连续梁桥悬臂浇筑施工挠度控制分析

张洪达 孙金 冯小青

摘 要：结合援孟加拉国中孟友谊六桥现场施工监控，对预应力混凝土连续梁桥使用挂篮悬臂浇筑施工时挠度控制进行分析，阐述了悬浇施工控制原理、监测方法及影响挠度控制的因素。

关键词：桥梁工程；施工监控；悬臂浇筑；预拱度；立模标高

随着施工技术的进步和发展，施工机械化程度的提高，加上使用电子计算机辅助进行桥梁结构分析计算及施工控制，使得悬臂施工成为现代大跨度桥梁建造的主要施工方法。施工控制的主要任务是挠度控制，只有合理确定每一个施工阶段挠度，才能使桥梁在每一个跨径内顺利合拢，才能保证在结构运营一定时间后达到设计所期望的标高线形。

1 工程概况

援孟加拉国中孟友谊六桥是位于孟加拉国中部的一座特大桥梁，连接区域公路R812和支线公路R8121。主桥上部结构为跨径57m+5x100m+57m的预应力混凝土连续箱梁，单箱单室断面，箱梁顶板宽9.6米，底板宽5.0米。墩顶0号梁段长11m，六个“T构”悬臂梁段数及长度从根部至跨中各为6x3.5m、5x4.5m，中跨和边跨合拢段均为2m，两个边跨现浇段各长6m。

2 结构建模及计算分析

本桥采用“桥梁博士3.1” 综合桥梁结构计算分析软件依据收集的施工资料模拟整个施工过程和成桥使用状态，全面分析全桥整体受力状态和变形状态。全桥共离散分为181个单元，182个节点。施工计算工况共分117个阶段，0号块采用托架施工，边跨现浇段采用满堂支架施工，其余梁段采用挂篮对称悬臂浇筑施工，合拢方式为从两岸向河中心对称合拢。

影响箱梁各截面挠度的因素按结构形成的施工顺序可分为悬臂施工阶段、体系转换阶段和成桥后的运营阶段，整个施工全过程及运营阶段所有荷载引起的挠度必须体现在预拱度中。施工过程中影响预拱度的主要因素有：混凝土自重、施工临时荷载、挂篮变形、预应力施工、合拢顺序、体系转换及二期恒载、混凝土的收缩、徐变等。运营期间影响预拱度的主要因素有：汽车荷载、混凝土的后期收缩、徐变等。利用计算分析所得数据，获得使桥梁结构最终形成理想状态的各阶段的预拱度值[1]，从而得到各施工阶段的立模标高。即：Hl=Hs+Ya+Yb+Yc其中，Hl为立模标高； Hs为设计标高； Ya为施工阶段预拱度值； Yb为运营阶段预拱度值； Yc为挂篮变形值（依据挂篮加载试验提供）。

3 施工控制原理

虽然在施工计算分析中计算出各阶段预拱度值，但当按这些理论值进行施工时，桥梁的实际线形和受力状态却未必能达到预期的结果。这主要是由于计算时所采用的各种参数如结构截面尺寸、村料弹性模量、挂篮变形、预应力管道摩擦系数、温度、徐变等引起的。

施工控制的基本原理就是先对理想状态下的结构进行计算，给出结构初始施工节段的施工控制值以指导施工，然后对已完成节段进行测量，当得到的桥梁线形和受力状态与模型计算结果不相符时，进行误差分析并修正计算模型，重新计算各施工阶段的理想状态，经过几个工况的反复识别，计算模型就基本上与实际结构相一致，从而可以对施工状态进行更好的控制。

误差分析的方法主要有参数识别法、影响矩阵法、灰色预测法及卡尔曼滤波法等，由于本桥跨度不大，

在施工控制中采用参数识别法能够满足施工精度要求。

4 監测方法

4.1主梁标高测试

对于连续梁桥施工监控来说，测试主梁控制断面的标高及其变化规律是一项重要内容，标高测试可采用水准仪读数法。

4.1.1测点布置 根据连续梁桥悬浇施工的特点，每次浇筑一个节段梁，每个悬臂施工节段均为测试断面，考虑到箱梁可能发生扭转变形，每个断面布置梁面及底板各2个测点。

4.1.2测试手段 根据以往经验，100米跨径连续刚构桥悬臂端的挠度大约在几厘米至十几厘米范围内，采用普通水准仪测量能够达到精度要求。

4.1.3测试工况 每一节段施工，需测量下述三个工况： a. 挂篮移动到位后 b. 浇筑混凝土后 c. 预应力张拉后。 每次测量从悬臂端往墩中心方向的3个断面，如施工到第7节段梁时，须测量7、6、5号节段梁的标高。

