分析大悬臂预应力盖梁阶段受力分析及施工控制技术

冯世坤

摘要：在我国进入新世纪以来，我国的城市建设在不断的完善，交通量的急剧增加，我们需要更多更宽的道路来满足市民的出行需求。然而道路的拓宽受到了路边建筑物的限制，只有通过发展高架桥才能解决这一空间矛盾。在高架桥的建设过程中桥面的宽度越来越宽，在既保证桥上有足够的行车宽度，又要确保桥下有较大的空间和较好的视线胡前提下，大悬臂盖梁的概念应运而生。

关键词：预应力混凝土;大悬臂盖梁;光纤光栅;施工控制

引言

随着中国城市建设的不断发展和城市交通量的急剧增大，交通拥挤现象越来越严重，而现有的城市街道再拓宽无论从经济还是现实都有很大的困难，这时城市高架桥、立交桥和地下交通成为解决现代交通问题的有效途径。论文中所设计的高架桥采用Y型桥墩，不仅造型美观，还与周围环境相辅相成。但是高架桥的发展速度显然滞后于城市交通量的增长速度，现有的城市高架桥出现拥堵的情况越来越多，这就要求我们在进行城市中高架桥修建的时候要尽可能的采用新的方法加大桥面宽度，此刻大悬臂预应力混凝土盖梁开始逐渐走进人们的视野。

1论文研究的目的和意义

该高架桥采用的大悬臂盖梁结构在同类结构中悬臂尺寸最大，这方面工程经验较少。通过本课题的研究拟达到以下目的：（1）形成一套完整的预应力混凝土盖梁的理论分析、施工工艺方法和施工控制成套技术。相应的计算分析理论应达到能够准确分析各施工阶段既有结构受力状态的目的和要求。对大悬臂盖梁结构的进行分析提出指导性意见和建议，为后续同类型项目的实施提供借鉴和参考。（2）对背景项目桥梁各种类型大悬臂预应力混凝土盖梁进行精细化分析，研究在典型盖梁关键位置布置传感器对盖梁施工阶段的应力和位移进行测量的实时监测方法。己实现对大悬臂盖梁施工过程中的安全控制与管理，为桥梁运营过程中的安全评估创造条件。（3）分享项目研究成果，为同类型项目实施提供指导意见。

2承载能力极限状态的计算

2.1深梁的正截面抗弯承载力计算

《公路桥规》并未直接给出深梁的正截面抗弯承载力的计算式，在一些文献中指出，短梁的承载力计算式也同样适用于深梁的计算。即

由公式可以看出，影响深梁正截面抗弯承载力的因素有混凝土强度等级、纵向受拉钢筋和水平分布钢筋的强度和数量、跨高比等。且混凝土强度越高、跨高比越大，深梁承载能力越高。

2.2深梁的斜截面抗剪承载力计算

为了与一般受弯构件的受剪截面条件相连接，《公路桥规》依据深梁的试验结果即并参照《混凝土设计规范》的规定，要钢筋混凝土深梁的抗剪截面应符合下式要求

在进行斜截面抗剪承载力计算时，有关文献指出混凝土的抗剪强度其主要作用，其次是纵向受力钢筋，竖向受力普通钢筋几乎不起作用，可忽略不计。《公路桥规》中对深受弯构件抗剪承载力计算为，

