单索面超宽箱梁混凝土斜拉桥主梁施工阶段的挠度验算及控制

2018-11-09潘宣亦

城市道桥与防洪 2018年10期

潘宣亦

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市 200433）

1 概述

肇庆市阅江大桥工程起点位于肇庆市北岸端州区古塔路与星湖大道交叉路口，沿古塔路跨越西江，在南岸高要乌榕村与世纪大道（S272）衔接，主线全长3.837 km。其中主桥为160 m+320 m+160 m单索面超宽箱梁斜拉桥，分24节段进行挂篮悬臂浇筑施工，全部采用C60混凝土。

斜拉桥超静定次数高，施工阶段受力复杂，在施工中很小的误差也会对斜拉桥的整个结构、线形造成巨大影响。因此主梁应如何确定预拱度，并在施工中如何严格监测监控主梁线形及主塔变形，是该工程施工阶段的重中之重。因此需要利用MIDAS/Civil软件建模，对肇庆阅江大桥主桥悬臂浇筑进行模拟，对监控给出的施工节段主梁挠度进行验算，并确立主梁施工阶段挠度测量、控制方法，应用于实践，确保主桥建设顺利进行。

2 主梁挠度验算

2.1 工况划分

为了对监控给出的主梁挠度进行验算，利用MIDAS/Civil软件对主桥进行建模分析。单个梁体节段的施工步骤如图1所示，在建模过程中按照这个步骤定义施工阶段如下：

图1 主桥节段施工顺序

（1）激活主塔、主梁0#块，激活0#块预应力荷载。

（2）激活1#块挂篮荷载和索力初张分力荷载。

（3）激活1#块单元，设置龄期为5 d，同时激活斜拉索单元、索力二张分力荷载，3 d时激活1#块预应力荷载，4 d时激活索力初拉力荷载，钝化索力初张、二张分力荷载。

（4）钝化1#块挂篮荷载，激活2#块挂篮荷载，重复（2）、（3）步骤施工至 24#节段完成。

（5）钝化24#挂篮荷载，激活边跨合龙段25#块改装挂篮荷载，激活平衡用水箱荷载，3 d激活边跨合龙段单元，激活边跨边界条件，钝化水箱荷载、挂篮荷载，10 d激活边跨合龙预应力。

（6）激活中跨合龙挂篮荷载，激活中跨平衡用压重水箱荷载，3 d激活中跨合龙单元，激活边界条件，钝化挂篮、水箱荷载，10 d激活中跨合龙预应力。

2.2 建立主桥基本结构

首先建立主桥斜拉桥的基本结构。因主梁断面为单箱五室结构，整体形状较复杂，因此利用spc设计截面建立主梁截面，如图2所示。建立斜拉索单元时利用桁架单元，根据监控数据设置初拉力。最终建立出主桥梁体、主塔结构模型，如图3所示。

图2 主梁箱室截面

图3 主桥上部结构模型

2.3 模拟施工阶段挂篮荷载及混凝土浇筑

为模拟挂篮对梁体受力的影响，将挂篮对梁体的作用力分解为作用在已浇梁段节点的节点力和力矩，如图4所示。考虑混凝土现浇施工时，因在浇筑50%混凝土时要对斜拉索进行二次张拉，故要设置混凝土湿重和斜拉索拉力，利用与挂篮作用力相同的方法，将其分解为节点力和力矩。再定义施工阶段，按时间顺序激活挂篮荷载、混凝土荷载和临时索力荷载。

图4 将挂篮作用力分解为节点力与力矩

但经过多次模型验算与调整，发现考虑施工过程混凝土湿重时全桥的下挠比理论值小。就这个问题对模型进行分析模拟，得到结论：由于浇筑出新的节段时，现浇梁段单元尚未激活，湿重荷载作用在已浇梁段上，这时梁体会有一个向下的位移。但由于新的节点尚未激活，此位移值没有被计入累计位移中，致使最后预拱度值偏小。省略了浇筑节段湿重荷载后，模型梁端的挠度位移值趋于正常。因此一共建立了两个模型，模型1为省略了浇筑节段湿重荷载版本，用于验算主梁整体挠度位移；模型2添加了施工阶段浇筑节段，利用混凝土浇筑50%、100%时的湿重荷载，验算浇筑过程对已浇梁段挠度的影响。

2.4 模拟施工节段预应力及索力施加

定义施工阶段浇筑完成混凝土后，钝化节段湿重，激活梁体单元，设置子步骤7 d龄期张拉梁体预应力。预应力张拉完成后钝化临时索力，激活斜拉索初张力，完成该施工阶段。

2.5 结果比对

通过模型运行，得出施工阶段主梁挠度数据，与监控给出的数据进行对比，发现中跨整体挠度偏小约5%，其他数值基本吻合，误差在施工程序的可控范围内。因此认为数据验算通过。

3 现场施工过程中的主梁监控监测

取得数据结果固然重要，把数据结果运用到现场实际，指导现场施工更是重中之重。在现场施工中，主要对主梁的施工线形、主塔变形及斜拉索拉力进行全程监控。

3.1 主梁施工线形监控

计算得出的一切数据最终都是为了控制主梁施工线形服务的。在主梁线形监控中对以下几个施工节点进行标高放样，以便控制主梁标高并监控挠度变化（见图5）。

图5 主梁节段标高观测点布置

（1）挂篮前移就位后，测量挂篮底模标高，控制底模标高误差在0.5 cm范围内。

（2）钢筋绑扎完成后，测量底模标高记录沉降值，并在顶模设置永久沉降观测点记录标高，斜拉索一张20%后观测沉降点变化。

（3）混凝土浇筑完成后，对该节段及前五个节段的沉降点进行观测，计算沉降值，与理论数据参照对比。

（4）主梁预应力张拉完毕及斜拉索三张100%两个节点，分别对该节段及前五个节段的沉降点进行观测。

3.2 主塔变形监控

在对主梁线形观测的同时，也时刻关注主塔的变形情况，防止施工阶段的各种不良因素对主塔的受力产生影响。在塔顶安装观测棱镜，并在主塔GT4节段横桥向两侧安装观测贴片，在每个节段施工过程中，观测塔顶的坐标变化及是否有纵桥向偏移。

3.3 斜拉索拉力监控

斜拉索拉力大小直接影响梁段标高，在施工阶段张拉索力要严格按照监控数据控制，并对已浇梁段的索力进行测量，对照监控数据参考，观测索力变化量是否正常。

在实际操作中，在斜拉索初张力为20%，容许误差为-40～80 kN；二张力为60%，容许误差为-40～80 kN；三张力为100%，容许误差为-20～40 kN。每根斜拉索多次测量取平均值，保证索力准确。张拉时要进行索力测力器与千斤顶油压表双控，两个数据相互对照，避免操作失误或仪器故障造成的索力不准确。

在斜拉索索力张拉完毕后，对前四个节段的斜拉索索力依次测量，记录数值留档，以便与监控数据进行比较，及时发现索力的异常变化。