某大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控与分析

魏港 刘德文 谢健波 傅根根 欧伟

摘 要：本文以某大跨度预应力混凝土连续刚构桥为研究对象，采用Midas Civil 2015建立了空间有限元模型，施工方法采用悬臂挂篮施工，对其施工过程中应力、线形和温度进行全过程监测。成形结构的状态（包括受力、变形）具有不可调整性，且施工节段多、工期长，受多种因素的影响较大，所以确保成桥线形和内力状态符合要求显得非常重要。

关键词：大跨度预应力混凝土连续刚构桥;施工监控;悬臂挂篮施工;成桥线形

中图分类号：U445.4 文献标识码：A

0 引言

大跨度预应力混凝土连续刚构桥理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法。如何通过对施工过程的控制，在建成时得到预先设计的应力状态和几何线形，是桥梁施工中非常关键和困难的问题。同时，施工控制的结果为大型桥梁实行长期监测提供原始依据，是桥梁运营状态监测的起点。桥梁施工控制的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥桥面线形受力状态符合设计要求。

1 施工监控的原理和方法

前进分析的目的在于确定成桥结构的受力状态，其计算特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断的改变，前期结构发生徐变和几何位置的改变。因而前一阶段结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。这种按施工阶段进行的结构分析就称为前进分析。

前进分析是根据确定的施工方案来模拟施工步骤，从施工初态逐阶段分析至竣工后徐变完成为止，分析的任务是确定各阶段的内力和位移。分析内容主要有：（1）支架搭设;（2）浇筑箱梁;（3）预应力张拉;（4）预应力损失;（5）混凝土收缩;（6）混凝土徐变。

2 工程概况

2.1 工程背景

浪江大桥跨径组合为55 m+90 m+55 m预应力混凝土连续刚构桥，为全预应力单箱双室结构，箱宽19.75 m，悬臂标准宽度3.5 m，采用C50混凝土。箱梁顶板设置2.0%单向横坡。根部梁高5.5 m，跨中梁高2.5 m，梁高按1.8次拋物线变化;箱梁腹板在墩顶范围内厚90 cm，其余梁段腹板厚度由75 cm变至50 cm;箱梁底板厚除0号梁段横隔板范围内为90 cm外，其余各梁段底板厚从箱梁根部的65 cm以1.8次抛物线渐变至跨中截面的32 cm;箱梁顶板在墩顶范围内厚50 cm，其余梁段顶板厚度30 cm。

箱梁为全预应力混凝土结构，顶板束采用19φs15.24钢绞线，腹板束采用19φs15.24、21φs15.24钢绞线，边跨底板束采用15φs15.24钢绞线，边跨顶板合拢束采用19φs15.24钢绞线，中跨顶、底板合拢束均采用17φs15.24钢绞线，横、竖向预应力束采用3φs15.24钢绞线。所有预应力钢绞线均采用GB标准Rby=1 860 MPa低松弛钢绞线。

2.2 施工方案

箱梁0#梁段长10.0 m。两侧各11个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为3×3 m，4×3.5 m，4 ×4.0 m。1#～11#梁段采用挂篮悬臂浇筑施工，13#～15#节段为边跨搭架现浇段。12#节段为边、中跨的合拢段，长2.0 m。施工时首先边跨合拢，然后进行中跨合拢。施工过程如下：（1）0#梁段施工;（2）1#梁段悬臂浇筑施工;（3）2#梁段～11#梁段悬臂浇筑施工;（4）边跨现浇段施工;（5）边跨合龙段施工;（6）中跨合龙段施工。

3 监控实施方案

3.1 应力监测

在浪江大桥上部结构的控制截面（跨中截面、0号块截面根部和1/4截面）布置应力测点，主桥每幅桥梁应力监测截面各9个，全桥两幅共计18个测试截面，各个截面应力测点布置见图3.1、图3.2所示，全桥应力测点共108个。

3.2 线形监测

为实时监测主梁在整个施工过程中的线形，更好的对连续梁桥挂篮悬臂的施工过程主梁标高进行监控，纵桥向每施工节段设一个测试截面，主桥两幅共计114个测试断面（每幅57个截面），测试截面和测点布置图见图3.3、图3.4所示。

3.3 温度监测

所有应力测点中均带有温度传感器，在应力测试的同时进行温度监控。温度监控分辨率≤0.1℃。温度测量要求与应力测量同步。

4 有限元模型

浪江大桥主桥箱梁采用C50混凝土，弹性模量3.45×104 MPa;桥墩采用C40混凝土，弹性模量3.25×104 MPa;预应力钢绞线采用高强度、低松弛钢绞线，公称直径为15.2 mm，抗拉标准强度fpk=1 860 MPa，弹性模量1.95×105 MPa。采用有限元软件Midas/Civil 2015建立浪江大桥的有限元模型如下图4.1所示。

5 结果分析

5.1 预拱度理论值

连续刚构桥的预拱度又称为制作预拱度，制作预拱度分为施工预拱度和成桥预拱度（成桥预拱度又称预抬值）两个部分。其中施工预拱度是指在节段施工过程中，为抵消各种因素对各箱梁现浇节段在相应阶段产生的总位移而设置的预拱度。影响箱梁现浇节段位移的因素有：箱梁各节段的结构自重、箱梁混凝土施工阶段产生的收缩徐变、预应力筋束张拉产生的预应力、挂篮和模板的重量、二期恒载等。

将浪江大桥的预拱度、成桥预拱度及施工预拱度绘制成曲线图（注：横坐标表示桥长，单位为m;纵坐标表示预拱度，单位为cm），如下图5.1所示：

5.2 应力监测结果

本次应力监测结果以左幅3-3截面和5-5截面为例，进行数据分析，应力监测结果详见表5.1和表5.2，实测应力曲线和理论应力曲线详见图5.2所示。

从表5.1、表5.2和图5.2可以看出，浪江大桥主桥左幅3-3截面和5-5截面顶板和底板实测应力均为压应力，未出现拉应力，应力控制较好。将实测应力数据与理论应力数据的对比分析可知，浪江大桥主桥实测应力和理论应力曲线趋势一致，实测应力均比理论应力值小，在施工过程中，桥梁结构受力始终处于受控状态，应力监测情况满足施工控制的要求。

5.3 线形监测结果

本次浪江大桥主桥箱梁施工完成后，测量左右幅箱梁顶面标高可知：成桥线形与目标线形的相对高差范围在-14.81 mm～+15.91 mm之间，在设计允许的±20 mm精度范围内，满足设计要求。

5.4 温度监测结果

本次温度监测结果以左幅3-3截面为例，实测温度曲线如图5.3所示。

测试温度受环境及混凝土水化反应影响，随着施工的不断推进，水化反应逐步完成，因此水化热也逐渐下降，桥梁各测点的温度测试值逐渐降低最后趋于稳定。

6 结语

通过对某大跨度预应力混凝土连续刚构桥进行施工监控，监测内容包括应力、线形和温度监测，得出结论如下：

（1）浪江大桥主桥实测应力和理论应力曲线趋势一致，实测应力均比理论应力值小，在施工过程中，桥梁结构受力始终处于受控状态，应力监测情况满足施工控制的要求。

（2）成桥线形与目标线形的相对高差范围在-14.81 mm～+15.91 mm之间，在设计允许的±20 mm精度范围内，线形控制符合设计要求。

（3）桥梁主梁结构施工过程中，主梁内力和结构变形均得到了较好的控制，主桥施工全过程属于受控状态，结构各项成桥指标表现良好。

参考文献：

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[4]杨奇.大跨径预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析[J].铁道科学与工程学报，2010.