连续刚构桥施工监控截面应力分析

2015-08-28李鹏飞练俊江

河南科技 2015年3期

李鹏飞练俊江

（重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074）

1 引言

理论研究是解决病害的一个方面，更为重要的是病害的提前预防，即合理的施工方法和严密的施工过程控制。大桥理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法[1-2]。如何通过对施工过程的控制，最终得到预期的内力状态和几何线形，是桥梁施工中的关键问题。对大桥进行施工监控就是通过在施工过程中对结构进行实时监控，根据监控结果，评估各主要施工阶段主要构件的变形及应力变化状态是否符合设计要求，判断施工过程是否安全，结构是否正常工作。当出现较大误差时，应对结构进行误差调整，并对设计的施工过程进行重新安排，从而保证大桥建成时最大程度地接近理想设计预期状态，同时确保施工期间的结构安全、施工质量和施工工期[3-4]。

2 依托工程及有限元模型

本文以沿海地区某跨海桥为工程背景，为95+170+95m三跨预应力混凝土连续刚构，采用全预应力结构，主桥箱梁采用单箱单室断面，顶板宽11.8m，底板宽6.0m，箱梁顶面设置双向2%横坡。箱梁支点梁高10.5m，跨中梁高4.0m，梁底曲线为1.6次抛物线。主桥两侧各悬臂2.9m，悬臂端部厚度20cm，悬臂根部65cm。箱梁顶板全宽等厚，为30cm，底板厚30cm-130cm，腹板采用直腹板，腹板厚度50cm-70cm。与双薄壁墩相对应，箱梁中支点设置两道横隔梁，厚度均为1.75m，箱梁边支点横隔梁厚度为1.5m。主梁采用C55海工耐久混凝土。

大桥施工控制过程中，箱梁承受的外力主要有结构自重、预应力作用悬臂施工挂篮以及施工临时荷载等，相对主梁轴线为基本对称荷载，偏心作用较小或根本没有。采用有限元软件MIDASCIVIL的普通梁单元计算的精度满足设计计算要求[5-6]。

3 分析方法

3.1先将结构按照实际工况离散成单元，桥墩结构采用相同方式处理。

3.2按照实际施工顺序，包括梁段安装、预应力张拉、挂篮前移、合龙配重等安排若干个施工阶段，根据各施工阶段主梁的受力状况进行仿真计算。计算过程中应同时考虑温度场的效应。

3.3将结构按照“倒拆”的方法再进行一遍计算，同“正装”计算结果比较后，得出箱梁各梁段理论施工控制值。

3.4在整个施工控制过程中，对影响结构变位的变化因素进行跟踪计算，以确保施工控制计算结果的可靠性。

在该桥施工全过程中，对全桥结构进行现场测试跟踪，将测量结果与计算结构进行分析对比。出现误差时，根据结构线形，材料弹性模量，温度场等的现场测量结果，分析误差出现的原因，确定调整误差的措施，调整以后的施工要求[7-8]。

4 监控结果及分析

箱梁监控截面取主墩支点截面、主跨跨中、L/4截面及边跨跨中，共9个应力测试断面，每个控制截面上顶板、底板各布置2个应力测点，每个应力测试断面布置4个应力测点。

混凝土龄期达到28天后，强度不再有较大变化，在龄期28天之前，MIDAS模型计算出的应力与实际测出的应力不具有可比性，本文由于篇幅有限只截取部分数据，其余数据不在此列出（理论值由有限元模型计算得出）。

表1 43号墩主墩支点截面实测值与理论计算值

图1 43号墩主墩支点截面顶板实测值与理论计算值对比图

由图1可以看出，截面顶板左右侧实测应力值与理论值相差不大，说明施工过程中对顶板的控制很到位。然而图2中底板左侧应力明显大于右侧和理论值，而右侧应力值正常，可能是因为混凝土收缩徐变、温度变化、预应力张拉、剪力滞效应或者是桥面不平衡堆载等。

由以上图表可以看出，由于混凝土材料的非均匀性，以及受设计参数限制，如材料特性、受力截面特性等参数的影响，结构的实际应力与设计应力很难完全吻合，即计算应力不能反映结构的实测应力状态。因此我们在实际测试中，通过误差分析与处理，使测试应力尽可能地接近实际，从而较准确地掌握结构的真实应力状态。该桥实测值与理论值相比虽然有一些离散性，但应力变化规律一致，而且测量数据均在受控范围内，满足规范要求。

5 结语

本文以某跨海大桥的施工监控为背景，通过建立MIDAS有限元模型，计算提供施工预拱度，为实时监控截面施工过程中的应力变化给出理论应力值。从监控的结果可以看出，截面顶板应力控制得很好，而底板应力可能会受到预应力损失、剪力滞、桥面不均匀堆载、截面预应力不均匀、混凝土收缩徐变、温度等因素的影响产生左右不对称的偏差，所以在施工过程中要加强控制，避免桥梁因为截面上的不均匀应力而产生安全隐患。