4.1.4测量精度 要求测量精度3mm以内。

4.2 温度测试

桥梁结构处于一个变化的温度场中，理论上说由于温度变化，桥梁的截面应力和主梁标高每时每刻都在变化，这就给测量结果带来不确定的因素，要完全解决温度问题，有很大的难度。根据以往经验，通过对气温的测量，推算结构温度的影响，也收到了较好的效果。具体做法是在进行其它测试任务时，采用气温表测量箱内和箱外的温度，测量精度控制在0.5℃以内。

5 影响挠度控制的主要因素

5.1 结构分析模型误差

结构分析模型包括结构模型和工况模拟，尤其是悬臂施工期间的墩顶临时固结模型和合拢的仿真摸拟，将直接关系到结构体系转换后的线型状态，对结构最终的合拢和成桥状态线型起着关键的作用。因此，根据实际施工情况，选用准确、合适的墩顶临时固结模型和合拢工况模拟是非常重要的。

5.1.1 结构模型误差

临时固结模型误差引起的线型偏离是伴随结构体系转换而发生的，因而会形成无法修正的局面，连续梁桥的结构模型问题关键是悬臂施工期间墩顶临时固结的模拟问题。由于墩顶临时固结的方式很多，而不同的墩顶固结方式会产生不同的成桥线型。在结构分析时，每一种固结方式都需要简化成一种力学和位移条件与实际相适应的结构模型，如何选择适当的简化模型，避免工程控制中由于结构模型选择不当引起的计算状态和实际状态之间的误差，这是工程控制首先要解决的问题。援孟六桥充分考虑实际墩顶临时固结方式，把墩顶固结垫块和墩身两侧辅助固结柱按实际刚度和面积作为杆单元处理。

5.1.2 工况模拟误差

工况模拟误差导致成桥线型偏高理想状态的主要原因在于各计算工况中产生混凝土收缩、徐变等变形时的结构应力状态及时间与同期实桥的应力状态、施工周期存在着差异。只有在合拢完成后，误差全部发生时才被发觉，且已无法调整。结构分析中的工况模拟应尽可能接近实际施工步骤，方可减少由于工况模拟误差带来的施工期和成桥状态的线型与内力误差。连续梁桥合拢时，实际操作是分阶段、分步骤实现的。

援孟六桥通过对主墩的固结模型和合拢施工的工况模拟达到了模型仿真和施工仿真的目的，从而最大限度地减小了这一过程中产生的线型误差。

5.2 挂篮变形误差

挂篮体系的变形对于连续梁桥悬臂浇筑施工结构挠度的控制起着重要的作用，挂篮变形预测的误差将直接导致节段标高的绝对误差和相对误差。挂篮的变形由弹性变形和非弹性变形两部分组成，其中挂篮结构内部的非弹性变形可在挂篮组装完毕后通过外力加载法消除。在本桥的施工控制中，采用了公式来推算挂篮的实际变形，再参考挂篮组装后的荷载试验结果可总结出挂篮的弹性变形规律，进而可较准确地

预测持施工节段的挂篮弹性变形值。

另外，影响挠度控控制的因素还有温度、预应力荷载、节段混凝土重量、施工临时荷载、材料弹性模量、收缩徐变、标高测量误差等，在此不再赘述。

6 结语

收集施工组织设计资料正确建立理论计算模型，合理设置预拱度是悬浇施工挠度控制的基础。挂篮变形的稳定、平衡悬浇施工和等重合拢是现场挠度控制的关键。观测时间应统一在早上气温升高之前进行，避免在高温、强光、大风下观测，提高测量精度。

参 考 文 献

[1] 范立础，桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001：26-27

[2] 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社，2000：143-144