预应力连续梁桥悬臂浇筑施工关键问题及位移与应力的施工模拟分析

谢立强

(湖南路桥建设集团公司)

1 工程概况

X 河桥为国内典型的变截面预应力混凝土连续梁桥，桥梁跨度(48 +80 +48)m，主梁为直腹板箱梁与单箱单室。桥梁、边跨直线段、端支座处、跨中截面中心处与中支点截面中心处的控制截面梁高分别为3.835 m、3.835 m、3.835 m、6.435 m，同时梁高的变化曲线为二次曲线;防护墙内侧宽、桥面顶宽、箱梁底宽的宽度分别为9.0 m、12.2 m、6.00 m。单箱单室所采用的为圆弧腹板箱梁，未计梁顶横向坡度的顶板厚40 cm，合拢段腹板与0#、1#的厚度分别为45 cm、130 cm、80 cm;五道横隔梁均设置在桥梁的中跨截面处、端支点、支座，为方便检测人员正常检测，在每个隔板处都有相应的孔洞。

2 桥梁施工控制的影响因素

(1)主梁的截面尺寸:在施工的过程中，实际的截面尺寸与设计的尺寸总会存在差别，由于模板的搭建等因素所造成的偏差，从而造成理论设计与实际施工存在部分偏差，通过对一些工程经验进行总结分析，能够将计算出这种误差的允许范围，这样便能够将让尺寸控制在合理的范围内。

(2)材料的容重:材料的容重能够直接影响结构的变形，容重的影响因素有几个，实际施工中的钢筋配筋、混凝土在拌制过程中的骨料成分都会对容重产生影响。在正常的设计中，一般取大于规范规定容重取值的1～2 个值。需要在施工过程中进行适时检测

(3)材料的弹性模量:在结构受力变种中，弹性模量能够起到较大的影响。在设计时，弹性模量值都是按一个固定的值进行的，但是在施实际施工中，由于外界的影响因素弹性模量的值并非为固定的。因而弹性模量也必然存在误差，对于弹性模量在实际与设计中的误差必须关注。这便要求在施工的过程中，为能够通过调整施工配料来让这个误差在允许范围内，要进行及时的抽样检测。

(4)材料热膨胀系数:在钢结构的影响因素中，材料热膨胀系数是有着较大影响。材料热膨胀系数主要是在钢结构的施工中所考虑的。

(5)施工荷载:在设计的过程中，施工荷载是按照规范取值的，但是在实际施工中，施工的荷载并非设计中的集中荷载或均匀荷载，从而造成施工荷载的误差，这是不能改变的，只能够尽可能减少误差。

(6)预加应力:在设计过程中，预应力是定值，这个定值是通过综合考虑弹性模量、管道摩阻、预应力设备、钢束截面尺寸等因素得出的。

3 悬臂浇筑施工监控的关键问题分析

施工监控的重难点如下。

(1)结构跨度大

长度达到64～100 m 主跨是属于大跨度连续梁结构，在施工中各种参数的偏差，如材料的弹性模量偏差、混凝土收缩徐变系数偏差、自重偏差、施工荷载偏差，还有那些与测量等方面的误差，尤其是像主梁的标高误差、轴线误差这些具有累积特性的偏差，这些都能够较大地影响到施工监控的准确分析与预测。

(2)温度荷载的影响

在桥梁结构的内力和变形中，温差对其影响是很大的，温度效应对结构产生的温度次应力能够很容易使得混凝土产生开裂。由于本桥箱梁两侧翼板较短，同时宽度较窄，在日照下能够产生横向的温度梯度，因而必须加大对箱梁温度场的监测力度，以避免在监控过程中所受到的温度影响。

(3)挂篮荷载的影响

挂篮是本桥在悬臂浇筑施工过程中的一种重要施工装置，其变形分为弹性变形与非弹性变形，两种变形能够都对主梁的整体线形产生较大的影响。为保证挂篮在施工过程中的稳定性，需用预压的方法来消除扣件松动能引起的误差，测量挂篮在各悬臂浇筑阶段中的变形值，以保证主梁的内力与线形趋于合理，保证施工的安全进行。

(4)预应力的影响

在施工过程中，预应力荷载是属于重要的荷载，它能够较大程度影响到结构内力与变形，因而在悬臂施工连续梁施工过程与成桥阶段中，预应力参数的设置会影响到其线形和内力。由于一些因素(如管道摩阻)会造成预应力的损失，因而在施工监控中，需进行合理的参数设置。

