节段预制箱梁平竖线形要素施工控制

2020-08-29刘威凯

绿色环保建材 2020年8期

刘威凯

中铁十六局集团第四工程有限公司

1 引言

郑许市域铁路预制梁结构形式为双线节段预制预应力混凝土简支箱梁，采用短线法施工。节段梁预制跟常规箱梁最大的不同除分段预制外，主要就是曲梁曲做，意思就是桥梁线路平竖向的线形要素在节段梁预制时就已经考虑，预制成型的梁体现了线路的线形要素，拼装完成后梁体线形与设计线形要求完全一致。节段梁预制时使用三维线形控制软件在预制过程中确保节段梁预制成型后的线形要求，同时对预制产生的偏差及时进行纠正，确保最终整孔梁的线形满足设计要求。

2 项目概况

2.1 设计概况

节段梁划分三种:标准节段B、过渡节段G、梁端节段D，除梁端节段长度为2.45m外，其余长度均为2.5m。30m梁由2个梁端节段D，2个过渡节段G、8标准节段B共12个节段组成；25m梁由2个梁端节段D，2个过渡节段G、6标准节段B共10个节段组成。

图1

2.2 主要特点

（1）梁段体积小，方便运输，一般道路就能满足节段梁的运输要求。

（2）节段梁的混凝土的收缩徐变缩小，且在工程完工之后梁体的线型不会出现太大的变化。

（3）节段梁的预制采用曲梁曲做方式，线路的线形参数在节段梁预制过程中就已经考虑，拼装后的线形与设计线形一致较常规制梁线形非常的美观。

（4）在节段梁预制生产的过程中使用工厂化的生产，能够有效地提升施工的质量；而在节段梁预制生产过程中实行集中生产能够很好地保护工程周边的自然环境，避免对工程带来诸多的不良影响，同时还大大降低了施工的难度，保证工程施工过程中的安全。

2.3 节段梁预制施工原理

使用短线法来预制节段预制箱梁，其原理是：在预制的现场设置足够的质量台座，每个台座都需要各自完成一孔梁的预制作业。在进行浇筑施工的时候，端节的一端需要使用固定的端模，然后对另外一端的活动端进行浇筑，剩下的余梁段在一端要使用固定端模，而在另外一端为已浇的前一梁段做匹配梁段进行浇注，此种方式的使用，有效地保证了相邻梁段匹配接缝的精确性，新浇梁段在经过养护以及拆模之后，就可与对匹配梁段运走，然后做好存放，与此同时，把新浇梁段运送到指定位置上，作为新匹配梁段。完成下一箱梁梁段的预制，以往重的完成整跨梁段的预制。

3 三维线形控制方案

3.1 三维线形控制的基本思想

三维线形控制是一种新的控制理念。根据基本原理，在没有制造和安装阶段施工误差的情况下，从理论上讲只需保证结构构件安装时的尺寸形状与成桥理论状态所对应的构件无应力状态相同，就能够确保安装阶段结构的内力与变形状态达到理想的状态。可是一般在进行施工的时候，出现误差都是必然的存在，居于此种状况，为了能够得到逼近设计目标状态的合理成桥状态，施工控制转化为误差条件下的工程控制问题。以几何控制为指导思想，结合短线法预制拼装箱梁施工控制的实际需要与具体特点，即可发展相对完善的施工控制方法体系。

3.2 三维线形控制流程

使用短线匹配方式过程中的施工监控，为了能够更好地和设计要求相符合，需要合理的控制好每个预制节段在进行匹配过程中的空间位置，从而使得梁体的线形能够达到梁体架设的标准。把箱梁每个梁段测量的数据输入相关的控制软件，然后有效地结合给定的理论值以及节段在匹配生产过程中的实测值，来对已存在的误差问题进行校对之后，准确的计算出以成型梁段在匹配位置时应处的空间位置。

图2

3.3 平竖线形要素调整方法

通过线形控制系统，对采集数据进行分析，计算制造误差，得到下片梁的预测拼装线形，以此确定下片梁的理论匹配位置，最使成桥几何线形达到设计要求。

在对梁段进行预制的时候，大多都是使用阶段几何尺寸改变时所发生的转角效应，用此种方法能够有效岁多竖向或者水平线形进行调整，在阶节段板纵向长度比地板的长度要长的时候，在浇筑完成之后，梁体的线形要弯向上，而当节段左侧的长度要比右侧长时，在进行拼接之后，梁体的水平线形要弯向左边。使用短线法进行节段预制的时候，就需要合理的使用这种原理来对浇筑节段与匹配节段的形状进行控制。

在制作曲线桥梁的过程中，首先根据实际状况在梁上选择一条参考线，然后依据此条参考线的横坡，来描述三维空间中的线形以及姿态，但是在选择参考线的时候，一定要是梁顶的中心线，参考线上的横坡一定要是截面顶缘的横坡。

一般状况下，参考线都要为真实线形，但是在节段式的桥梁中，为了在预制过程中更加的方便，每一个节段中使用的都是以直线近似来替代曲线，所以在对线形进行表示的时候无法使用光滑曲线，而最常使用的是一种近似组合折线。

在节段预制过程章，预制长度的规定都选取的是节段顶面中心线的长度，而每个节段顶面中心线所组成的折线能够形成梁体的线形，在此种状况下，桥面横坡与节段姿态能够通过每个节段间接缝顶缘横线的坡度看出来。节段式曲线桥梁的线形与姿态可用图3表示。

图3 空间整体坐标系内节段式曲线梁桥的线形与姿态

3.4 平曲线节段调整

节段梁投影产生的折线段用来拟合平曲线，也即以预制指令单控制点的X、Y坐标来控制平曲线。将节段从浇筑位置移动到匹配位置上，当控制点的X、Y坐标调整到位，从而形成了所需要的平面折角，如图4所示。由图可以看出，在新浇梁节段中的端模位置并没有发生改变，且垂直于节段轴线，对于匹配端来讲采用的是斜面的方式，在这种情况下，能够非常方便地制作钢筋骨架、设置剪力键，同时有效地调整段的外形。

图4 平曲线预制

3.5 竖曲线节段误差纠偏调整

首先需要把节段梁折线段投影到里面中，其次在根据投影中的折线拟合竖曲线，也即以预制指令单控制点的Y、Z坐标来控制竖曲线。将节段从浇筑位置移动到匹配位置上，当控制点的Y、Z坐标调整到位，也就形成了需要的立面折角β（如图5所示）。

图5 竖曲线预制

4 控制要点

（1）在节段预制工作开始前，根据设计图纸，采用MIDAS/CIVIL对结构进行施工阶段模拟仿真分析。在结构计算过程中，应考虑施工及梁段重量误差、混凝土材料弹性模量差异、预应力钢筋管道偏差及摩擦阻力差异，并考虑混凝土收缩徐变等时间效应，保证计算结果与实际情况相符。同时对结构施工阶段进行参数敏感性分析，确定影响桥梁线形的敏感因数。将上述计算所得预拱度导入数据库，梁段预制长度考虑弹性压缩修正，得出梁段预制及安装理论线形，为节段预制安装提供指导。

（2）节段预制指令即匹配节段目标值，是通过已成梁段上控制点的实测坐标经过控制软件计算分析得出，因此控制点坐标采集至关重要，不容有误。

（3）数据采集过程中，应测量两次，取平均值，从而减少人为误差及测量仪器误差的影响，同时检查两次测量结果差别大小，如果差别较大应重新测量。