预应力混凝土连续刚构桥施工线形及应力监控分析

廖梓材

摘要：文章以某预应力混凝土连续刚构桥为研究对象，针对施工过程中的平面线形、高程线形、基础沉降以及应力分布进行监控，并将监控得到的实测值与设计值进行对比分析。结果表明：施工完成后連续刚构桥的平面线形平顺、优美，可以满足规范设计要求;成桥后连续刚构桥的高程线形实测值与设计值误差较小，可以满足规范设计要求;施工过程中连续刚构桥承台的沉降较小，对于基础沉降控制良好;施工过程中箱梁顶、底板的最大应力差值均未超过规范要求的应力合理差值1 MPa，应力分布较为均匀。

关键词：连续刚构桥;平面线形;高程线形;应力分布

中国分类号：U441+.5文章标识码：A371433

0 引言

近年来，连续刚构桥作为桥梁工程中的热门桥型之一，已在我国公路、隧道连接工程中得到广泛应用[1]。该类型桥梁的施工方法大多采用挂篮对称悬臂浇筑法，但这种分节段浇筑方法会使得施工过程中线形与应力分布无法与设计值达到一致[2]。因此，为确保成桥后桥梁应力和线形满足规范设计要求以及保障结构的安全性，针对桥梁施工过程进行监控具有重要意义[3-4]。

目前，国内外学者关于桥梁的施工监控展开了大量研究，如王琪[5]采用变形预警体系对施工状态安全度进行评价和风险预警，根据分析验算结果调整控制参数，预测了后续施工过程的结构形状，提出了后续施工过程应采取的措施和调整后的合理设计参数。林巍杰等[6]针对大跨度连续梁桥施工过程中影响桥梁内力及线形的因素进行监控量测，并通过建立有限元梁单元模型进行仿真模拟分析，在施工过程中通过对比实测数据及建模数据，最终实现了连续梁桥的精确合龙。胡斌等[7]建立了一大跨径刚构桥悬臂浇筑施工主梁线形抛高值的预测模型，证明了灰色预测在该桥施工线形监控过程中得到了较好的应用，其使用方法简单、操作性强、预测精度高，对其他同类型桥梁的施工监控工作有很好的参考价值。孟祥源[8]以实际预应力混凝土连续梁桥作为背景，对桥梁施工控制中的线形控制和应力控制进行分析研究，从平面线形监控以及高程线形监控出发，对桥梁的线形和应力状态进行了控制分析，证明了该控制方法是有效可行的。桥梁施工会受诸多因素的影响，施工过程中不可避免会产生误差，但为保障桥梁结构的安全性，对施工过程进行控制必不可少，因此不断完善桥梁施工监控方法具有重要意义。基于此，本文设计了一种连续刚构桥施工监控方案，针对施工过程中的线形及应力情况进行了全程监控，最终确定成桥后各项指标均满足规范设计要求。

1 工程概括

1.1 桥梁结构

某高速公路连接桥梁全长315 m，跨径布置为3×25 m+45 m+75 m+45 m+3×25 m，桥面总宽25 m，分为左右两幅。主桥采用跨径为45 m+75 m+45 m的预应力混凝土连续刚构桥，桥面铺装采用10 cm沥青混凝土层+10 cm现浇混凝土层。上部结构箱梁采用单箱单室变截面连续箱梁，箱梁顶板宽12.5 m、厚30 cm，底板宽6.5 m、厚70 cm，悬臂长3.2 m，支点处梁高4.8 m、腹板厚110 cm，跨中处梁高2.2 m、腹板厚60 cm，顶板设置3%单向坡，底板为水平。主桥下部结构桥墩采用矩形实心墩，宽度为2.4 m，横向长度为6 m，承台厚度为3 m，截面尺寸为8 m×8 m，桩基础采用钻孔灌注群桩基础，直径为2 m。引桥采用25 m装配式简支转连续箱梁，桥面铺装采用10 cm沥青混凝土层+12 cm现浇混凝土层，主墩采用桩柱式墩，桥台采用肋板台。主桥桥墩支座采用QZ22500型钢球支座，引桥桥墩支座采用GYZ375×77型圆板式橡胶支座。连续刚构桥立面布置如图1所示。

1.2 施工顺序

连续刚构桥施工主要采用悬臂浇筑法，其中主桥箱梁0#、1#块施工采用支架现浇，2#～11#块施工采用挂篮悬臂浇筑，支点处现浇段长度为12 m，边跨现浇段长度为6 m，T箱梁最大悬臂浇筑长度为32.5 m，边、中跨合龙段均为2 m，合龙方案采用先边跨、后中跨的方法。根据设计图纸对施工工序进行划分，具体工序如表1所示。

2 方案设计

2.1 线形监控方案

连续刚构桥线形监控工作主要包括：平面线形、高程线形以及基础沉降三个方面。平面线形与高程线形监控仪器分别采用徕卡TC702全站仪和DiNi12水准仪，采用20 mm的钢筋依次在每节段箱梁布置A、B、C三个观测点，钢筋露出顶板截面3 cm并使用红漆进行标记。基础沉降监控仪器采用DiNi12水准仪，采用钢筋依次在基础承台布置D、E、F、G四个观测点。桥梁线形监控观测点布置如图2所示。

