的偏差分析[J].重庆交通大学学报，2013，32（增刊 1）：818-822.

[3]谌润水.公路桥梁荷载试验[M].北京∶人民交通出版社,2003.

[4]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]宋士新.大跨度连续刚构桥梁施工控制关键问题分析与研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[6]齐东春，张永水，李强.大跨径连续刚构桥跨中下挠的成因及对策[J].重庆交通大学学报，2007，26（6）：46-49.