大跨径预应力混凝土连续梁施工监控分析

王宗华

(合肥东部新城建设投资有限公司，安徽 肥东 231600)

大跨径预应力混凝土连续梁施工监控分析

王宗华

(合肥东部新城建设投资有限公司，安徽 肥东 231600)

大跨径预应力混凝土连续梁挂篮悬臂浇筑施工过程中施工控制是一个复杂的动态系统工程，是实现大桥成桥线形、应力满足要求的重要手段，结合工程实例，介绍了连续梁挂篮悬臂浇筑施工时线形及应力监控的内容，并利用数值模拟的方法，对连续梁各个施工阶段进行了有限元仿真分析,并与实测数据进行了对比，结果显示监控结果满足规范要求。

连续梁;施工监控;有限元仿真分析

0 引 言

预应力混凝土变截面连续梁桥在施工的不同阶段，由于混凝土的收缩徐变、温度效应、预应力损失等原因，在悬臂浇筑过程中，主梁结构会产生各种变形，因此在施工过程中，必须对桥梁结构的变形、应力进行监控[1-4]。

线形监控是连续梁悬臂施工的主要监控内容，要对每一个节段箱梁的竖向挠度、横向偏移进行严格控制，并与理论计算进行对比分析。

应力控制也是连续梁施工监控的重要内容，对连续梁关键截面进行应力监测，并且和理论计算结果进行对比分析，从而反映主梁在各个施工阶段的受力状态[5-10]。

1 工程概况

某大桥跨径布置为48 m+85 m+51 m，主桥全长184 m，共分两幅，为不对称的三跨预应力混凝土变截面现浇箱梁，上部结构主梁采用单箱双室变截面预应力混凝土箱梁，外腹板采用直腹板形式，箱梁顶板宽度为20.24 m，箱梁底板宽度为12.24 m。主梁采用C50混凝土，主墩墩顶根部等高段梁高5.1 m，跨中合龙段梁高2.5 m；顶板厚28 cm，底板厚70～30 cm箱梁梁高和底板厚度均采用二次抛物线变化；箱梁腹板厚度均为50～70 cm，下部采用承台及群桩基础。

桥梁立面布置见图1所示。

图1 连续梁立面布置示意图

2 有限元仿真分析

根据该桥施工图设计文件，并结合施工单位提出的施工方案，采用MIDAS程序软件进行有限元仿真分析计算，并利用桥梁博士对结果进行校核，提高仿真分析的可信度。

全桥总体结构建立能反映施工荷载的有限元模型，对本桥进行了正装分析，得到各阶段主梁变形状态。计算模型中根据悬臂施工梁段的划分、支点、跨中、截面变化点等控制截面将全桥箱梁段划分为84个单元。全桥Midas计算模型如图2所示。

图2 全桥Midas计算模型图

3 施工监控

3.1 线形监控

3.1.1 监控目标

本桥线形监控的最终目标是：成桥后的线形与设计线形各点的误差均控制在2 cm范围之内。

(1) 挂篮定位标高与预报标高之差控制在5 mm以内。

(2) 预应力束张拉完后，如梁端测点标高与控制小组预报标高之差超过±20 mm，需经控制小组研究分析误差原因，确定下一步的调整措施。

(3) 如有其他异常情况发生影响到梁体标高，其调整方案也应经控制小组分析研究，提出控制意见。

3.1.2 线形监控结果

(1) 合龙段精度：左右幅合龙精度，如表1、表2所列。

表1 左幅合龙精度表

表2 右幅合龙精度表

由以上数据可见，左右幅跨中合龙段合龙时的误差均在10 mm 以内，满足合龙误差的控制要求。

(2) 成桥线形：左右幅成桥后线形误差，如图3、图4所示。

图3 左幅成桥后线形误差

图4 右幅成桥后线形误差

从各墩的梁体控制截面的标高实测值来看，各梁段实际线形与理论线形吻合度较高，误差均在2 cm以内，满足线型监控要求。

3.2 应力监控

3.2.1 控制截面

根据该桥结构特点，单幅共设置9个应力测试截面(4个根部截面、4个L/4截面、1个跨中截面)，测试截面位置布置如图5所示：

图5 应力测试截面位置图

3.2.2 测点布置

每个测试截面各布置6个测点，顶板三个测点：T1、T3埋设在腹板与顶板交界处，T2埋设于顶板中点处，应变计应布置在顶板顶部主筋下方；底板三个测点：B1、B3埋设于腹板与底板交界处，B2埋设于底板中点处，应变计应布置在底板顶层主筋下方。各截面各布置6个测点均为顺桥向布置。主梁应力测点布置见图6所示。

图6 主梁应力测点布置

3.2.3 测试内容

梁体应力监测针对施工的每个阶段进行，在每个施工阶段都进行4次应力测量，各阶段根据施工进度进行测试，应力监测工况为：

(1) 混凝土浇筑前；

(2) 混凝土浇筑后；

(3) 预应力张拉前；

(4) 预应力张拉后。

在每个阶段测试完毕后对测试结果进行分析、比较，若存在异常则分析其原因。

3.2.4 应力监控结果

典型控制截面悬臂施工各阶段截面应力，如图7、图8所示。

该桥各施工阶段控制截面的应力实测值与理论值发展变化规律保持一致，实测值与理论值的差值较小，表明该桥的施工质量满足规范要求，较好地达到了监控目的。

图7 典型根部控制截面悬臂施工各阶段根部截面应力

图8 典型1/4控制截面悬臂施工各阶段根部截面应力

4 结 论

(1) 该桥按照预计的目标合龙，所有块段底板标高与设计线型的误差均在20 mm以内，合龙段误差均在10 mm以内，较好地完成了线形控制任务；控制截面的应力实测值与理论值变化规律保持一致，实测值与理论值的差值较小，结构受力合理。

(2) 大跨径连续梁的施工控制应从线形控制、结构应力控制、结构稳定性控制等方面入手，其中以线形控制为主。

(3) 施工监控应建立一个完整的施工监控系统，对施工过程中桥梁的实际状态进行跟踪监测。

(4) 进行有限元仿真分析时，建议采用多种预测模型进行有机合成，就能有效地利用多种有用信息，更加全面地反映系统的变化规律，减少随机性，提高预测精度。

[1] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社,2001.

[2] 顾安邦，张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京：机械工业出版社,2005.

[3] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社,2001.

[4] 阮 欣，石雪飞.大跨径预应力混凝土梁桥施工控制的现状与展望[J].公路交通科技,2004(11):39～42.

[5] 王书涛.大跨径连续梁桥施工监控技术研究[J].公路,2013(8):99～101.

[6] 单德山，李 乔，卜一之，等.数据库技术在大跨度桥梁施工控制中的应用[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2003(3):10～13.

[7] 张青华，曹 准.大跨度预应力连续梁施工监控技术研究[J]. 建筑施工,2015(4):508～510.

[8] 向木生，陆 伟，朱红明，等.大跨径PC连续梁桥悬臂施工中的工艺控制[J].公路交通科技,2004(1):71～73.

[9] 高雪峰.预应力连续梁桥悬臂浇注施工监控[J].公路交通科技(应用技术版),2012(6):294～296.

[10] 陈明山.大跨度连续梁桥悬臂施工线形控制实施方案[J]工程与建设,2011，25(4):540～542.

2016-12-01

王宗华(1964-)，男，安徽肥东人，合肥东部新城建设投资有限公司工程师．

U445.4

A

1673-5781(2016)06-0836-03