2.2 应力监控方案

主桥应力监控仪器采用XHX-115型应变计和XHY-ZH1型读数仪，分别针对箱梁梁端、边跨1/2处、根部、中跨1/2处以及中跨关键截面的顶板、底板应力进行观测，单个截面布置4个测点，共计44个测点。桥梁应力监控观测截面位置如图3所示。

3 施工监控结果与分析

3.1 平面线形监控

为监测连续刚构桥的平面线形是否满足设计要求，针对成桥后左、右幅桥梁1#～11#关键截面的累积位移值进行监测，并与设计值进行比较分析，结果如表2所示。

根据表2可知，连续刚构桥成桥后，左幅、右幅主梁的梁端和根部截面均出现轻微上拱，最大值为1.2 mm，相对于设计值仅存在0.2 mm的误差，边跨跨中截面下挠最大值为-8.2 mm，相对于设计值存在0.5 mm的误差，中跨跨中截面下挠最大值为-18.8 mm，相对于设计值存在1.6 mm的误差。总体来看，左幅、右幅桥梁成桥后的累积位移实测值与设计值最大误差仅为1.6 mm，说明该连续刚构桥的平面线形满足规范设计要求。

3.2 高程线形监控

为监测连续刚构桥的高程线形是否满足设计要求，针对成桥后左幅、右幅桥梁1#～11#关键截面的高程值进行监测，并与设计高程进行比较分析，结果如表3所示。

根据表3可知，连续刚构桥成桥后梁端截面高程实测值与设计值的最大误差为5 mm，边跨跨中截面高程实测值与设计值的最大誤差为8 mm，根部截面高程实测值与设计值的最大误差为7 mm，跨中截面高程实测值与设计值的最大误差为10 mm，综合来看，左幅、右幅桥梁成桥后的高程实测值与设计值最大误差为10 mm，满足规范设计要求，说明该桥施工对于高程线形控制效果良好。

3.3 基础沉降监控

为监测连续刚构桥的基础沉降是否满足设计要求，针对不同施工阶段承台D、E、F、G四个测点的高程值进行监测，结果如表4所示。

根据表4可知，随着连续刚构桥施工的进行，承台D测点的高程由19.007 m降至19.004 m，沉降值为3 mm;承台E测点的高程由19.002 m降至18.998 m，沉降值为4 mm;承台F测点的高程由19.005 m降至19.001 m，沉降值为2 mm;承台G测点的高程由19.002 m降至18.998 m，沉降值为4 mm。综合来看，承台4个测点的沉降值在3～4 mm左右，满足规范设计要求，说明该桥施工对于基础沉降控制良好。

3.4 应力监控

为监测连续刚构桥的应力分布是否满足设计要求，针对不同施工阶段的箱梁顶、底板应力进行监测，并与设计应力值进行比较分析，结果如表5所示。

根据表5可知，随着连续刚构桥施工的进行，主梁各关键截面完全处于受压状态，在悬臂施工阶段箱梁顶板的应力值要大于底板应力值，且应力差值随着悬臂的伸长而逐渐增大，但在体系转换后箱梁顶底板应力差值开始逐渐减小。施工过程中箱梁顶板最大应力差值为-0.46 MPa，箱梁底板最大应力差值为-0.38 MPa，均未超过规范要求的应力合理差值1 MPa，且整个施工过程中未出现应力变化过大情况，由此说明该桥施工对于应力控制良好，保障了桥梁施工的安全性。

4 结语

本文通过对某连续刚构桥施工过程中的平面线形、高程线形、基础沉降以及应力分布进行监控，并将监控实测值与设计值进行对比分析，得到以下主要结论：

（1）成桥后连续刚构桥的累积位移实测值与设计值最大误差仅为1.6 mm，说明该连续刚构桥的平面线形可以满足规范设计要求。

（2）成桥后连续刚构桥的高程实测值与设计值最大误差为10 mm，满足规范设计要求，说明该桥施工对于高程线形控制效果良好。

（3）连续刚构桥承台4个测点的沉降值在3～4 mm，满足规范设计要求，说明该桥施工对于基础沉降控制良好。

（4）施工过程中箱梁顶、底板的最大应力差值分别为-0.46 MPa和-0.38 MPa，均未超过规范要求的应力合理差值1 MPa，说明该桥施工对于应力控制良好，保障了桥梁施工的安全性。

参考文献：

[1]刘德清，王文洋.大跨径钢-混混合梁连续刚构桥施工控制关键技术[J].桥梁建设，2021，51（1）：121-129.

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[3]张建斌.PC连续刚构桥施工控制计算的精细化分析[J].公路，2019，64（10）：137-140.

[4]姜增国，张孝千，汪勋松.基于均匀设计的刚构桥施工控制参数敏感性分析[J].中外公路，2018，38（5）：112-115.

[5]王 琪.浅析大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁的线形监控[J].价值工程，2019，38（5）：96-98.

[6]林巍杰，汤 宇，彭学军，等.有限元分析软件在连续梁线形监控中的应用[J].工程建设，2020，52（11）：52-56.

[7]胡 斌，李庆择.灰色预测在大跨径刚构桥施工线形监控中的应用[J].铁道建筑，2020，60（5）：38-42.

[8]孟祥源.大跨度预应力混凝土连续梁桥线形控制[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（8）：236-238.

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