支架现浇预应力混凝土连续箱梁桥施工控制技术研究

2020-07-28李建民

辽宁省交通高等专科学校学报 2020年2期

李建民

（中铁十八局集团有限公司天津国际工程分公司，天津 300350）

1 引言

通过建立有限元仿真模型，对桥梁施工以及成桥运营时期的线形和受力状态以一定的结构分析方法进行模拟计算的过程称为桥梁施工控制的仿真模拟过程。在该过程中需考虑的因素众多，如施工荷载、自重以及张拉预应力损失等等。将仿真分析过程所得的有效控制数据提供给施工参考，为其下一步施工提供指导是仿真的目的所在。

2 有限元分析

某桥梁全长230m，上部为预应力混凝土连续箱梁结构，截面形式为单箱三室，下部为柱式墩以及钻孔灌注桩基础。该桥梁采用的施工方法为满堂支架法，浇筑时以跨中为起点朝向墩顶进行，最后进行墩顶周围3m 范围内，横隔梁以及纵向箱梁的浇筑。

为研究有限元分析在桥梁施工控制中的可行性，本文选用了 MIDAS/Civil 跟 Dr.BridgeV3.0两种有限元软件对该桥梁进行仿真分析。为便于对两种软件的仿真结果进行比较，本文两种模型在建立时采用的施工阶段以及节点和单元均相同。具体如图1、图2 所示。由于篇幅所限，本文仅列出部分数据。

图1 MIDAS/Civil 仿真模型

图2 Dr.BridgeV3.0 仿真模型

3 桥梁施工控制仿真计算

对于施工阶段所累积的结构位移分析，本文采取的是正装分析法，并结合混凝土收缩徐变等因素进行考虑。预拱度对比如图3 所示。

图3 预拱度对比图

从仿真结果可知，两种软件所得结果具有一致的位移变化趋势，对主要部位的位移值进行对比发现，在关键部位两种软件所得到的变形值较相近，最大仅有0.13cm 的差值，因此可知仿真分析有着正确的位移计算值；对成桥状态下两种软件所得到的支撑反力值进行比较可知，两者差值小于5%，符合要求，因此仿真模拟具有正确的反力计算；计算桥梁成桥后的应力可知，该箱梁的上下缘具有9.44mpa 的最大压应力值以及0.002mpa 的最大拉应力值，符合要求。经过上述分析可看出，两种软件所得结果均在允许范围内，即代表着有限元计算结果正确，可以进行施工控制计算。

3.1 桥梁支架现浇方案的比选

支架连续梁常见的浇筑施工方法有两种，分别为：（1）立架现浇整联以及张拉整联；（2）立架分段浇筑，分段张拉。结合该桥梁特点，在桥梁整体支架统一搭设完之后，本文比选了两种施工方法，各个方案的施工工艺及其优缺点整理如表1 所示。

表1 各个方案的施工工艺及其优缺点

本文将桥梁的控制截面选定为L/2；L/4；3L/4。选取这三个截面的原因主要是便于对比分析方案二和三在完成混凝土的浇筑后桥梁的应力以及成桥后的应力。此外，本文还对比分析了桥梁顺桥向以及横桥向在方案二和方案三施工方法下的位移变形。箱梁浇筑完混凝土之后的应力对比如图4 所示。鉴于篇幅有限，本文仅列出部分数据。

图4 箱梁浇筑完混凝土之后的应力对比曲线图

从试验结果可看出，箱梁在采用无合拢段施工方法时的顶板以及底板的最大应力差距较小，且在规范要求范围内；箱梁在采用了无合拢段的施工方法后，其顶底板因存在有预应力的张拉作用而有较小的压应力存在，且其值比规范值小。虽然有拉应力位于桥梁跨中位置，但其值均比规范值小。对于成桥后桥梁在两种施工方法下的箱梁上下缘最大应力比规范要求的压应力小，表明此时的混凝土结构处于安全状态。

对于桥梁的顺桥向位移而言，两种施工方法在边跨位置均具有相似的变化趋势，其中具有较大差值的是中跨位置的位移变化，最大的位移值与边跨位置仅有3mm 的距离。对比成桥后箱梁竖向位移对比图发现，在最终成桥状态下两种施工方法所得的竖向位移具有相同的变化趋势，在边跨处有最大的差值，但仅为4mm，对于结构来说影响较小，表明此时桥梁处于安全状态。

通过对比两种施工方案在相同施工阶段的应力以及位移值可发现，两种施工方案均可行，但对于方案二中的合拢段施工，除了要进行劲性骨架的制作之外还需要有膨胀混凝土试验的费用，因此在结合经济效应之后，本文选取方案三无合拢段施工作为优选方案。

3.2 桥梁线形控制结果

按照有限元计算结果可知，桥梁在施工阶段时容易受到其自重，预应力以及施工荷载等因素的影响，在运营阶段时又会受到行车荷载以及混凝土收缩徐变等影响，在桥梁施工以及运营时种种因素都会导致其线形偏离设计要求。为了成桥线形符合设计要求，常以施加预拱度的方法作为施工时线形的控制措施。对于该桥梁成桥后高程的对比如图5 所示。本文仅列出右幅数据。

图5 箱梁中心线线形图

从图5 可看出，桥梁整体具有较为平顺的线形，比起监控和设计高程而言，该桥的中跨实测高程较大，对比三种高程值的最大值可知，桥梁实测高程最大值比监控值大2.4cm，比设计值大6.2cm，桥梁实测高程值在边跨位置比设计高程小1.1cm，鉴于成桥后的连续箱梁具有下挠中跨以及上挠边跨的特点，可知该桥梁具有较好的线形监控效果。

3.3 应力分析

桥梁的应力控制也是桥梁施工监控的重要部分。桥梁的应力监控结果主要在划分的施工阶段里，按预埋的应变计测量结果换算成应力所得。箱梁截面应力对比如图6 所示。

图6 箱梁截面应力比较图

从图6 可看出，桥梁的应力实测值比设计要求的混凝土强度值小，即桥梁的应力实测值满足要求，该结果反应出成桥后的桥梁的应力状态，表明准确的应变计埋设位置，仿真模型以及合理的单元划分，能够对桥梁重要结构的内力情况有较好的反应。桥梁实测值接近于计算值，两者最大的差值小于1mpa，表明该桥梁的内力监控较成功。