3大悬臂盖梁施工控制技术

3.1施工控制的方法研究

施工控制工作在盖梁精细化分析模型确立的基础上，结合前期收集的有关资料及国内以往类似项目的相关施工经验，对大悬臂预应力混凝土盖梁的施工控制技术进行深入研究。全面了解和掌握以往类似项目的相关经验，分析不同施工控制技术的优缺点，提出了适合本项目的施工控制技术。重点对预应力束的张拉时机、预应力张拉控制、盖梁端部预拱值控制、各施工阶段盖梁及整桥结构安全控制等关键环节及内容进行研究，形成具体研究成果直接用于指导该桥的施工。为了能够检测及观察桥梁结构控制截面的内力、应变和典型断面的位移，必须利用先进的仪器设备、安排具有针对性的量测项目和熟练的操作人员，其主要项目包括各测点的位移变化、控制断面的应变、应力变化、结构温度变化等。通过在典型盖梁控制截面上安装必要的量测设备对施工过程中各施工阶段关键截面位置的应力应变、结构变位等进行跟踪测量，确保结构的安全和稳定，保证结构的受力合理，全过程掌握桥梁技术状态，为大桥安全顺利建成和科学运营提供技术保障。本项目中主要的设备仪器为光纤光栅应力应变传感器、光纤光栅温度传感器（用于应力应变传感器温度补偿）和静态水准仪、千分表。对于该高架桥大悬臂预应力混凝土盖梁而言，由于其自身恒载占盖梁所承受荷载的比重较小，在预应力张拉和上部结构主梁安装过程中，盖梁上、下缘结构应力的变化及盖梁端部的竖向位移均变化相对较大，尤其是盖梁根部截面的上、下缘应力。

3.2大悬臂盖梁施工控制传感器的选择

在确定了大悬臂盖梁施工控制的控制截面位置后重要的工作就是选择合理的测试手段和方法。根据目前具备的测试手段，选择合理的测试设备及测试方法是保障该项研究工作顺利开展、成果可靠所面临的另一个关键问题。施工控制数据采集工作需要依靠传感器，凡是利用一定的物性（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件和装置均可稱为传感器。用于桥梁应变长期监测的传感器主要包括振弦式传感器和光纤光栅传感器。

3.3大悬臂盖梁施工控制传感器布置与测量

传感器布置根据传感器测量物理量数据类型，布置于对应物理响应较大的位置。光纤光栅应变传感器布置于大悬臂盖梁根部截面上、下缘，位移传感器布置于大悬臂盖梁端部位置。传感器布置应根据项目的特点，考虑到桥墩与盖梁的结构型式及尺寸的多样性，综合考虑确定。测量工作根据该桥分阶段施工的特点，实测数据的采集工作从预应力混凝土盖梁强度形成且尚未张拉预应力钢束这一施工阶段开始初始数据的采集，以后在预应力分批张拉各阶段、盖梁拆架阶段、预制箱梁分片分批安装阶段和成桥阶段分别进行实测数据的采集。

3.4大悬臂盖梁施工控制成果

该高架桥桥墩外形分为Y型桥墩和直立型桥墩两种，传感器布置与测量根据盖梁分类有针对性的选取。监控数据选择具有代表性的Y型桥墩和直立型两种桥墩，分别选择了1号桥墩和13号桥墩进行了传感器的预埋和应力应变监测工作。13号桥墩盖梁外型为直立式，桥墩盖梁长24.5m，盖梁宽2.4m，位于25m跨装配式预应力混凝土箱梁中墩位置。力监测截面位置根据计算选取，盖梁采用埋入式应变计和表面式应变计两种，盖梁正应同时根据现场实际情况合理布置。对盖梁顶面进行位移测量，在盖梁左侧、右侧分别布置两个测点，准点的位移变化。

结语

近年来，随着城市建设的不断发展，投资环境日益改善，城市经济迅猛发展，交通量不断增长，城市道路需要为进一步适应建设现代化城市需要，急迫实现高效、快速、安全的交通环境。该高架桥采用高架桥的形式，平行该桥上跨所在的大街。该桥下部结构采用预应力混凝土大悬臂盖梁，最大限度的节约了建设用地，改善了桥下道路通行条件，同时也对桥梁的建设与管理提出了更高的要求。本文围绕该高架桥大悬臂盖梁的理论分析和施工控制展开研究工作，可为该高架桥项目的实施以及今后大悬臂盖梁结构的应用提供参考。

参考文献

[1]俞露.大悬臂预应力混凝土盖梁设计分析[[J].中国市政工程，2010年4月，第2期.

[2]王银桥，李朝晖等.大悬臂预应力混凝土盖梁受力特性分析[[J].城市道桥与防洪，2007年5月，第5期.

[3]范立础.桥梁工程（上册）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]陈新.大型桥梁设计程序.[J]海威姆预应力技术，2001（OS）.

[5]姚玲森.桥梁工程.fMl.北京.人民交通出版社.1985.