浅谈市政桥梁悬臂施工监控结构计算分析

2015-10-21王晓强宋海山

建筑工程技术与设计 2015年30期

王晓强　宋海山

【摘要】为了确保大跨径预应力混凝土连续梁桥在施工过程中结构内力和变形始终处于安全范围内，在桥梁施工过程中必须进行严格的施工监测和控制。通过对连续梁桥施工监控全过程的跟踪分析，重点研究桥梁结构计算的相关问题，提出一些有益的建议，供同行参考

【关键词】市政桥梁悬臂施工结构计算

1. 引言

桥梁施工监控的基本原理是通过施工过程的反馈测量数据不断的更正用于施工监控的跟踪分析程序的相关的参数，使得计算分析程序适应实际施工的过程，以计算分析程序指导以后的施工过程。因此，施工过程的模拟分析和数据采集则是我们监控的主要依据，本文对桥梁悬臂施工结构计算进行研究分析，为相关桥梁施工监控提供借鉴的经验。

2. 施工控制结构分析

2.1施工全过程仿真分析

桥梁的施工过程仿真分析是结构施工监控的主要工作之一，该项工作根据既定的施工方案与成桥运营情况来完成各施工状态及成桥后的内力与位移计算，进而确定出结构各施工阶段的内力与位移理论值。仿真分析方法包括：前进分析与倒退分析两种方法。本方案采用前进分析计算，主要包括以下内容：

2.1.1 确定结构初始状态：包括：中跨、边跨（次边跨）的大小、桥面线形、桥墩高度、横截面信息、材料信息、约束信息、预应力信息、混凝土收缩徐变信息、施工临时荷载信息、二期恒载信息等。

2.1.2 0号块浇筑完成：计算已浇注部分载自重和外荷载作用下的变形和内力。

2.1.3 在每一个桥墩上对称地依次悬臂浇筑各个节段，直到悬臂浇筑完成，挂篮拆除。计算每一次悬臂浇筑时结构的变形和内力，每一阶段计算均照上一阶段结束时结构变形后的几何形状为基础。

2.1.4 进行（次）边跨合龙、中跨合龙，计算这几个主要阶段结构的内力和变形及稳定性。

2.1.5 桥面铺装：计算二期恒载下结构的内力和变形。

2.2稳定性分析

对悬臂施工的高墩大跨连续梁桥来说，施工期间结构的稳定性较差，并且随着墩高的增加，问题更加突出。因此，为保证施工期间的安全，应对各种施工状态下结构的稳定性进行分析。分析的内容包括：

2.2.1 桥墩自体稳定性分析

可考虑按仅有自重荷载及自重与风荷载共同作用下的稳定性。

2.2.2 最大悬臂状态稳定性分析

最大悬臂状态时结构稳定性最差的节段，应考虑自重荷载、梁段不平衡荷载、不平衡挂篮荷载及横风作用下的稳定性，确定出各种工况下的临界值。

（1）对结构设计主要计算数据进行复核；

（2）复核结构初始状态的设计值；

（3）确定各施工理想状态的内力与位移；

（4）通过比较确定出结构最大内力与位移的相应状态；

（5）能给出各施工阶段桥梁的稳定安全系数，对其稳定性进行分析；

（6）给出有关的施工建议。

3. 施工控制误差分析

通过结构的倒装计算分析可以确定桥梁结构各施工阶段中间理想状态，但施工中结构的实际状态与这种理想状态与并不总是吻合，甚至很难达到，即桥梁结构的实际状态与理想状态总存在一定的误差。施工中结构偏离目标的原因涉及的范围很广，包括设计参数误差（如材料特性、截面特性、容重等）、施工误差（如制作误差、架设误差、预应力张力误差等）、测量误差、结构分析模型误差等等。

一般施工控制误差指结构的实测值与实时修正后理论分析计算值之间的偏差。对误差进行分析先建立容许误差标准，构件误差、材料特性误差可按一般施工、设计规范规定选取，对一些特殊控制项目的容许误差还没标准可查，需根据实际情况进行研究和优化，其原则时即要确保施工准确度，又要给予施工一定的宽容度，方便施工。

本项目误差分析包括以下几个方面：

1）梁段自重误差对结构的影响

2）梁段刚度（截面尺寸）误差对结构的影响

3）混凝土收缩徐变对结构的影响

4）施工荷载误差对结构的影响

5）温度的影响

6）预应力误差对结构的影响

在桥梁施工控制中，对于设计参数误差的调整就是通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态和理想状态的偏差，用误差理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数误差，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差，使结构的成桥状态与设计相一致。

4. 設计参数识别及模型修正

4.1 设计参数的识别

结构设计参数的变化能导致桥梁结构内力的变化和形状的改变，因此在大跨度桥梁的施工控制中，必须对设计参数进行识别和修正。不同的设计参数对结构状态的影响程度是不同的。总的来说，对连续刚构桥主要包括以下参数：

（1）结构几何形态参数：主要是桥梁结构的跨径、高跨比、线型、墩高等，它们表征了结构的形状和结构最初的状态。

（2）截面特征参数：墩截面和抗推刚度；主梁截面抗弯惯性矩和截面面积等。在桥梁结构的施工控制中，这些参数对结构的内力变化和结构变形有较大的影响。

（3）与时间有关的参数：温度、混凝土龄期、收缩徐变是随着时间而变化的参数。

（4）荷载参数：主要是结构构件自重、施工临时荷载和预加力，对高墩桥梁来说应增加对风荷载的识别监测。

（5）材料参数：在桥梁的施工控制中要对其进行识别，比如混凝土的强度、不同阶段的弹模等。

4.2 对未来梁段设计参数预测

分析计算人员根据已施工梁段设计参数误差量，适当调整优化桥梁的计算模型，采用合适的预测方法（比如Karman滤波法，最小二乘法），结合实际对设计参数进行合理的预测，并与设计、监理共同讨论确定。

4.3 优化调整

施工控制主要以控制主梁标高、线形为主，优化调整以主梁标高和线性两个因素建立控制目标函数和约束条件。通过设计参数误差对桥梁变形和受力的影响分析，应用优化方法（最小二乘法、线性规划法等），调整本梁段与未来梁段的立模标高及预应力值，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并保证施工过程中结构受力安全及稳定。

5. 预告主梁下阶段立模标高

在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（挠度）。立模标高计算公式如下：

式中：Hlmi —i节段立模标高（节段上某确定位置）；

Hsji —i阶段设计标高；

Hypgi—i阶段预抛高值，它是各梁段自重在i阶段产生的挠度总和、张拉各节段预应力在i阶段产生挠度总和、混凝土收缩徐变在i节段引起的挠度、施工临时荷载在i节段引起的挠度、使用荷载在i节段引起的挠度这五项的总和，它在前进和倒退分析计算中由程序自动考虑；

fgl —挂篮变形值，根据挂篮加载试验，综合各项测试结果，最后绘制出挂篮荷载—挠度曲线内插而得。

预计标高的计算公式为：

式中：Hyji —i阶段预计标高；

fi —块件浇筑完后，i节段的下挠值。

6. 结语

综上所述，通过某市政桥梁的施工过程监控，运用合理的结构计算理论，及时采集相关施工信息数据，对施工过程进行全过程动态管理，使桥梁顺利合龙，达到预期的设计线形。

参考文献：