(5)混凝土的收缩徐变

混凝土材料的收缩徐变是结构内力、变形的一个较大的影响因素，它会引起预应力的损失。在施工过程中，由于施工进度的原因，混凝土加载龄期短是非常常见的情况，因而在进行施工监理研究中，应采取合理的计算模型与徐变参数。

在施工监控针对以上的重难点采取了自适应控制，这样能够使得在各施工阶段中，内力和线形都能够确保处于预测与控制之中，从而使本桥能够达到设计要求。

4 位移施工模拟

4.1 最大悬臂端的累计位移

(1)初始挠度是节段浇筑完毕后的挠度。

(2)在达到预定施工阶段前，该节段的累计挠度是受到之后的各个节段作用而产生的挠度之和。

(3)阶段挠度是各个施工阶段荷载产生的挠度，如挂篮前移、悬臂浇筑、预应力张拉所产生的挠度。

(4)全桥成桥后累计挠度是在成桥之后累计相互作用所产生的挠度，累计挠度可用于施工阶段预拱度设置。

最大悬臂阶段端部相对竖向高差大小能够在在大桥合拢段施工前对合拢质量与成桥线形产生直接的影响，因而必须对于最大悬臂T 构两端的位移进行控制。在进行到张拉10#梁段预应力束后，即第42 施工阶段时，T 构各节点累计位移如图1 所示。其中数值为正，挠度方向为向下，数值为负则相反。

图1 最大悬臂阶段T 构各节点位移图

从图1 中可以看出，主要是在靠近跨中合拢段的几个节点发生了最大的位移，10#梁段节点7 和33 处的挠度最大，相对于设计标高，其高出6.27 mm，在7#梁段两端节点10、30 及0#梁段节点18、22 向下挠，使设计高程高于其高程，其余的节点挠度都不大。在预应力束张拉后，其能够对T 构两端悬臂挠度产生很大的影响，同时会在悬臂长度的增长时而变大。

4.2 合拢前、后主梁挠度变化

在边跨合拢及中跨合拢施工过程中，结构体系发生转化，对桥梁内力和线形影响较大，尤其是内力变化显著。分析结果可知，边跨合拢后，桥梁结构由静定结构变成超静定结构，边跨位移变化很大。在临时支架及临时墩拆掉后，跨中合拢度挠度增加约20 mm。中跨预应力张拉后跨中产生向上挠度约30 mm，而边跨方向节点的挠度减小。因此在监控过程中，应密切关注合拢前、后主梁线形变化，使大桥顺利合拢，保证线形良好。

5 应力施工模拟

如果截面应力超过规范所允许的范围，会产生很大影响，一方面，会造成混凝土的开裂，从而降低梁体的强度和耐久性;另一方面，由于应力控制不当，桥梁引发坍塌事故。在桥梁施工过程中，在最大悬臂施工时(10#梁段施工时)，箱梁的顶板上缘及底板下缘将要承受最大的拉应力及压应力。133#墩最大悬臂阶段T 构各截面顶板上缘、底板下缘应力状态如图2、图3 所示，其中受拉为正，受压为负。箱梁截面应力在预应力张拉前后变化比较大。尤其是施工阶段最多、应力变化非常复杂的0#块梁端部(控制截面)。

图2 最大悬臂阶段T 构各截面顶板上缘应力

图3 最大悬臂阶段T 构各截面底板下缘应力

最大悬臂阶段T 构根部截面下缘最大压应力与箱梁顶板上缘板压应力分别为5.16 MPa、5.39 MPa。除了在0#及1#梁段处个别截面所出现微小拉应力外，全桥都受到了压应力的作用。而C50混凝土设计抗压强度与设计抗拉强度分别为23.1 MPa 与1.89 MPa，因此符合规范要求。

在同一个截面，顶、底板应力值在预应力作用下其变化趋势相反。在每一节段施张拉前后，让所测截面(0#边跨侧截面)顶板上缘压应力均有上升的趋势;使其底板下缘压应力均减小。但是在预应力作用下，截面上、下缘压应力都会随着施工阶段前进而有所增大，T 构也会随着增长;而混凝土浇筑与挂篮前移对截面应力值影响，其影响程度相对较小。

［1］范立础.桥梁工程:土木工程专业用［M］.人民交通出版社，2001.

［2］葛耀君.分段施工桥梁分析与控制［M］.人民交通出版社，2003.

［3］邱式中.桥梁施工控制技术［J］.预应力技术，2008，(5):33－40.